CN109488226A - 一种防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，包括芯杆和滑套，滑套包括钢质本体和位于所述本体表面的自润滑层，所述自润滑层由3～7％质量百分含量的固体润滑颗粒与93～97％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，所述固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成。该扶正器通过改进表面涂层，增强了扶正器与油管之间的光滑度，既减轻了对油管的磨损，也增强了扶正器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于石油设备领域，具体涉及一种防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器。
背景技术
抽油机井一直以来都是油田的主要采油方式，通过抽油杆向抽油泵传递动力来抽取原油，由于油井较深以及斜井等原因导致抽油杆会与油管内壁接触和摩擦，一段时间后会导致抽油杆偏磨和断脱问题的产生，从而导致油井不能正常运行。为了解决上述问题，油田广泛采用在抽油杆上加装扶正器的方式来避免或者减少抽油杆的偏磨，扶正器的表面多为耐磨，且摩擦系数较小的材料制成。如发明专利CN102071884B公开了一种柱状接箍复合型抽油杆扶正器，包括芯杆和芯杆外的滑套，滑套包括钢质本体和自润滑合金层，自润滑合金层由MoS2和WS2颗粒和铁镍合金粉末组合而成，MoS2和WS2是良好的固体润滑剂，镍基合金具有较好的抗腐蚀性能，将两者结合起到了耐腐蚀耐磨的效果。目前，如何进一步减小扶正器表面与油管的摩擦力，从而更有效的保护油管内壁并提升扶正器的使用寿命，是本领域需要进一步解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，该扶正器通过改进表面涂层，增强了扶正器与油管之间的光滑度，既减轻了对油管的磨损，也增强了扶正器的使用寿命。
为了解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，包括芯杆和滑套，所述芯杆为空心圆柱体，中心设有轴向通孔，通孔内设有内螺纹，所述滑套包括钢质本体和位于所述本体表面的自润滑层，所述自润滑层由3～7％质量百分含量的固体润滑颗粒与93～97％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，所述固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成，所述铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5～1.0％，锡0.5～1％，硅1.5～4.0％，铬10～18％，硼2.0～4.0％，铁25～57％，余量为镍。
优选的，所述固体润滑颗粒中MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯的质量百分含量比例为2.5∶1∶0.5∶0.2，粒度40～80微米。
优选的，所述铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5～1.0％，锡0.5～1％，硅3.0～4.0％，铬16～18％，硼3.0～4.0％，铁38～52％，余量为镍。
优选的，所述铁镍合金粉末按照粉末成分比例直接以冶炼的方式加工制备。
优选的，所述自润滑层的厚度为0.1～0.5mm。
本发明的技术方案中，相对于CN102071884B专利，在铁镍合金中加入了锡组分，并调整了其他组分的含量，使自润滑层的整体硬度与油管内壁的硬度更为接近，避免油管内壁对扶正器产生较大的反向磨损，还可以增强在高温条件下的耐氧化、耐酸等服饰性能。同时，固体润滑颗粒增加了氮化硼和氧化石墨烯两种组分，二者与二硫化钼和二硫化钨在结构上均是二维材料，但是从微观尺寸、原子种类均有区别，氮化硼的可以在微观上插入二硫化钼和二硫化钨层片之间，减弱二硫化钼和二硫化钨的层间范德华力，增强它们之间相互滑动性能，氧化石墨烯表面具有羟基、羧基等合氧基团，可以增大氧化石墨烯层与层之间以及与其他三种组分之间的间隙，增强滑动效果。本发明提供的抽油杆的自润滑层，在高温下防腐蚀耐磨性能均比上述现有专利有明显提高。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细叙述：
本专利的机械结构与CN102071884B专利一致，自润滑层存在区别。参见图1和图2，本防腐蚀耐磨耐高温抽油杆扶正器包括芯杆2和套装在芯杆2外面的滑套3，芯杆2为空芯圆柱体，中间设轴向通孔4，通孔4设内螺纹以与抽油杆相连接。滑套3为钢质本体，上面具有自润滑层1，自润滑层由3～7％质量百分含量的固体润滑颗粒与93～97％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成，铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5～1.0％，锡0.5～1％，硅1.5～4.0％，铬10～18％，硼2.0～4.0％，铁25～57％，余量为镍。固体润滑颗粒中MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯的质量百分含量比例为2.5∶1∶0.5∶0.2，粒度40～80微米。铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5～1.0％，锡0.5～1％，硅3.0～4.0％，铬16～18％，硼3.0～4.0％，铁38～52％，余量为镍。其中，碳可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1.0％，锡可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1.0％，硅3.0％、3.2％、3.5％、3.8％或4.0％，铬可以是16％、17％或18％，硼3.0％、3.3％、3.5％、3.8％或4.0％，铁可以是38％、40％、42％、45％、48％、52％等，以上均为质量百分含量。
制作本抽油杆扶正器时，先加工芯杆2和滑套3，并将芯杆中心攻丝，滑套3的本体表面喷砂除锈，活化。再对滑套3本体表面采用热喷涂一重熔工艺制备一层0.1～0.5mm厚度的耐腐蚀耐磨自润滑层。喷焊结束后，对滑套外表面打磨抛光。
按上述方法制备以下三种自润滑层，并与CN102071884B专利进行比较试验。
本发明自润滑层1的配方为：
自润滑层由3％质量百分含量的固体润滑颗粒与97％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成，铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5％，锡0.5％，硅1.5％，铬18％，硼4.0％，铁57％，余量为镍。
自润滑层2的配方为：
自润滑层由7％质量百分含量的固体润滑颗粒与93％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成，铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳1.0％，锡1％，硅4.0％，铬10％，硼2.0％，铁25％，余量为镍。
自润滑层3的配方为：
自润滑层由5％质量百分含量的固体润滑颗粒与95％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成，铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.8％，锡0.6％，硅2.6％，铬17％，硼3.2％，铁52％，余量为镍。
对比例配方为：
自润滑层由6％质量百分含量的固体润滑颗粒与94％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，固体润滑颗粒由4.5％的MoS2和1.5％的WS2组成，铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.7％，硅3％，铬15％，硼2.5％，铁40％，镍38.8％。
1、磨损试验：
试验条件：在MW-200型摩擦磨损试验机上进行，块试样采用N80油管材料，环试样为35CrMo钢基材，表面喷涂上述实施例1、2、3和对比例涂层。400N载荷，400转/分转速，20分钟测试时间，水润滑。
试验结果：实施例1、2、3中的涂层环试样平均磨损量为对比例中涂层的1/2，实施例中块试样的平均磨损量为对比例中的1/2。可见，本发明能够有效减小对油管内壁的磨损，并且滑套自身磨损量也减小，可以延长使用寿命。
2、腐蚀试验
试验条件：35CrMo钢环试样，表面分别喷涂实施例1、2、3和对比例中的涂层。1mol/LHCI和3.5％的NaCI溶液，108小时不间断浸泡。
试验结果：在3.5％NaCI溶液中，35CrMo钢环试样产生锈膜，实施例1、2、3和对比例重量无明显变化。在HCI溶液中，35CrMo钢环出现锈蚀孔洞和斑块，失重33mg，实施例1、2、3平均失重0.8mg，对比例失重0.9mg。可见，本发明的涂层具有更好的耐腐蚀性能。
3、实际使用
将本发明的抽油杆扶正器应用于实际生产，在井下高温条件下同样经受了考验，实施例1、2、3与对比实施例相比，涂层磨损较小，使用寿命更长。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，包括芯杆和滑套，所述芯杆为空心圆柱体，中心设有轴向通孔，通孔内设有内螺纹，所述滑套包括钢质本体和位于所述本体表面的自润滑层，所述自润滑层由3～7％质量百分含量的固体润滑颗粒与93～97％质量百分含量的铁镍合金粉末混合而成，所述固体润滑颗粒由MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯混合而成，所述铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5～1.0％，锡0.5～1％，硅1.5～4.0％，铬10～18％，硼2.0～4.0％，铁25～57％，余量为镍。
2.如权利要求1所述的防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，其特征在于，所述固体润滑颗粒中MoS2、WS2、BN和氧化石墨烯的质量百分含量比例为2.5∶1∶0.5∶0.2，粒度40～80微米。
3.如权利要求1所述的防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，其特征在于，所述铁镍合金粉末的成分以质量百分比计为：碳0.5～1.0％，锡0.5～1％，硅3.0～4.0％，铬16～18％，硼3.0～4.0％，铁38～52％，余量为镍。
4.如权利要求1所述的防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，其特征在于，所述铁镍合金粉末按照粉末成分比例直接以冶炼的方式加工制备。
5.如权利要求1所述的防腐耐磨耐高温抽油杆扶正器，其特征在于，所述自润滑层的厚度为0.1～0.5mm。
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