耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器的制造方法
【專利摘要】本發明耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器涉及油田抽油工具。其目的是為了提供一種在交變載荷下涂層和基體的應變差異較小的耐磨防腐抽油桿連接器和油管連接器，從而有效避免了涂層出現裂紋或從基體脫落。本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器，于所述抽油桿連接器的基體表面覆有涂層，所述涂層成分按質量百分比計為：C：0.03?0.05，Cr：3.6?8，Mn：1.0?3.5，Ni：0.5?4.3，Mo：2.5?6.7，Cu：0.5?2.0，W：1.5?8.6，V：3.5?7.3，Nb：0.05?0.07，Ti：0.1?0.2，余量為Fe。
【專利說明】
耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器
技術領域
[0001] 本發明涉及油田抽油工具，尤其涉及連接器。
【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，隨著當前深井、超深井、稠油 井、腐蝕井和高含水井越來越多，油井內的工作條件日益苛刻，原油中含有的腐蝕性介質越 來越多，對油管管柱和抽油桿柱的腐蝕破壞越來越嚴重。作為連接油管的油管接箍和連接 抽油桿的抽油桿接箍經常因腐蝕導致螺紋受損而失效，嚴重時導致油管管串和抽油桿串斷 脫而停井停產。
[0003] 同時，由于抽油桿接箍外徑比抽油桿大，在隨抽油桿柱上下往復運動時經常接觸 到油管內壁而發生摩擦磨損。抽油桿接箍受損后，會進一步加速抽油桿接箍的腐蝕，磨損和 腐蝕協同作用，導致抽油桿接箍失效，造成停井事故。
[0004] 在這種情況下，如何提高井下抽油桿接箍和油管接箍的耐磨損抗腐蝕能力是當務 之急。
[0005] 目前，包括電鍍、化學鍍、表面熱噴涂等技術在內的表面工程技術應用到抽油桿接 箍和油管接箍的表面加工中。這些技術，通過在工件表面加工上一層具有防腐耐磨效果的 保護層，一定程度上提高工件的耐磨防腐效果。如鐵嶺中油機械設備制造有限公司的專利 《鎢合金防腐抽油桿接箍》（專利號：200720184940.6)等文獻，都是采用在抽油桿接箍表面 進行滲鍍處理，形成鍍層，起到一定的防腐耐磨的效果。但是不論是電鍍、化學鍍還是滲鍍， 這些表面加工技術形成的鍍層和基體的結合力始終不高，在長時間作用下，容易出現鍍層 片狀脫落的現象。另外，如安東石油技術(集團)有限公司的專利《雙向保護抽油桿接箍》(專 利號：200510083018.3)和鐵嶺米勒石油新材料公司的專利《一種抽油桿噴焊接箍》（專利 號:20091020975.1)等文獻，都是采用在抽油桿接箍表面熱噴涂一層合金粉末，形成防腐耐 磨合金涂層的手段解決問題。通過熱噴涂技術形成的涂層和基體的結合強度要好于鍍層。 但是由于這些熱噴涂合金涂層都是以鎳基合金粉末為主要成分，其材料配比與基體鋼材差 異較大，這就存在著在工件在井下處于交變載荷條件下，涂層和基體的應變差異較大，在長 時間使用后，容易出現涂層就會出現裂紋或者和基體脫落的現象，導致耐磨防腐效果失效。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種涂層與基體結合力強，能夠有效避免涂層出 現裂紋或從基體脫落情況發生的耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器。
[0007] 本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器，于所述抽油桿連接器的基體表面覆有涂層， 所述涂層成分按質量百分比計為：C:0.03-0.05，Cr :3.6-8，Mn: 1.0-3.5，Ni :0.5-4.3，Mo: 2.5-6.7,〇1:0.5-2.0，￥:1.5-8.6，￥ :3.5-7.3，他：0.05-0.07，11:0.1-0.2，余量為卩6。
[0008] 本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器，其中所述涂層厚度為0.15-0.6mm。
[0009] 本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器，其中所述涂層成分按質量百分比計為：C: 0.04,0:6.5，]?11:2.5，附：2.7，]\1〇:6.7,〇1 :2.0，￥:8.6，￥:7.3，他：0.05，11 :0.1，余量為卩6。
[0010] 本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器，其中所述涂層是通過熱噴涂技術覆于抽油桿 連接器基體表面的。
[0011] 本發明一種油管連接器，于油管連接器的基體表面覆有涂層，所述涂層成分按質 量百分比計為：(：：0.03-〇.05,0 :3.6-8，]?11:1.〇-3.5，附：0.5-4.3，]\1〇:2.5-6.7,〇1 :0.5-2.0，W:1.5-8.6，V:3.5-7.3，Nb:0.05-0.07，Ti :0.1-0.2,余量為Fe。
[0012] 本發明一種油管連接器，其中所述涂層厚度為0.15-0.6mm。
[0013] 本發明一種油管連接器，其中所述涂層成分按質量百分比計為:C:0.03，Cr:3.6， 皿11:1.0，附：0.5，]\1〇:4.5,〇1:1.0，￥ :4.7，￥:5.6，他：0.07，11:0.2，余量為卩6。
[0014] 本發明一種油管連接器，其中所述涂層是通過熱噴涂技術覆于抽油桿連接器基體 表面的。
[0015] 通過實驗驗證得知，本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器在涂層與基 體的結合力上得到大幅提升，從而有效避免了涂層出現裂紋或從基體脫落。同時本發明一 種耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器在耐高礦化度井液腐蝕性能上，在耐硫化氫腐蝕性 能上，以及在耐磨性上相較于現有技術均有大幅提升，有效延長了抽油桿連接器、油管連接 器的使用壽命。
【具體實施方式】
[0016] 本發明一種耐磨防腐抽油桿連接器，于所述抽油桿連接器基體的表面通過熱噴涂 技術覆有厚度為〇 . 15-0.6mm的涂層，所述涂層成分按質量百分比計為:C: 0.03-0.05，Cr: 3·6-8，Mn:1·0-3·5，Ni:0·5-4·3，Mo:2·5-6·7，Cu:0·5-2·0，W:1·5-8·6，V:3·5-7·3，Nb: 0.05-0.07，Ti :0.1-0.2,余量為Fe。
[0017] 本發明一種油管連接器，于油管連接器的基體表面通過熱噴涂技術覆有厚度為 0.15-0.6mm的涂層，所述涂層成分按質量百分比計為 ：(：:0.03-0.05，(^:3.6-8，111:1.0-3.5,Ni：0.5-4.3,Mo：2.5-6.7,Cu：0.5-2.0,ff：1.5-8.6,V：3.5-7.3,Nb：0.05-0.07,Ti：0.1-0.2，余量為卩〇。
[0018] 本發明鋼材中的C基本控制在0.03-0.05%，在一般冷卻速度下只有少量Cr23C 6的 碳化物生成，在晶界不會出現連續的碳化物，從而具有較強的抗晶界腐蝕能力。
[00?9 ] Cr兀素能提尚C在鋼中的固溶度，Cr含量尚能提尚抗晶界腐蝕能力。
[0020] 0、]?〇、3;[、附都是抗點蝕的有利元素。但是附元素含量過高，會降低(：在鋼中的固 溶度，從而降低抗晶界腐蝕能力。
[0021] Ti或Nb是強碳化物形成元素，在鋼中主要功能都是細化晶粒和形成鈦或鈮的碳化 物和氮化物，減少或避免有害的Cr23C6型碳化物析出，從而提高鋼的強度和耐蝕性。
[0022] V起到細化晶粒的作用，降低過熱敏感性，增加回火穩定性和耐磨性，從而延長了 工具的使用壽命。
[0023] 性能驗證
[0024]為了驗證本發明耐磨防腐抽油桿連接器和油管連接器的具體效果，首先制取了三 種涂層粉末，其中各涂層粉末的配比見下表。
[0025]
[0026] 然后通過熱噴涂技術將三種粉末分別覆于抽油桿連接器基體表面和油管連接器 基體表面，從而制取了本發明耐磨防腐抽油桿連接器和油管連接器。
[0027] 接下來對制取的抽油桿連接器和油管連接器進行性能驗證，需要說明的是，對連 接器的驗證實質上是驗證涂層對基體性能的影響程度，而本發明中的抽油桿連接器和油管 連接器的基體和涂層材質一致，因此如下驗證僅選取抽油桿連接器進行了驗證，但實驗結 果同樣能夠反映油管連接器的性能。具體試驗方法及實驗結果分別為：
[0028]耐高礦化度井液腐蝕試驗
[0029] 在實驗室中，利用5L高溫高壓FCZ磁力驅動哈氏合金C-276反應釜進行高礦化度井 液耐腐蝕性試驗，實驗溫度90°C，實驗時間240小時;其中，井液采自勝利油田某高礦化度油 井，具體成分如下表：
[0030]
[0031] 為了與現有技術形成對照，該實驗過程還選用20CrMo鋼做了對比試驗。測量實驗 前后各試樣重量變化情況如下表所示：
[0032]
[0033] 由上表可以看出，在油田高礦化度腐蝕井液中，本發明比常規鋼材腐蝕失重減小 了約80%，由此可以推導出本發明具有較強的耐高礦化度井液腐蝕性能。
[0034]耐硫化氫腐蝕性能檢測實驗
[0035] 在實驗室中，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，實驗溫度130°C，H2S分壓3Mpa，C〇2分壓2Mpa，15 %HC1溶液，浸沒時間240小 時。為了與現有技術形成對照，該實驗過程還選用20CrMo鋼做了對比試驗。實驗過后，去除 表面腐蝕產物后進行稱重結果如下表所示：
[0036]
[0037] 由上表可以看出，在硫化氫腐蝕條件下，本發明比常規鋼材腐蝕失重減小了約 65%，由此可以推導出本發明具有較強的耐硫化氫腐蝕性能。
[0038]涂層結合力檢測實驗
[0039] 采用GB-TS2000電腦伺服控制涂層材料專用萬能材料試驗機進行Ni6〇鎳基合金涂 層和本發明涂層結合強度的對比檢測實驗。
[0040] 將制得的帶有涂層的試樣(基體統一為45號鋼)用專用夾具固定在試驗機中，設定 檢測實驗的位移速度lmm/min，加載速度0.807N/min，進行均勾持續加載，至試樣破壞，記錄 下破壞時的施加載荷。得到實驗數據如下表所示：
[0041]
[0042] 由上表可知，本發明的涂層與常規鎳基合金粉末涂層相比，結合強度提高了約 30% 〇
[0043]摩擦磨損實驗
[0044] 磨損試驗在MM-200型摩擦磨損試驗機上進行，塊試樣采用N80油管鋼，環試樣為45 鋼基體表面噴焊0.25~1.00mm厚的涂層，實驗結果如下表所示：
[0045]
[0046] 由上表可知，本發明比常規材料的耐磨性提高了約3倍。
[0047] 綜上所述，本發明耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器無論是在耐高礦化度井液 腐蝕性能上，還是在耐硫化氫腐蝕性能上，還是在涂層結合力上，以及在耐磨性上相較于現 有技術均有大幅提升。
[0048] 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. 一種耐磨防腐抽油桿連接器，于抽油桿連接器的基體表面覆有涂層，其特征在于:所 述涂層成分按質量百分比計為 :(：:0.03-〇.05,0:3.6-8，]?11:1.〇-3.5，附 :0.5-4.3，]\1〇:2.5-6.7,〇1:0.5-2.0，￥:1.5-8.6，￥ :3.5-7.3，他：0.05-0.07，11:0.1-0.2，余量為卩6。2. 根據權利要求1所述的一種耐磨防腐抽油桿連接器，其特征在于：所述涂層厚度為 O·15-0·6mm〇3. 根據權利要求1所述的一種耐磨防腐抽油桿連接器，其特征在于:所述涂層成分按質 量百分比計為：C:0.04，Cr :6.5，Mn:2.5，Ni:2.7，Mo:6.7，Cu :2.0，W:8.6，V:7.3，Nb:0.05， Ti:0.1，余量為 Fe。4. 根據權利要求1所述的一種耐磨防腐抽油桿連接器，其特征在于:所述涂層是通過熱 噴涂技術覆于抽油桿連接器基體表面的。5. -種油管連接器，于油管連接器的基體表面覆有涂層，其特征在于:所述涂層成分按 質量百分比計為：(： :0.03-〇.05,0:3.6-8，]\111:1.〇-3.5，附：0.5-4.3，]\1〇 :2.5-6.7，(：11:0.5-2.0，W:1.5-8.6，V:3.5-7.3，Nb:0.05-0.07，Ti :0.1-0.2,余量為Fe。6. 根據權利要求5所述的一種油管連接器，其特征在于:所述涂層厚度為0.15-0.6mm。7. 根據權利要求5所述的一種油管連接器，其特征在于:所述涂層成分按質量百分比計 為：(：：0.03,0 :3.6，]?11:1.0，附：0.5，]\1〇:4.5,〇1 :1.0，￥:4.7，￥:5.6，他：0.07，11 :0.2，余量 為Fe。8. 根據權利要求5所述的一種油管連接器，其特征在于:所述涂層是通過熱噴涂技術覆 于抽油桿連接器基體表面的。
【文檔編號】C22C38/04GK105886993SQ201610312742
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】趙磊, 焦光輝, 任利斌, 焦金生, 薛濤, 高文明, 趙治理, 葛效珍, 吳振寧
【申請人】東營咸亨工貿有限公司