CN113046533A - 一种提高v150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，所述V150钻杆包括V150钢级管体及其两端公接头和母接头组成。通过对管体进行喷砂和抛丸处理，对公母接头进行氮化处理，得到表面均匀的耐腐蚀V150高强度钻杆。本发明采用一种简单方便的方法对V150高强度钻杆进行表面处理，减缓在强腐蚀性钻井液环境中的局部腐蚀和应力腐蚀程度，延长钻杆在苛刻环境中的使用寿命，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明属于石油钻杆技术领域，特别是一种提高V150高强度钻杆(额定最小屈服强度为1034MPa)，在高温高压高腐蚀性等恶劣作业环境中耐蚀性能的表面处理工艺。
背景技术
随着钻井技术的发展及工业生产对资源的需求，钻井作业已经由常规钻井逐渐转向深井、超深井、大位移水平井等复杂井，V150高强度钻杆(额定最小屈服强度为1034MPa)能抵御强拉、强扭、弯曲等各种交变载荷，与普通S135钻杆相比(额定最小屈服强度为930MPa)，能提高钻井效率，在深井、超深井中具有显著优势。但随着强度的提高，钻杆表面状态对其耐局部腐蚀能力影响越大，表面不均匀性更易诱导产生局部腐蚀，从而降低钻杆的使用寿命。此外，钻杆接头从焊接端面到大钳处外径圆弧变化，容易堆积钻井液且不容易去除，在钻杆等钻及存放过程中容易发生腐蚀。
喷砂能有效清除工件表面，获得一定的表面粗糙度，有利于后续加工。抛丸处理在工件表面造成一定深度的塑性变形，有改变表面应力状态，改变表面形貌的作用，施工技术简单，效果显著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，减缓V150高强度钻杆在高温高压高腐蚀性中的表面局部腐蚀和应力腐蚀问题。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，对管体进行喷砂和抛丸处理，对接头进行氮化处理。
优选地，所述的用于提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其工艺步骤包括，
步骤1，对钻杆管体进行喷砂处理，清洁钻杆表面；
步骤2，对钻杆管体进行抛丸处理，消除表面局部应力，获得表面均匀压应力的管体，提高管体疲劳强度和抗腐蚀性能；
步骤3，对钻杆接头进行氮化处理，提高接头耐蚀性能。
优选地，所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，所述的钻杆管体喷砂范围是管体外壁，所述的接头氮化处理范围是接头焊接端面起，向螺纹方向30-300mm，最好是，所述的接头氮化处理范围是接头焊接端面起，向螺纹方向70-150mm，优选为70mm、85mm、100mm、110mm、135mm或150mm等。
优选地，所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，所述的喷砂工艺，选用圆角金刚砂，砂粒规格为80-200目，单一喷枪出丸量为1-15kg/min，更为优选的单一喷枪出丸量是6-13kg/min，优选为6kg/min、8kg/min、10kg/min、12kg/min等。喷枪距表面100-200mm，优选为100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm等。喷砂后钻杆管体表面锚纹度达到40-90μm。
优选地，所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，所述的抛丸工艺，选用S110-S550规格钢丸，钢丸硬度为HRC45-60，喷射压力0.2-1.5Mpa，喷砂压力优选为0.7-1.2Mpa，例如0.75Mpa、0.9Mpa、1.05Mpa、1.2Mpa等。喷射角度为45°-85°，喷丸覆盖率为200％。
优选地，所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，所述的氮化工艺为气体氮化，氮化温度为480-550℃，优选为485℃、505℃、510℃、525℃、540℃、550℃等。氮化时间为7-20h优选为15-20h。
鉴于上述技术特征，本发明具有以下效果：
1、本发明方法由于对钻杆管体表面进行了喷砂和抛丸处理，使钻杆管体表面状态均匀，减缓V150高强度钻杆在钻井液环境中的局部腐蚀情况。
2、本发明方法对钻杆接头进行氮化处理，形成的氮化组织硬度高、耐磨性好，且表面白亮层有良好的耐酸、碱、盐雾腐蚀能力，能减少接头因钻井液引起的腐蚀情况。
3、本发明通过对V150高强度钻杆管体及接头进行表面处理，可以提高V150高强度钻杆的使用寿命，减少早期腐蚀失效，节省钻井维修和更换成本，符合节能环保的工业生产要求。
4、V150高强度钻杆主要应用在钻井液泥浆环境或在高温、高压、氧、氯、硫酸根弱碱性腐蚀环境，具有良好的耐局部腐蚀能力。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例1
本发明公开了一种提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，对高强度钻杆管体进行抛丸和喷砂处理，对接头进行氮化处理。
具体步骤是，
步骤1，对钻杆管体进行喷砂处理，清洁钻杆表面；
步骤2，对钻杆管体进行抛丸处理，消除表面局部应力，获得表面均匀压应力的管体，提高管体疲劳强度和抗腐蚀性能；
步骤3，对钻杆接头进行氮化处理，提高接头耐蚀性能。
所述的喷砂工艺，选用圆角金刚砂，80目及120目按质量比50％混合，单一喷枪出丸量为7kg/min，喷枪距表面200mm，最后钻杆管体表面锚纹度为70μm。
所述的抛丸工艺，选用S280规格钢丸，钢丸硬度约为HRC52，喷射压力1Mpa，喷射角度为80°，喷丸覆盖率为200％。
所述的接头氮化处理范围是从接头焊接端面起，向螺纹方向125mm。
所述的氮化工艺为气体氮化，氮化温度为545℃，氮化时间为18h。
所述的接头氮化后表面白亮层厚度为14μm，氮化层深度0.8mm，表面硬度约为780HV。
该实施例在塔里木油田三口井中应用，在不同开次和钻井液环境下，均无明显局部腐蚀，表现为轻微的均匀腐蚀，具体见表1。
表1塔里木油田应用情况
实施例2
本发明公开了一种提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，对管体进行抛丸和喷砂处理，对接头进行氮化处理。
具体步骤是，
步骤1，对钻杆管体进行喷砂处理，清洁钻杆表面；
步骤2，对钻杆管体进行抛丸处理，消除表面局部应力，获得表面均匀压应力的管体，提高管体疲劳强度和抗腐蚀性能；
步骤3，对钻杆接头进行氮化处理，提高接头耐蚀性能。
所述的喷砂工艺，选用圆角金刚砂，砂粒直径为200目，单一喷枪出丸量为13kg/min，喷枪距表面110mm，最后钻杆管体表面锚纹度为84μm。
所述的抛丸工艺，选用S330规格钢丸，钢丸硬度约为HRC58，喷射压力1.2Mpa，喷射角度为60°，喷丸覆盖率为200％。
所述的接头氮化处理范围是从接头焊接端面起，向螺纹方向90mm。
所述的氮化工艺为气体氮化，氮化温度为515℃，氮化时间为20h。
所述的接头氮化后表面白亮层厚度约为28μm，氮化层深度0.75mm，表面硬度约为840HV。
该实施例取试样在三种不同模拟现实工况条件进行高温高压腐蚀试验，表面处理后的试样均无明显局部腐蚀，表现为轻微的均匀腐蚀，而未经过表面处理的原始样均出现不同程度的点蚀，具体见表2。
表2高温高压腐蚀试验
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (10)
1.一种提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，对高强度钻杆管体进行喷砂和抛丸处理，对钻杆接头进行氮化处理，其特征在于，其工艺步骤包括，
步骤1，先对钻杆管体进行喷砂处理，再清洁钻杆表面；
步骤2，对钻杆管体进行抛丸处理，消除表面局部应力，获得表面均匀压应力的管体；
步骤3，对钻杆接头进行氮化处理，提高接头耐蚀性能；所述的钻杆管体抛丸喷砂范围是钻杆管体外壁，所述的钻杆接头氮化处理范围是以接头焊接端面起，向螺纹方向30-300mm。
2.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述钻杆接头氮化处理范围是以接头焊接端面起，向螺纹方向70-150mm。
3.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述的喷砂工艺中，选用圆角金刚砂，砂粒规格为80-200目，单一喷枪出丸量为1-15kg/min，喷枪距表面100-200mm，喷砂后钻杆管体表面锚纹度达到40-90μm。
4.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述单一喷枪出丸量为6-13kg/min：优选为6kg/min、8kg/min、10kg/min、12kg/min；所述喷枪距表面100-200mm，优选为100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm。
5.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述的抛丸工艺中，选用S110-S550规格钢丸，钢丸硬度为HRC45-60，喷射压力0.2-1.5Mpa，喷射角度为45°-85°，喷丸覆盖率为200％。
6.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述的抛丸工艺中，喷射压力0.7-1.2Mpa。
7.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述的氮化工艺为气体氮化，氮化温度为480-550℃，氮化时间为7-20h。
8.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述的氮化工艺为气体氮化，氮化温度为480-550℃，氮化时间为15-20h。
9.根据权利要求1所述的提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺，其特征在于，所述V150高强度钻杆的额定最小屈服强度为1034MPa。
10.一种如权利要求1-9提高V150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺制备的V150高强度钻杆，其特征在于，所述V150高强度钻杆应用在钻井液泥浆环境或在高温、高压、氧、氯、硫酸根弱碱性腐蚀环境中具有良好的耐局部腐蚀能力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A surface treatment process for improving the corrosion resistance of V150 high-strength drill pipes Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20220909 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shanghai Baosteel Baoshan Branch Pledgor: SHANGHAI HILONG DIRLL PIPES Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000863 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |