耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種油田抽油裝置，尤其涉及一種抽油桿接箍。
【背景技術】
[0002] 抽油機井一直以來都是國內外油田的主要采油方式，其中抽油桿柱（包括抽油桿 和抽油光桿）是有桿抽油設備的重要零件，其功能是將抽油機的動力傳遞給井下抽油栗， 通過油井管采出石油。
[0003] 隨著當前深井、超深井、稠油井、腐蝕井和高含水井越來越多，抽油桿柱的工作條 件日益苛刻，原油中含有的的腐蝕性介質越來越多，對抽油桿柱的腐蝕破壞越來越嚴重。
[0004] 抽油桿接箍是井下連接抽油桿的部件，和抽油桿柱一樣受到原油腐蝕作用。由于 其外徑比抽油桿大，經常接觸到油管內壁而發生摩擦磨損。在硫化氫腐蝕條件下，普通抽油 桿接箍會發生表面腐蝕，同時由于和油管內壁相摩擦，表面腐蝕會進一步加劇，通常比抽油 桿受損更嚴重。抽油桿接箍受損后，連接抽油桿的螺紋失效，導致抽油桿柱斷脫，造成停井 事故。
[0005] 在這種情況下，包括電鍍、化學鍍等技術在內的表面工程技術應用到抽油桿接箍 的表面加工中。這些技術，通過在抽油桿接箍表面形成一層具有防腐保護作用的鉻鍍層、鎳 磷鍍層等方式，起到了一定的防腐效果，在油田得到了廣泛應用。
[0006] 但是，在某些油田，油井的原油硫化氫含量相當高，硫化氫腐蝕很嚴重，這些常規 的表面防腐技術由于并不是特別針對硫化氫腐蝕問題的技術方案，在高硫化氫環境下的耐 腐蝕性有限，在不長的使用時間后也會失效，造成嚴重的硫化氫腐蝕。
[0007] 此外，由于抽油桿接箍還有和油管內壁相碰撞、摩擦的情況出現，也要求抽油桿表 面具有一定的耐磨性。因此，解決抽油桿接箍在高硫化氫含量環境下的防腐蝕耐磨損問題， 將極大的有助于高含硫油井的原油開發，有效提高生產效率，降低生產事故發生率。
【發明內容】
[0008] 本發明要解決的問題是提供一種噴涂有耐硫化氫腐蝕合金涂層的抽油桿接箍，以 解決在低成本條件下滿足油田硫化氫腐蝕嚴重井的用桿需求。
[0009] 本發明一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍，包括：抽油桿接箍；于所述抽油桿接箍表 面分別噴涂有合金噴涂料；其中：
[0010]以質量百分比計，所述合金噴涂料成分為：C :0. 2~0. 6% ;B :3~5% ;Si:3. 5~5. 5% ;Mn :0? 5~I. 0% ;Cr :19~24% ;Cu :5~7% ;Mo :2~3 ;稀土：0? 04~0? 08% ;Fe: 0~4%;Nb0? 5~L 5% ;余量為Ni。
[0011] 本發明一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍，其中所述稀土為La、Ce的混合物。
[0012] 本發明一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍表面噴涂的合金噴涂料包含的Cr、Mo元素 起到強化涂層強度的作用，使得本發明表面形成的涂層具有較強的硬度和耐磨性。本發明 中的Si、Mn元素起到提高涂層屈服強度的作用，且固溶強化效果較好，使得本發明表面形 成的涂層與抽油桿接箍基體具有較強的結合性能，涂層不易脫落；Cu元素可以提高奧氏體 的穩定性，使得本發明表面形成的涂層具有高耐腐蝕性能。另外本發明使用的合金噴涂料 包含的稀土元素，一方面會和溶解在Cu元素中原子態的氫發生作用，形成穩定的RH2、RH3 氫化物，此時合金中氫含量沒變，但是由于是以氫化物固溶體形式存在，避免了氫脆等危 害；另一方面會抑制MnS的形成，提高了涂層的耐腐蝕性能。總之本發明由于噴涂的合金噴 涂料具有較強的耐磨性能及耐腐蝕性能，從而避免了腐蝕物質與抽油桿接箍基體的直接接 觸，從而抽油桿接箍基體得到了有效的保護，降低了生產事故發生的幾率。
【具體實施方式】
[0013](一）抽油桿接箍
[0014] 本發明一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍，包括：抽油桿接箍；于所述抽油桿接箍表 面分別噴涂有合金噴涂料；其中：
[0015] 以質量百分比計，所述合金噴涂料成分為：C:0. 2~0. 6%;B:3~5%;Si:3. 5~ 5. 5%;Mn:0? 5 ~I. 0%;Cr:19 ~24%;Cu:5 ~7%;Mo:2 ~3 ;稀土 ：0? 04 ~0? 08%;Fe: 0~4%;Nb0. 5~1. 5% ;余量為Ni;其中所述稀土為La、Ce的混合物。
[0016] 在耐硫化氫合金粉末的研發中，通過加入適量的Cr和其他合金元素，提高合金粉 末的耐腐蝕性。研究表明，Cr元素是絕大多數耐硫化氫材料的主要耐腐蝕元素，通過形成 Cr2O3鈍化膜起到隔絕含硫介質提高材料耐硫化氫腐蝕的作用。
[0017] 但是，高含Cr元素的耐硫化氫腐蝕的合金粉末其脆性相對較高，噴涂到到抽油光 桿表面后，在抽油光桿受到橫向載荷的情況下，很容易出現表面脆性微裂紋而失去耐腐蝕 效果。因此，研究人員在合金粉末成分中又增加Nb、稀土等合金元素，在合金層中均勻的析 出Cr23C6、Cr7C3、CrB、Ni3B等硬質相，同時Mo、Nb和微量稀土元素細化涂層組織，形成新的 MoB相，從而降低合金涂層的脆性，提高涂層的冶金結合性和韌性，滿足抽油光桿的工作條 件。
[0018] 本發明所使用的合金噴涂料中包含的Mo元素作為鋼的合金化元素，可以提高鋼 的強度，特別是尚溫強度和初性；提尚鋼在酸喊溶液和液態金屬中的抗蝕性；提尚鋼的耐 磨性和改善淬透性、焊接性和耐熱性。
[0019] 本發明所使用的合金噴涂料中包含的Cu元素可以提高奧氏體的穩定性，并提高 耐腐蝕性能。但是銅對OjPH2等有很強的溶解能力，氫是以原子狀態溶解在銅液中。此時 加入適量的稀土，稀土會和原子態的氫發生作用，形成冊 2和RH3型穩定氫化物（其中R代 表稀土元素），此時合金中氫含量沒變，但是由于是氫化物固溶體形式存在，避免了氫脆等 危害。
[0020] 本發明所使用的合金噴涂料中包含的Si元素是提高屈服強度的主要元素，其固 溶強化效果比錳元素高。另外，加入稀土后，Si和Cu會和稀土以一定的比例形成粘附性較 好的含硅銅稀土的復合銹層，提高了鋼材的耐大氣腐蝕的能力。
[0021] 本發明所使用的合金噴涂料中包含的Mn元素通過固溶強化，細化晶粒提高強度。 此時，加入適量的稀土元素，會抑制MnS的形成，提高鋼材耐腐蝕能力。
[0022] 另外，本發明所使用的合金噴涂料中Cu和Mo的占比比較大，其目的在于提高涂層 的自潤滑和耐磨性能。
[0023] 總之本發明由于噴涂的合金噴涂料具有較強的耐磨性能及耐腐蝕性能，且合金噴 涂料與抽油桿接箍基體具有較好的結合性能，從而避免了腐蝕物質與抽油桿接箍基體的直 接接觸，從而抽油桿接箍基體得到了有效的保護，降低了生產事故發生的幾率。
[0024] (二）噴涂工藝
[0025] 將本發明所用的合金噴涂料噴涂在抽油桿接箍基體上需遵循一定的工藝流程，其 中工藝流程具體步驟如下：
[0026] 1.表面預處理。將普通的抽油桿接箍用60目的棕剛玉進行噴砂處理，使抽油桿接 箍的表面獲得一定的清潔度和粗糙度，增加了抽油桿接箍和涂層之間的附著力。
[0027] 2.預熱。將經過表面預處理的抽油桿接箍進行預熱，預熱溫度控制在100~ 120。。。
[0028] 3.噴涂。使用氧乙炔火焰熱噴涂噴槍將本發明使用的合金噴涂料噴涂到抽油桿接 箍基體表面，合金噴涂料在抽油桿接箍基體表面形成合金涂層。
[0029] 4.重熔熱處理。對噴涂后帶有合金涂層的抽油桿接箍進行中頻感應加熱，加熱溫 度控制在1100-1150°C之間，讓合金涂層與抽油桿接箍基體表面熔融發生冶金結合，然后放 置在空氣中自然冷卻。
[0030] 5.拋光打磨。使用無心磨床對接箍外表面涂層進行打磨，控制在涂層最終單邊厚 度在0. 25~0. 35mm之間。表面粗糙度Ra控制在I. 6ym以下。
[0031] (三）性能驗證
[0032] 為了驗證本發明耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍的性能，本階段首先配取了三種配比下 的合金噴涂料，其中各配比情況見下表中的實施例一、實施例二、實施例三：
[0033]
[0034] 按照上文所述的噴涂工藝，分別制得噴涂有實施例一、實施例二、實施例三配比下 合金噴涂料的三種抽油桿接箍樣品。
[0035] 下面對制得的三種抽油桿接箍樣品進行耐硫化氫腐蝕性能檢測。
[0036] 1.實驗室試驗。
[0037] 利用5L高溫高壓FCZ磁力驅動哈氏合金C-276反應釜進行硫化氫介質耐腐蝕性 試驗，反應釜內腔溫度130°C，H2S分壓3Mpa，CO2分壓2Mpa，將制得的本發明抽油桿接箍樣 品放入濃度為15%的HCl溶液中浸沒720小時；然后取出進行樣品檢測，檢測發現抽油桿 接箍表面生成的Cr2O3厚度為14nm，未發現腐蝕介質侵入抽油桿接箍基體的情況。
[0038] 2?現場試驗。
[0039] 在中原油田某硫化氫腐蝕嚴重井，普通接箍使用2個月，表面就出現表面腐蝕坑， 螺紋損傷，抽油桿脫扣而發生斷裂，造成停井作業。使用本發明抽油桿接箍，使用10個月后 進行檢測，未發現表面腐蝕問題，保持正常生產。
[0040] 綜上所述，本發明耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍具有較強的耐腐蝕性能，在低成本條 件下能夠滿足油田硫化氫腐蝕嚴重井的用桿需求。
[0041] 以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范 圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍，包括：抽油桿接箍；其特征在于：于所述抽油桿接箍 表面分別噴涂有合金噴涂料；其中： 以質量百分比計，所述合金噴涂料成分為：C :0. 2~0. 6 % ;B :3~5 % ;Si :3. 5~ 5. 5% ;Mn :0? 5 ~I. 0% ;Cr :19 ~24% ;Cu :5 ~7% ;Mo :2 ~3 ;稀土：0? 04 ~0? 08% ;Fe : 0~4% ;Nb 0? 5 ~L 5% ;余量為 Ni。2. 根據權利要求1所述的一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍，其特征在于：所述稀土為La、 Ce的混合物。
【專利摘要】本發明一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍涉及一種油田抽油設備。其目的是為了提供一種噴涂有耐硫化氫腐蝕合金涂層的抽油桿接箍，以解決在低成本條件下滿足油田硫化氫腐蝕嚴重井的用桿需求。本發明一種耐硫化氫腐蝕抽油桿接箍，包括：抽油桿接箍；于所述抽油桿接箍表面分別噴涂有合金噴涂料；其中：以質量百分比計，所述合金噴涂料成分為：C：0.2～0.6％；B：3～5％；Si：3.5～5.5％；Mn：0.5～1.0％；Cr：19～24％；Cu：5～7％；Mo：2～3；稀土：0.04～0.08％；Fe：0～4％；Nb？0.5～1.5％；余量為Ni。
【IPC分類】E21B17/02
【公開號】CN105134097
【申請號】CN201510554495
【發明人】余傳謀, 趙磊, 付顯威, 畢偉, 付小坡, 高文明, 劉奕彤, 張存廣, 劉濤, 吳振寧
【申請人】東營咸亨工貿有限公司, 劉濤, 吳振寧
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月1日