CN108798538B - 一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆 - Google Patents
一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，包括杆体，杆体的一端向外依次连接有第一杆头镦粗部和第一杆头螺纹段，杆体的另一端向外依次连接有第二杆头镦粗部和第二杆头螺纹段，杆体与第一杆头镦粗部之间依次设有第一圆弧过渡区和第一凸缘，杆体与第二杆头镦粗部之间依次设有第二圆弧过渡区和第二凸缘，杆体、第一杆头镦粗部和第二杆头镦粗部的外侧设有防腐耐磨合金涂层。本发明一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆对杆体、第一杆头镦粗部和第二镦粗端进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔和表面淬火，形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，高强高韧，防腐抗磨。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采设备部件技术领域，具体为一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆。
背景技术
抽油杆由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用，再加之杆管偏磨，使其成为机械采油中可靠性最低的设备，很容易发生断脱事故。
我国大部分油田进入开发中后期，随着油田挖潜力度的不断加大，油井泵深不断增大，而老油田抽油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重，使得抽油杆断脱井次不断增加，不仅困扰着油井的正常生产，而且增加了采油成本，成为实现油田开发中后期高效稳产的突出矛盾问题。
影响油井抽油杆断脱的因素是相当复杂的，而且在同一口油井往往伴随着多种因素的并存，互相渗透，同时作用。但是最主要还是抽油杆的疲劳破坏、机械磨损、腐蚀破坏三个方面的原因。
油田开发中后期，综合含水率越来越高，还常常采用注水等增产措施，并且油田回注水基本上都是污水直接回注，造成抽油杆工作环境非常恶劣。高矿化度井液中含有各种腐蚀介质和腐蚀性微生物等，尤其是富含Cl-，使抽油杆的腐蚀速率大幅提高。同时，伴生气中含有CO2、H2S等腐蚀气体，使井液呈弱酸性。众所周知，治理Cl-、CO2和H2S腐蚀一直是采油工程的世界难题。
研究表明：当油井含水大于74.02％时产出液换相，由油包水型转换为水包油型。管杆表面失去了原油的保护，产出水直接接触金属，腐蚀速度增大。润滑剂由原油变为产出水，失去原油润滑作用，井液含水增加的同时，比重也在增加，同时管杆接触面的润滑系数也在大幅度地降低，上行载荷明显增加，下行阻力无形加大，加剧了抽油杆的受力状况和变形程度，使摩擦阻力增大，管杆磨损加重加快。管杆偏磨会产生热能，使其表面活化，在强腐蚀性产出液的作用下，偏磨处优先被腐蚀，使其表面粗糙度增大，磨阻增大，导致磨损更严重。另外，如含砂量的影响、油井结蜡结垢的影响、产出液粘度的影响也都会促进抽油杆表面发生腐蚀与偏磨。
腐蚀和机械磨损并非简单叠加，而是相互作用，相互促进，二者结合具有更大的破坏性。油田现场广泛应用扶正器、抗磨副、加重杆等防偏磨措施，虽然能延长管杆使用寿命，但是不能彻底解决问题。
针对防腐耐磨难题，目前对抽油杆采取的防治措施有：主要采用电镀或化学镀等常规方法加工镀铬抽油杆、镀镍抽油杆、镀钨抽油杆，以及半包覆防腐抗磨抽油杆等。
抽油杆常规耐磨防腐镀层受制于镦锻抽油杆的杆头与杆体大径比和复杂形状限制，镀层与基体结合强度低，在上述复杂井况环境下使用，镀层易起皮、脱落、磨损，形成防腐抗磨短板，效果不是十分理想，而且成本不低；半包覆防腐抗磨抽油杆的喷焊涂层与基体结合强度大幅提升，具有良好的防腐耐磨性能，但是杆体包覆的高分子塑料不耐磨、不耐高温、易老化、易起层，这样就实质上降低了抽油杆整体的防腐耐磨性能和可靠性，而且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术问题，提供一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，其具有整体防腐耐磨双向保护功能，通过配套使用双向保护接箍，可有效实现抽油杆产品整体防腐蚀抗偏磨性能，性价比极高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，包括杆体，所述杆体的一端向外依次连接有第一杆头镦粗部和第一杆头螺纹段，所述杆体的另一端向外依次连接有第二杆头镦粗部和第二杆头螺纹段，所述杆体与所述第一杆头镦粗部之间依次设有第一圆弧过渡区和第一凸缘，所述第一杆头镦粗部与所述第一杆头螺纹段依次设有第一推承面台肩和第一卸荷槽，所述杆体与所述第二杆头镦粗部之间依次设有第二圆弧过渡区和第二凸缘，所述第二杆头镦粗部与所述第二杆头螺纹段依次设有第二推承面台肩和第二卸荷槽，所述杆体、所述第一杆头镦粗部和所述第二杆头镦粗部的外侧设有防腐耐磨合金涂层。
进一步地，所述杆体的直径为19.05mm、22.23mm、25.40mm、28.58mm中的一个。
进一步地，所述防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。对杆体、第一杆头镦粗部和第二杆头镦粗部进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体、第一杆头镦粗部和第二杆头镦粗部的表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，这就解决了抽油杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
进一步地，所述镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成的。该合金粉末熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了抽油杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。
进一步地，所述防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表面淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持新型防腐抗磨喷焊抽油杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对新型防腐抗磨喷焊抽油杆整体进行超音频表层淬火，确保在新型防腐抗磨喷焊抽油杆的表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。同时，通过表面淬火产生有益的残余压应力，使新型防腐抗磨喷焊抽油杆具有良好的综合力学性能，大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。这就解决了新型防腐抗磨喷焊抽油杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆对杆体、第一杆头镦粗部和第二镦粗端进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔和淬火，确保在杆体、第一杆头镦粗部和第二镦粗端表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，解决了抽油杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
2、本发明一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆采用的镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成。具有熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了抽油杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。
3、本发明一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表面淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持新型防腐抗磨喷焊抽油杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对新型防腐抗磨喷焊抽油杆整体进行超音频表层淬火，确保在新型防腐抗磨喷焊抽油杆的表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。同时，通过表面淬火产生有益的残余压应力，使新型防腐抗磨喷焊抽油杆具有良好的综合力学性能，大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。这就解决了新型防腐抗磨喷焊抽油杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1杆体、2第一杆头镦粗部、3第一杆头螺纹段、4第二杆头镦粗部、5第二杆头螺纹段、6第一圆弧过渡区、7第一凸缘、8第一推承面台肩、9第一卸荷槽、10第二圆弧过渡区、11第二凸缘、12第二推承面台肩、13第二卸荷槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，包括杆体1，杆体1的直径为19.05mm、22.23mm、25.40mm、28.58mm中的一个。杆体1的一端向外依次连接有第一杆头镦粗部2和第一杆头螺纹段3，杆体1的另一端向外依次连接有第二杆头镦粗部4和第二杆头螺纹段5，杆体1与第一杆头镦粗部2之间依次设有第一圆弧过渡区6和第一凸缘7，第一杆头镦粗部2与第一杆头螺纹段3依次设有第一推承面台肩8和第一卸荷槽9，杆体1与第二杆头镦粗部4之间依次设有第二圆弧过渡区10和第二凸缘11，第二杆头镦粗部4与第二杆头螺纹段5依次设有第二推承面台肩12和第二卸荷槽13，杆体1、第一杆头镦粗部2和第二杆头镦粗部4的外侧设有防腐耐磨合金涂层。
防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。对杆体1、第一杆头镦粗部2和第二杆头镦粗部4进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体1、第一杆头镦粗部2和第二杆头镦粗部4的表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，这就解决了抽油杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成的。该合金粉末熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了抽油杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。
防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表面淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持新型防腐抗磨喷焊抽油杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对新型防腐抗磨喷焊抽油杆整体进行超音频表层淬火，确保在新型防腐抗磨喷焊抽油杆的表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。同时，通过表面淬火产生有益的残余压应力，使新型防腐抗磨喷焊抽油杆具有良好的综合力学性能，大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。这就解决了新型防腐抗磨喷焊抽油杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，其特征在于：包括杆体，所述杆体的一端向外依次连接有第一杆头镦粗部和第一杆头螺纹段，所述杆体的另一端向外依次连接有第二杆头镦粗部和第二杆头螺纹段，所述杆体与所述第一杆头镦粗部之间依次设有第一圆弧过渡区和第一凸缘，所述第一杆头镦粗部与所述第一杆头螺纹段依次设有第一推承面台肩和第一卸荷槽，所述杆体与所述第二杆头镦粗部之间依次设有第二圆弧过渡区和第二凸缘，所述第二杆头镦粗部与所述第二杆头螺纹段依次设有第二推承面台肩和第二卸荷槽，所述杆体、所述第一杆头镦粗部和所述第二杆头镦粗部的外侧设有防腐耐磨合金涂层；所述防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得；所述镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅元素制成；所述防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表面淬火。
2.根据权利要求1所述的一种新型防腐抗磨喷焊抽油杆，其特征在于，所述杆体的直径为19.05mm、22.23mm、25.40mm、28.58mm中的一个。
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