CN115094370A - 一种防腐耐磨渗硼石油专用管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油机械设备技术领域，尤其涉及一种防腐耐磨渗硼石油专用管及其制作方法。本发明所述的制作方法主要包括以下工艺步骤：漏磁探伤→通径→车螺纹→喷砂→上接箍→渗硼→珩磨→静水压试压→打标→喷漆→称重→测长→包装。应用本发明方法制作的防腐耐磨渗硼石油专用管，在管体内表面形成一层坚硬、致密、厚度均匀、性能稳定的FeB和Fe2B化合物层，渗硼层硬度≥HV1200，渗硼层厚度≥80μm，具备优异的防腐耐磨性能。本发明在保证管体本身性能和渗硼层质量的基础上，大幅提升了加工效率和生产速度，产能为现有细长管式件内壁渗硼生产方式的数倍，可满足工业化生产要求。
Description
技术领域
本发明属于石油机械设备技术领域，尤其涉及一种防腐耐磨渗硼石油专用管及其制作方法。
背景技术
石油钻采过程中，由于井下存在H2S、CO2、Cl-、硫酸盐还原菌等不同腐蚀介质，油管、套管等石油专用管长期存在腐蚀问题，随着油田开发的不断深入，许多油田进入中、高含水开发期，井下含水量和矿化度不断提高，管体的腐蚀问题日趋严重。
另外，随着开发方式的不断深化，深井、大位移井、大斜度井、水平井不断增多，下泵深度逐渐增加，钻井及采油过程中钻杆与套管之间、抽油杆与油管之间的磨损问题也越来越严重。腐蚀和磨损问题相互作用，腐蚀加速磨损，磨损促进腐蚀，导致油套管服役周期大幅缩短，油井作业频繁，给油气田勘探开发带来重大影响。
目前，为解决石油专用管防腐耐磨问题，在管体本身方面常见处理方法有：静电喷涂各种涂覆层、电镀防腐合金层、内衬高分子聚乙烯或金属管等。这些技术在不同程度减少了管体内壁腐蚀和磨损的问题，但均存在一定的局限性。
渗硼可以大幅度提高钢铁表面硬度，使管体具备很强的耐磨损性能，同时，渗硼层具有很高的耐腐蚀性，可有效耐H2S、CO2及各种酸碱盐腐蚀。
但是，目前渗硼工艺大都用于在尺寸较小的零件，对于长度大于2m的细长管件，渗硼方式单一，一般采用井式炉并且一炉一根的加工方式，生产效率极低，难以产业化。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种防腐耐磨渗硼石油专用管及其制作方法，本发明在保证管体本身性能和渗硼层质量的基础上，大幅提升了加工效率和生产速度，产能为现有细长管式件内壁渗硼生产方式的数倍，可满足工业化生产要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防腐耐磨渗硼石油专用管的制作方法，主要包括以下步骤：
漏磁探伤→通径→车螺纹→喷砂→上接箍→渗硼→珩磨→静水压试压→打标→喷漆→称重→测长→包装。
具体工艺如下：
(1)首先对原材料进行漏磁探伤、通径、车螺纹，然后对管体内壁采用碳化硅或者棕刚玉进行喷砂，去除内壁的油脂、污物、氧化皮、铁锈等杂质，并改善管壁表面粗糙度使其在渗硼过程中效果更佳。喷砂处理后效果达到Sa2.0等级，以促进渗硼层与管体内壁更好的融合。
(2)喷砂处理后的管体一端安装堵头，另一端安装接箍后将渗硼剂装入管内。
渗硼剂包括以下重量份的组分：碳化硼5～10份、氟硼酸钾8～12份、活性炭粉5份、稀土1份、碳化硅余量，稀土能起到催渗的作用，可获得较好的渗层。
将装满渗硼剂的管体两端密封后，放入加热炉中加热，进行渗硼热处理。加热温度为850℃～950℃时，保温4～5小时；随炉冷却至800℃后，把管体放入冷却炉强制冷却至室温。
渗硼热处理采用两种方式。
第一种方式是在井式炉中采用竖直加热方式。该方法的优势是可利用自重，减小管体变形量。为提高产能，井式炉一个炉体内可根据管体直径大小放置多个炉胆，优选6～10个，炉胆数量过多会导致加热效果不均，影响渗硼后产品质量。各炉胆之间有支架间隔，支架起到固定炉胆并保证炉胆垂直度的作用。
第二种方式是在箱式炉中采用水平加热方式。箱式炉中一次可放置多支管体，优选10支以上。为了避免管体在加热过程中弯曲变形量过大，炉体内安装多段绞龙支撑管体，各绞龙之间间隔1～2米。同时，为了避免渗剂沉积在管体底部导致渗层厚度不均，专门设计了旋转机构，该机构通过控制绞龙带动管体可在炉膛内往复旋转，管体旋转速度在1～10rpm。
考虑渗硼剂消耗或者密封不严引起压力变化会导致工件表面渗层不均，严重时造成渗硼失败，每根管体一端安装了压力监测及控制系统，保证管内压力始终保持在0.1～0.15MPa。该系统由压力传感器、进气管路、进气阀等组成。进气管路一端经过管端部密封接头和进气阀伸入管体内部，另一端连接惰性气体。管体端部密封接头内设有压力传感器，用于监测管体内部压力。一旦由于渗剂消耗或者密封效果不佳导致管内压力变化，压力监测及控制系统便及时向管体内部补充惰性气体，保证其压力稳定，从而确保渗层质量。
(3)渗硼完成后采用珩磨去除粘附在管体内表面的渗剂,然后进行静水压试压、打标、喷漆、称重、测长、喷标、包装等工序，生产出防腐耐磨渗硼石油专用管。
有益效果
本发明公开了一种防腐耐磨渗硼石油专用管及其制作方法，应用本发明方法制作的防腐耐磨渗硼石油专用管，在管体内表面形成一层坚硬、致密、厚度均匀、性能稳定的FeB和Fe2B化合物层，渗硼层硬度≥HV1200，渗硼层厚度≥80μm，具备优异的防腐耐磨性能。
本发明所述的制作方法在保证渗硼质量的基础上，大幅提升了加工效率和生产速度，产能为现有细长管式件内壁渗硼生产方式的6倍以上。
附图说明
图1：实施例1中所述井式炉多根吊装结构示意图；
图2：实施例1中所述井式炉的剖面结构示意图；
图3：实施例2中所述箱式炉结构示意图；
图4：实施例2中所述箱式炉绞龙布置结构示意图；
图5：渗硼层金相显微组织图；
图中：1：井式炉炉体；2：支架；3：炉胆；4：管体；5：接箍；6：堵头；7：连接管；8：进气阀；9：绞龙；10：箱式炉炉体。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1
防腐耐磨渗硼石油专用管的制作方法，具体工艺如下：
(1)首先对原材料进行漏磁探伤、通径、车螺纹，然后对管体内壁采用碳化硅或者棕刚玉进行喷砂，去除内壁的油脂、污物、氧化皮、铁锈等杂质，并改善管壁表面粗糙度使其在渗硼过程中效果更佳。喷砂处理后效果达到Sa2.0等级，以促进渗硼层与管体内壁更好的融合。
(2)喷砂处理后的管体一端安装堵头，另一端安装接箍后将渗硼剂装入管内。
渗硼剂包括以下重量份的组分：碳化硼5份、氟硼酸钾8份、活性炭粉5份、稀土1份、碳化硅余量，稀土能起到催渗的作用，可获得较好的渗层。
将装满渗硼剂的管体两端密封后，放入加热炉中加热，进行渗硼热处理。加热温度为850℃，保温5小时；随炉冷却至800℃后，把管体放入冷却炉强制冷却至室温。
渗硼热处理采用以下方式：
如图1-2所示，将管体吊装至井式炉中采用竖直加热方式。该方法的优势是可利用自重，减小管体变形量。为提高产能，井式炉炉体1内可根据管体直径大小放置多个炉胆3，优选6～10个，炉胆数量过多会导致加热效果不均，影响渗硼后产品质量。各炉胆之间有支架2间隔，支架起到固定炉胆并保证炉胆垂直度的作用。
考虑渗硼剂消耗或者密封不严引起压力变化会导致工件表面渗层不均，严重时造成渗硼失败，每根管体一端安装了压力监测及控制系统，保证管内压力始终保持在0.1～0.15MPa。该系统由压力传感器、进气管路、进气阀8等组成。进气管路一端经过管端部密封接头和进气阀8伸入管体4内部，另一端连接惰性气体。管体端部堵头6内设有压力传感器，用于监测管体内部压力。一旦由于渗剂消耗或者密封效果不佳导致管内压力变化，压力监测及控制系统便及时向管体内部补充惰性气体，保证其压力稳定，从而确保渗层质量。
(3)渗硼完成后采用珩磨去除粘附在管体内表面的渗剂,然后进行静水压试压、打标、喷漆、称重、测长、喷标、包装等工序，生产出防腐耐磨渗硼石油专用管。
实施例2
一种防腐耐磨渗硼石油专用管的制作方法，具体工艺如下：
(1)首先对原材料进行漏磁探伤、通径、车螺纹，然后对管体内壁采用碳化硅或者棕刚玉进行喷砂，去除内壁的油脂、污物、氧化皮、铁锈等杂质，并改善管壁表面粗糙度使其在渗硼过程中效果更佳。喷砂处理后效果达到Sa2.0等级，以促进渗硼层与管体内壁更好的融合。
(2)喷砂处理后的管体一端安装堵头，另一端安装接箍后将渗硼剂装入管内。
渗硼剂包括以下重量份的组分：碳化硼10份、氟硼酸钾12份、活性炭粉5份、稀土1份、碳化硅余量，稀土能起到催渗的作用，可获得较好的渗层。
将装满渗硼剂的管体两端密封后，放入加热炉中加热，进行渗硼热处理。加热温度为950℃时，保温4小时；随炉冷却至800℃后，把管体放入冷却炉强制冷却至室温。
渗硼热处理采用以下方式：
如图3-4所示，在箱式炉中采用水平加热方式。箱式炉中一次可放置多支管体4，优选10支以上。为了避免管体在加热过程中弯曲变形量过大，箱式炉炉体10内安装多段绞龙9支撑管体，各绞龙之间间隔1～2米。同时，为了避免渗剂沉积在管体底部，导致渗层厚度不均，专门设计了旋转机构，该机构通过控制绞龙9带动管体可在炉膛内往复旋转，管体旋转速度在1～10rpm。
考虑渗硼剂消耗或者密封不严，引起压力变化导致工件表面渗层不均，严重时造成渗硼失败，每根管体一端安装了压力监测及控制系统，保证管内压力始终保持在0.1～0.15MPa。该系统由压力传感器、进气管路、进气阀8等组成。进气管路一端经过管端部密封接头和进气阀8、连接管7伸入管体4内部，另一端连接惰性气体。管体端部堵头6内设有压力传感器，用于监测内部压力。一旦由于渗剂消耗或者密封效果不佳导致管内压力变化，压力监测及控制系统便及时向管体内部补充惰性气体，保证其压力稳定，从而确保渗层质量。
(3)渗硼完成后采用珩磨去除粘附在管体内表面的渗剂,然后进行静水压试压、打标、喷漆、称重、测长、喷标、包装等工序，生产出防腐耐磨渗硼石油专用管。
实施例3
对外径为73mm，壁厚为5.51mm，长度为9.6m的J55钢级油管进行渗硼处理。
渗硼剂配备按照质量分数碳化硼7％、氟硼酸钾10％、活性炭粉5％、稀土1％、碳化硅余量。
加热温度为880℃、保温时间4.5小时、随炉冷却至800℃后，把管体放入冷却炉强制冷却至室温。
渗硼层金相显微组织图如图5所示。渗硼层组织以Fe2B相为主，表层有很薄的一层不连续FeB相，渗硼层厚度为82～117μm，测得维氏硬度为1301～1592Hv0.1。管体力学性能：屈服强度510MPa、抗拉强度770MPa、伸长率27％。管体直线度≤0.002L。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种防腐耐磨渗硼石油专用管的制作方法，其特征在于，主要包括以下工艺步骤：漏磁探伤→通径→车螺纹→喷砂→上接箍→渗硼→珩磨→静水压试压→打标→喷漆→称重→测长→包装。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，具体工艺包括：
首先对原材料进行漏磁探伤、通径、车螺纹，然后对管体内壁采用碳化硅或者棕刚玉进行喷砂，去除内壁的油脂、污物、氧化皮、铁锈杂质，并改善管壁表面粗糙度；喷砂处理后效果达到Sa2.0等级；
喷砂处理后的管体一端安装堵头，另一端安装接箍后将渗硼剂装入管内；将装满渗硼剂的管体两端密封后，放入加热炉中加热，进行渗硼热处理；
渗硼完成后采用珩磨去除粘附在管体内表面的渗剂,然后进行静水压试压、打标、喷漆、称重、测长、喷标、包装等工序，生产出防腐耐磨渗硼石油专用管。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述渗硼剂包括以下重量份的组分：碳化硼5～10份、氟硼酸钾8～12份、活性炭粉5份、稀土1份、碳化硅余量。
4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述渗硼热处理的工艺条件为：加热温度为850℃～950℃，保温4～5小时；随炉冷却至800℃后，把管体放入冷却炉强制冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述渗硼热处理采用：
在井式炉中竖直加热的方式，井式炉一个炉体内根据管体直径大小放置多个炉胆,各炉胆之间有支架间隔；
或在箱式炉中水平加热的方式，箱式炉中水平放置多支管体，炉体内设置有支撑装置用于支撑管体，箱式炉中设置有旋转机构，可带动管体在炉膛内往复旋转。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述箱式炉的炉体内安装多段绞龙支撑管体，各绞龙之间间隔1～2米；旋转机构通过控制绞龙带动管体在炉膛内往复旋转，管体旋转速度在1～10rpm。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，每根管体一端安装了压力监测及控制系统，保证管内压力始终保持在0.1～0.15MPa；所述压力监测及控制系统包括压力传感器、进气管路、进气阀，进气管路一端经过管端部密封接头和进气阀伸入管体内部，另一端连接惰性气体，管体端部密封接头内设有压力传感器，用于监测管体内部压力，一旦由于渗剂消耗或者密封效果不佳导致管内压力变化，压力监测及控制系统便及时向管体内部补充惰性气体，保证其压力稳定，从而确保渗层质量。
8.一种防腐耐磨渗硼石油专用管，其特征在于，由权利要求1-7任一所述方法制作而成。
9.根据权利要求8所述的防腐耐磨渗硼石油专用管，其特征在于，所述管体内表面形成一层渗硼层，所述渗硼层硬度≥HV1200，渗硼层厚度≥80μm。
10.根据权利要求9所述的防腐耐磨渗硼石油专用管，其特征在于，所述渗硼层包括FeB和Fe2B化合物层，渗硼层组织以Fe2B相为主，表层有很薄的一层不连续FeB相。
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