CN111020448B - 表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍及制备工艺，所述接箍是一个内有通孔的圆柱体，所述接箍圆柱体外表面制备有合金涂层，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹。本发明通过对接箍表面的喷焊合金涂层进行织构化加工处理，兼顾耐磨和防腐，在合金涂层表面获得储油补油通道，将液体润滑引入接箍与油管的磨损过程，实现有效润滑，可显著减少合金涂层喷焊接箍对油管的磨损。

Description

表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍及制备工艺

技术领域

本发明涉及一种采油领域的部件，具体更涉及一种表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍。

背景技术

抽油杆接箍则是有杆采油方式中抽油机井的重要部件，随着国内深井和超深井的不断出现，接箍的磨损和腐蚀日渐严重，为了解决这一问题，采用镍基合金喷焊涂层为代表的涂层喷焊接箍很好的解决了以上问题。但是与之而来的新问题又出现了，高硬度的合金涂层喷焊接箍对油管内壁产生了较大的磨损，严重时会导致油管穿孔，两者都会造成油井的停产，给油田带来很大的作业费用和产量减少。采用固体润滑剂的方式，如Ni60CuMo系列将一定量的Cu和Mo以冶炼制粉或机械混合的方式均匀加入到Ni60喷涂粉末中使喷焊涂层具有一定的自润滑效果，但是鉴于其对喷焊涂层质量的影响，因此添加量有限，效果和推广收到很大限制。

因此，如何有效的解决喷焊抽油杆接箍的对油管内壁的磨损，特别是偏磨问题，对有杆抽油井的长期安全生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍及制备工艺，采用喷焊合金涂层在兼顾自身耐磨耐蚀性能的基础上，该接箍通过对接箍表面的喷焊合金涂层进行织构化加工处理，在合金涂层表面获得储油补油通道，将液体润滑引入接箍与油管的磨损过程，实现有效润滑，显著减少合金涂层喷焊接箍对油管的磨损。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，所述接箍是一个内有通孔的圆柱体，所述接箍圆柱体外表面制备有合金涂层，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种条纹，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹。

本发明还采用以下附属技术方案：

所述合金涂层表面的中部条纹织构类型为两种以上时，不同织构类型条纹交替分布且在不同织构类型条纹边界处相互连接，所述条纹均为沿接箍外圆面平行分布的弧线或直线。

合金涂层表面的任一所述条纹的深度为30-100微米，宽度为10-50微米，条纹间距不少于1000微米。

所述合金涂层表面两端的任两条闭环条纹之间不连通，任两条闭环条纹之间有圆形凹坑，所述凹坑的直径为10-50微米，深度为30-50微米。

所述合金涂层任一端的闭环条纹为两个以上时，最靠近中部的闭环条纹与所述合金涂层中部相邻的条纹织构的条纹末端连接相通。

所述合金涂层表面的中部条纹织构类型只有一种横条纹或竖条纹时，至少存在一条贯通条纹将相互平行的不同条纹间连接相通，所述贯通条纹与所述横条纹或竖条纹之间可呈任意角度相交。

所述合金涂层为镍基合金涂层，或铁基合金涂层，所述合金涂层的厚度为0.25～0.80 mm，所述合金涂层的表面包含有固体润滑剂，所述固体润滑剂的添加比例按质量百分数计不超过10%，所述固体润滑剂为金属铜，或石墨，或二硫化钼，所述合金涂层的硬度不低于50HRC。

所述合金涂层表面无条纹织构区域的粗糙度Ra不超过0.2微米。

制备表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍的工艺，具体包括以下步骤：

（1）采用喷砂工艺对接箍基体外表面进行粗化处理；

（2）在上一步获得的接箍基体外表面制备相应的合金涂层，首先利用两步法采用热喷涂工艺制备合金粉末层，第一步制备无固体润滑剂的合金涂层，第二步制备包含固体润滑剂的合金涂层，然后采用表面加热方法对合金涂层进行重熔处理，所述合金涂层可为镍基合金涂层或铁基合金涂层，所述合金涂层的厚度为0.25～0.80 mm；

（3）采用砂纸或砂带对上一步获得的合金涂层表面进行抛光处理，获得合金涂层表面的粗糙度Ra不超过0.2微米；

（4）将所述制备有合金涂层的接箍安装在旋转夹具上后置于激光处理设备平台上，采用激光工艺在上一步获得的合金涂层表面进行织构处理，首先对合金涂层中部进行条纹织构处理，然后再进行合金涂层两端的织构处理，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹，任两条所述合金涂层表面两端的闭环条纹之间有圆形凹坑，确保涂层中部不同织构类型条纹边界处相互连接，所述合金涂层表面的中部条纹织构只有一种横条纹或竖条纹时，至少存在一条贯通条纹将相互平行的不同条纹间连接相通；在利用激光进行条纹织构制备过程中采用至少两次处理的工艺，第一次激光处理采用高功率的激光完成条纹的成型，第二次及其后续激光处理采用低功率的激光对第一次处理获得的条纹进行重复扫描处理以获得光滑内表面的条纹，从而可以使得在磨损过程中需要“补油”时，原油可以在条纹中只有的流动；

（5）对上一步激光工艺制备的条纹织构进行抛光后处理，去除激光处理过程中在合金涂层表面可能形成的微凸起，从而获得一种表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

1.将液体润滑引入接箍与油管的磨损过程，显著降低了对油管的磨损。在采油过程中接箍要从油管的原油中穿过，通常的喷焊接箍表面为了防止粗糙表面对油管的磨粒磨损，都采用低粗糙度的光滑表面，使得原油全部流走，而本发明为了实现液体润滑，在合金涂层表面制备特定的织构条纹来承载原油，由于织构条纹低于合金涂层表面而且条纹的深度和宽度都处于数十微米级别，因此会使得原油充满整个条纹中，从而有效实现原油的留存，即实现“储油”功能，后期在与油管内壁发生磨损时，就会引入原油的液体润滑，而液体润滑对减少磨损的作用效果显著优于固体润滑，因此油管的磨损可得到显著降低，而进一步与合金涂层表面少量固体润滑剂进行复合叠加，将更加有效地减少油管内壁的磨损。

2.合金涂层表面的织构条纹兼顾了储油、锁油和补油的功能。接箍合金涂层的两端和中间部位采取不同的织构类型，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹。中部的条纹织构既可以进行油管中原油的“储油”作用，还可以利用微米尺度条纹在接箍与油管接触过程中的挤压变形作用下利用应力差和浓度差实现织构条纹中原油的流通，即向接箍与油管磨损部位的不同而实现“补油”，加上至少两道激光扫描工艺获得的条纹内表面较为光滑，更有利于原油在其中的自由流通；所述合金涂层沿圆周线方向的闭环条纹则同样具有“储油作用”，加上两条闭环条纹之间的圆形凹坑，“储油作用”进一步强化，而由于处于接箍的端部，为了防止原油流出合金涂层表面，或者过度向中部汇聚，因此只有任一端的闭环条纹为两个以上时，最靠近中部的闭环条纹与所述合金涂层中部相邻的条纹织构的条纹末端连接相通，而其它闭环条纹均保持独立而不与其它条纹相通，保证端部闭环条纹织构中始终存有一定的原油，进而实现“锁油”。这样的条纹结构设计，兼顾了储油、锁油和补油的功能，可以使得接箍与油管内壁磨损过程中获得及时充分的原油润滑。

3.合金涂层表面织构条纹还具有排除磨损碎屑的作用，避免三体磨损的出现，进一步减少磨损。在一般情况下接箍与油管内壁磨损过程中产生的磨屑会进入到磨损表面，形成磨损程度严重的三体磨损状态，而本发明的接箍表面进行了条纹织构处理，磨损产生的碎屑可以通过织构条纹的通道及其油路从磨损表面排出，从而有效减少三体磨损的发生，进一步减少油管的磨损。

4.本发明接箍喷焊合金涂层保证了良好的耐磨耐腐蚀性能，其表面合金涂层织构条纹的处理过程相对简单，而且是后处理，对原来的喷焊接箍的制备工艺无新要求，易于加工和推广。

附图说明

图1为本发明接箍的整体结构示意图。

图2为本发明实施例一中接箍的表面结构示意图。

图3为本发明实施例二中接箍的表面结构示意图。

图4为本发明实施例三中接箍的表面结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍1，所述接箍1是一个内有通孔的圆柱体，所述接箍1圆柱体外表面制备有合金涂层2，参见图2和图3，所述合金涂层2表面的中部制备有包括交叉条纹21、横条纹25和竖条纹26在内的条纹织构类型中的至少一种条纹，所述合金涂层2表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹22。

将液体润滑引入接箍与油管的磨损过程，显著降低了对油管的磨损。在采油过程中接箍要从油管中的原油穿过，常规的喷焊接箍表面为了减少与油管磨损时的接触面积，都采用低粗糙度的光滑表面，使得原油全部流走，而本发明在合金涂层表面制备织构条纹后，由于织构条纹低于合金涂层表面，因此会使得原油充满条纹，从而有效实现原油的留存，后期在与油管内壁发生磨损时，就会引入原油的液体润滑，而液体润滑对减少磨损的作用效果显著优于固体润滑，而磨损产生的碎屑可以通过织构条纹的通道从磨损表面排出，从而有效减少三体磨损的发生，因此油管的磨损可得到显著降低。

所述合金涂层2表面的中部条纹织构类型为两种以上时，不同织构类型条纹交替分布且在不同织构类型条纹边界处相互连接，所述条纹均为沿接箍外圆面平行分布的弧线或直线。

合金涂层2表面的任一所述条纹的深度为30-100微米，宽度为10-50微米，条纹间距不少于1000微米。

所述合金涂层2表面两端的任两条闭环条纹22之间不连通，任两条闭环条纹22之间有圆形凹坑23，所述凹坑23的直径为10-50微米，深度为30-50微米。

所述合金涂层2任一端的闭环条纹22为两个以上时，最靠近中部的闭环条纹22与所述合金涂层中部相邻的条纹织构的条纹末端连接相通。

接箍合金涂层的两端和中间部位采取不同的织构类型，可以获得不同的作用效果。中部的条纹织构既可以进行原油的“储油”作用，还可以利用微米尺度条纹在接箍与油管接触过程中的挤压变形作用下利用应力差和浓度差实现原油的流通，即向接箍与油管磨损部位的不同而实现“补油”；所述合金涂层沿圆周线方向的闭环条纹则同样具有“储油作用”，加上两条闭环条纹之间的圆形凹坑，“储油作用”进一步强化，而由于处于接箍的端部，为了防止原油流出合金涂层表面，或者过度向中部汇聚，因此只有任一端的闭环条纹为两个以上时，最靠近中部的闭环条纹与所述合金涂层中部相邻的条纹织构的条纹末端连接相通，而其它闭环条纹均保持独立而不语其它条纹相通。这样的条纹结构设计，兼顾了储油、锁油和补油的功能，可以使得接箍与油管内壁磨损过程中获得及时充分的原油润滑。

所述合金涂层2表面的中部条纹织构类型只有一种横条纹25或竖条纹26时，至少存在一条贯通条纹24将相互平行的不同条纹间连接相通，所述贯通条纹24与所述横条纹25或竖条纹26之间可呈任意角度相交。贯通条纹的存在可以使得横条纹与竖条纹各自平行不相交条纹之间建立通道，实现原油的自由流动。

所述合金涂层2为镍基合金涂层，或铁基合金涂层，所述合金涂层2的厚度为0.25～0.80 mm，所述合金涂层2的表面包含有固体润滑剂，所述固体润滑剂的添加比例按质量百分数计不超过10%，所述固体润滑剂为金属铜，或石墨，或二硫化钼，所述合金涂层2的硬度不低于50HRC。含量有限的固体润滑剂的存在，可以与原油的液体润滑实现协同作用，进一步改善润滑效果，特别是严重偏磨条件下的磨损。

所述合金涂层2表面无条纹织构区域的粗糙度Ra不超过0.2微米。

实施例一

参见图2，所述接箍1圆柱体外表面制备有合金涂层2，所述合金涂层2表面的中部制备有唯一的交叉条纹21，所述合金涂层2表面的两端分别制备有3条沿圆周线方向的闭环条纹22，所述任两条闭环条纹22之间制备有圆形凹坑23。最靠近中部的闭环条纹22与所述合金涂层中部相邻的交叉条纹21的末端连接相通。

实施例二

参见图3，所述接箍1圆柱体外表面制备有合金涂层2，所述合金涂层2表面的中部制备有两种类型的织构条纹，分别是横条纹25和竖条纹26，所述横条纹25 和所述竖条纹26之间交替间隔分布，所述合金涂层2表面的两端分别制备有不同数量的沿圆周线方向的闭环条纹22，所述任两条闭环条纹22之间制备有圆形凹坑23。最靠近中部的闭环条纹22与所述合金涂层中部相邻的横条纹25的末端连接相通。所述横条纹25和所述竖条纹26分别存在一条贯通条纹24将相互平行的不同条纹间连接相通，所述贯通条纹24与所述横条纹25或竖条纹26之间可呈任意角度相交。所述贯通条纹也可为多条。

实施例三

参见图4，所述接箍1圆柱体外表面制备有合金涂层2，所述合金涂层2表面的中部制备有三种类型的织构条纹，分别是交叉条纹21、横条纹25和竖条纹26，所述三种条纹之间交替间隔分布，所述合金涂层2表面的两端分别制备有不同数量的沿圆周线方向的闭环条纹22，所述任两条闭环条纹22之间制备有圆形凹坑23。最靠近中部的闭环条纹22分别与所述合金涂层中部相邻的横条纹25和交叉条纹21的末端连接相通。所述横条纹25和所述竖条纹26分别存在一条贯通条纹24将相互平行的不同条纹间连接相通，所述贯通条纹24与所述横条纹25或竖条纹26之间可呈任意角度相交。所述贯通条纹也可为多条。

制备表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍的工艺，具体包括以下步骤：

（1）采用喷砂工艺对接箍基体外表面进行粗化处理；

（2）在上一步获得的接箍基体外表面制备相应的合金涂层，首先利用两步法采用热喷涂工艺制备合金粉末层，第一步制备无固体润滑剂的合金涂层，第二步制备包含固体润滑剂的合金涂层，如果不需要包含固体润滑剂的合金涂层时可将第二步省去，然后采用表面加热方法对合金涂层进行重熔处理，所述合金涂层可为镍基合金涂层或铁基合金涂层，所述合金涂层的厚度为0.25～0.80 mm；

（3）采用砂纸或砂带对上一步获得的合金涂层表面进行抛光处理，获得合金涂层表面的粗糙度Ra不超过0.2微米；该粗糙度数值的限定有助于后期激光制备条纹织构的处理；

（4）将所述制备有合金涂层的接箍安装在旋转夹具上后置于激光处理设备平台上，采用激光工艺在上一步获得的合金涂层表面进行织构处理，首先对合金涂层中部进行条纹织构处理，然后再进行合金涂层两端的织构处理，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹，任两条所述合金涂层表面两端的闭环条纹之间有圆形凹坑，确保涂层中部不同织构类型条纹边界处相互连接，所述合金涂层表面的中部条纹织构只有一种横条纹或竖条纹时，至少存在一条贯通条纹将相互平行的不同条纹间连接相通；在利用激光进行条纹织构制备过程中采用至少两次处理的工艺，第一次激光处理采用高功率的激光完成条纹的成型，第二次及其后续激光处理采用低功率的激光对第一次处理获得的条纹进行重复扫描处理以获得光滑内表面的条纹；同样可以调整激光扫描过程中光束、离焦量和扫描时间等参数来调整和优化处理工艺；

（5）对上一步激光工艺制备的条纹织构进行抛光后处理，去除激光处理过程中在合金涂层表面可能形成的微凸起，减少磨损过程中可能对油管内壁的划伤，从而获得一种表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍。

本发明对接箍的表面合金涂层织构条纹的处理过程相对简单，激光处理工艺成熟，而且是后处理，对原来的喷焊接箍的制备工艺无新要求，易于加工和推广。

Claims (8)

1.表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，所述接箍是一个内有通孔的圆柱体，其特征在于，所述接箍圆柱体外表面制备有合金涂层，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种条纹，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹；合金涂层表面的任一所述条纹的深度为30-100微米，宽度为10-50微米，条纹间距不少于1000微米。

2.如权利要求1所述的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于，所述合金涂层表面的中部条纹织构类型为两种以上时，不同织构类型条纹交替分布且在不同织构类型条纹边界处相互连接，所述条纹均为沿接箍外圆面平行分布的弧线或直线。

3.如权利要求1所述的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于，所述合金涂层表面两端的任两条闭环条纹之间不连通，任两条闭环条纹之间有圆形凹坑，所述凹坑的直径为10-50微米，深度为30-50微米。

4.如权利要求1所述的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于，所述合金涂层任一端的闭环条纹为两个以上时，最靠近中部的闭环条纹与所述合金涂层中部相邻的条纹织构的条纹末端连接相通。

5.如权利要求1所述的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于，所述合金涂层表面的中部条纹织构类型只有一种横条纹或竖条纹时，至少存在一条贯通条纹将相互平行的不同条纹间连接相通，所述贯通条纹与所述横条纹或竖条纹之间可呈任意角度相交。

6.如权利要求1所述的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于，所述合金涂层为镍基合金涂层，或铁基合金涂层，所述合金涂层的厚度为0.25～0.80 mm，所述合金涂层的表面包含有固体润滑剂，所述固体润滑剂的添加比例按质量百分数计不超过10%，所述固体润滑剂为金属铜，或石墨，或二硫化钼，所述合金涂层的硬度不低于50HRC。

7.如权利要求1所述的表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于，所述合金涂层表面无条纹织构区域的粗糙度Ra不超过0.2微米。

8.权利要求1-7所述任一表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍的制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)采用喷砂工艺对接箍基体外表面进行粗化处理；

(2)在上一步获得的接箍基体外表面制备相应的合金涂层，首先利用两步法热喷涂工艺制备合金粉末层，第一步制备无固体润滑剂的合金涂层，第二步制备包含固体润滑剂的合金涂层，然后采用表面加热方法对合金涂层进行重熔处理，所述合金涂层可为镍基合金涂层或铁基合金涂层，所述合金涂层的厚度为0.25～0.80 mm；

(3)采用砂纸或砂带对上一步获得的合金涂层表面进行抛光处理，获得合金涂层表面的粗糙度Ra不超过0.2微米；

(4)将所述制备有合金涂层的接箍安装在旋转夹具上后置于激光处理设备平台上，采用激光工艺在上一步获得的合金涂层表面进行织构处理，首先对合金涂层中部进行条纹织构处理，然后再进行合金涂层两端的织构处理，所述合金涂层表面的中部制备有包括交叉条纹、横条纹和竖条纹在内的条纹织构类型中的至少一种，所述合金涂层表面的两端制备有沿圆周线方向的闭环条纹，任两条所述合金涂层表面两端的闭环条纹之间有圆形凹坑，确保涂层中部不同织构类型条纹边界处相互连接，所述合金涂层表面的中部条纹织构只有一种横条纹或竖条纹时，至少存在一条贯通条纹将相互平行的不同条纹间连接相通；在利用激光进行条纹织构制备过程中采用至少两次处理的工艺，第一次激光处理采用高功率的激光完成条纹的成型，第二次及其后续激光处理采用低功率的激光对第一次处理获得的条纹进行重复扫描处理以获得光滑内表面的条纹；

(5)对上一步激光工艺制备的条纹织构进行抛光后处理，去除激光处理过程中在合金涂层表面可能形成的微凸起，从而获得一种表面有储油补油通道的耐磨防腐抽油杆接箍。

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