專利名稱：超h級(jí)防腐抽油光桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種抽油光桿。
背景技術(shù)：
在石油行業(yè)中，抽油機(jī)有桿泵采油是一種人工舉升采油方式，以其設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，管理方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被國(guó)內(nèi)外各油田廣泛采用。抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵是有桿泵采油設(shè)備的三個(gè)主要組成部分，其中抽油桿是將抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給井下抽油泵進(jìn)行抽汲的部件。抽油光桿是抽油桿柱上部一根特殊的抽油桿，用來(lái)和井口密封盒配合密封抽油井口，因此工作條件比抽油桿更惡劣，除抽油光桿的工作條件外，上沖程時(shí)裸露在野外大氣中，下沖程時(shí)浸在井液中，因此光桿既受大氣腐蝕，又受井液腐蝕，不出油時(shí)還要承受高溫，在懸掛抽油桿柱時(shí)還要承受方卡子的預(yù)應(yīng)力，承受下面所有抽油桿柱產(chǎn)生的最大的載荷拉應(yīng)力，是工作條件最為苛刻的一根特殊的抽油桿。
目前國(guó)內(nèi)的抽油光桿與抽油桿一樣，按照不同的強(qiáng)度等級(jí)由低到高分為C、K、D和H級(jí)。隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，井深逐漸增大、載荷逐漸增加、對(duì)抽油光桿的力學(xué)性能要求越來(lái)越高。目前雖然有一些超強(qiáng)合金結(jié)構(gòu)鋼可以達(dá)到抗拉強(qiáng)度超過(guò)H級(jí)的水平，但是由于其疲勞強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到石油行業(yè)的要求，無(wú)法滿足抽油光桿的制造，同時(shí)，原油開(kāi)采方式也從最初的自噴、水驅(qū)逐漸改為聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)，此外再加上稠油高溫采油，都加劇了對(duì)抽油光桿的腐蝕破壞作用。抽油光桿由于腐蝕而造成表面出現(xiàn)坑蝕，導(dǎo)致與盤(pán)根密封不緊密，造成漏油，污染環(huán)境。同時(shí)腐蝕破壞作用又加劇了抽油光桿的疲勞，降低光桿使用壽命，導(dǎo)致光桿失效而停井作業(yè)、損失產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種力學(xué)性能高于目前行業(yè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)最高強(qiáng)度級(jí)別H級(jí)，疲勞強(qiáng)度也達(dá)到石油行業(yè)要求的超H級(jí)防腐抽油光桿，并且抽油光桿表面具有耐腐蝕耐磨損涂層，以延長(zhǎng)抽油光桿在腐蝕環(huán)境下的使用壽命，通過(guò)使用這種更高強(qiáng)度、更耐腐蝕的抽油光桿將有效提高抽油光桿使用時(shí)間，降低事故率，提高產(chǎn)量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種超H級(jí)防腐抽油光桿，其特征是，它是一種柔性長(zhǎng)桿，桿體的兩端有可與抽油桿接箍連接的外螺紋，在光桿外表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層，所述合金涂層包括下列重量比的組份鉻7％～10％，鐵≤4％，硅2.0％～3.5％，硼1.5％～2.5％，碳≤0.4％，鎳79.6％～85.1％；桿體所用鋼化學(xué)成分按照重量百分比為碳0.07％～0.13％，硅0.40％～1.20％，錳1.60％～2.2％，鉻0.60％～1.70％，鉬0.20％～0.40％，鎳≤0.3％，銅≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，余量為鐵。
桿體所用鋼中各個(gè)組分含量的確定如下碳本發(fā)明中的超高強(qiáng)度抽油桿用鋼金相組織主要是貝氏體、鐵素體和少量殘余奧氏體，組織中無(wú)碳化物相存在，以避免碳化物對(duì)貝氏體鋼力學(xué)性能的惡性作用，從而改善貝氏體鋼的力學(xué)性能，因此碳的含量不宜過(guò)高，本發(fā)明中碳含量控制在0.07％～0.13％的范圍內(nèi)。
鉬鉬元素因?yàn)槟軌蛴行七t高溫轉(zhuǎn)變而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變幾乎沒(méi)有影響，因此鉬是貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼常用的合金元素。但是鉬的價(jià)格昂貴，從經(jīng)濟(jì)上考慮，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量降低鉬的含量，本發(fā)明中鉬含量控制在0.20％～0.40％范圍內(nèi)。
錳錳元素主要通過(guò)固溶強(qiáng)化作用、增加貝氏體、鐵素體基體的固溶碳量來(lái)提高強(qiáng)度。此外，錳和鉬類似，能夠有效推遲高溫轉(zhuǎn)變。而錳又是相當(dāng)便宜的合金元素，因此在鋼中加入了高錳以降低鉬的用量。本發(fā)明中錳含量控制在1.60％～2.2％范圍內(nèi)。
硅硅元素可以強(qiáng)烈阻礙碳化物的形成，使鋼在貝氏體相變過(guò)程中不析出(或者極少析出)碳化物。此外，硅也是提高屈服強(qiáng)度的主要元素。但是過(guò)量的硅降低塑性。本發(fā)明中硅的含量控制在0.40％～1.20％范圍內(nèi)。
鎳少量的鎳元素和錳結(jié)合起來(lái)即會(huì)使鋼易產(chǎn)生貝氏體組織。鎳的價(jià)格非常高，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，盡量少用鎳元素。本發(fā)明中，鎳含量≤0.3％鉻鉻元素可以提高鋼的淬透性，而且可以使鋼在冷卻過(guò)程中的珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)分離，有利于形成貝氏體。本發(fā)明中鉻的含量控制在0.60％～1.70％的范圍內(nèi)。
所述合金涂層的厚度為0.1mm～0.2mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明的超H級(jí)防腐抽油光桿，其桿體采用低合金結(jié)構(gòu)鋼，通過(guò)熱處理工藝和表面熱噴涂工藝使桿體抗拉強(qiáng)度超過(guò)H級(jí)，同時(shí)疲勞強(qiáng)度也達(dá)到石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。即在強(qiáng)度要求一定的情況下，使用直徑更小的該種抽油光桿，可有效降低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷；或者在強(qiáng)度要求非常高的情況下，使用本發(fā)明的抽油光桿比H級(jí)抽油光桿更安全。
2、本發(fā)明的超H級(jí)防腐抽油光桿桿體表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層。在抽油光桿工作過(guò)程中，該涂層將帶有腐蝕介質(zhì)的原油和大氣與光桿基體隔絕開(kāi)來(lái)，使得桿基體不易受到腐蝕破壞，從而有效延長(zhǎng)了光桿的使用壽命。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的超H級(jí)防腐抽油光桿，它是一種柔性長(zhǎng)桿，桿體3的兩端有可與抽油桿接箍連接的外螺紋1、4，桿體3的一端臨近外螺紋處具有墩粗5，在光桿外表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層2，合金涂層的成分按照重量百分比為鉻7％～10％，鐵≤4％，硅2.0％～3.5％，硼1.5％～2.5％，碳≤0.4％，鎳79.6％～85.1％；桿體3基體材料低合金鋼的成分按重量百分比為碳0.07％～0.13％，硅0.40％～1.20％，錳1.60％～2.2％，鉻0.60％～1.70％，鉬0.20％～0.40％，鎳≤0.3％，銅≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，余量為鐵。桿體表面耐腐蝕合金涂層2的厚度為0.1～0.2mm。如果耐腐蝕涂層2的厚度小于0.1mm，則不能完全保證抽油光桿在正常使用時(shí)期內(nèi)的正常磨損消耗。
實(shí)施例一，桿體基體低合金結(jié)構(gòu)鋼中化學(xué)成分重量百分比為碳0.07％，硅0.40％，錳1.60％，鉻0.60％，鉬0.20％，鎳0.3％，銅0.20％，磷0.025％，硫0.25％，余量為鐵。桿體表面耐腐蝕合金涂層包括下列重量比的組份鉻7％，鐵1％，硅2.0％，硼1.5％，碳0.1％，鎳88.4％。
實(shí)施例二，桿體基體低合金結(jié)構(gòu)鋼中化學(xué)成分重量百分比為碳0.13％，硅1.20％，錳2.2％，鉻1.70％，鉬0.40％，鎳0.3％，銅0.20％，磷0.025％，硫0.25％，余量為鐵。桿體表面耐腐蝕合金涂層包括下列重量比的組份鉻10％，鐵4％，硅3.5％，硼2.5％，碳0.4％，鎳79.6％。
實(shí)施例三，桿體基體低合金結(jié)構(gòu)鋼中化學(xué)成分重量百分比為碳0.08％，硅0.50％，錳1.70％，鉻0.90％，鉬0.25％，鎳0.2％，銅0.15％，磷0.02％，硫0.20％，余量為鐵。桿體表面耐腐蝕合金涂層包括下列重量比的組份鉻8％，鐵1.5％，硅2.5％，硼1.8％，碳0.15％，鎳86.05％。
實(shí)施例四，桿體基體低合金結(jié)構(gòu)鋼中化學(xué)成分重量百分比為碳0.11％，硅1.10％，錳2.0％，鉻1.50％，鉬0.35％，鎳0.27％，銅0.17％，磷0.022％，硫0.22％，余量為鐵。桿體表面耐腐蝕合金涂層包括下列重量比的組份鉻9％，鐵3.4％，硅3.1％，硼2.2％，碳0.34％，鎳81.96％。
本發(fā)明超H級(jí)防腐抽油光桿的制作方法包括下列步驟
一、低合金結(jié)構(gòu)鋼棒材的制備按照桿體基體低合金結(jié)構(gòu)鋼的配方在電爐中冶煉，將鋼液澆注成560kg的鋼錠。經(jīng)過(guò)Φ650×1和Φ650×3軋機(jī)軋制成65mm×65mm2的方胚后，再由Φ400×1和Φ250×5連軋機(jī)采用控軋控冷工藝加熱溫度1090℃，終軋溫度900℃，冷卻速度3℃/s將鋼坯軋制成Φ30圓鋼，剪成9米定尺，空冷到室溫即可。
二、超H級(jí)防腐抽油光桿毛坯的制備將獲得的低合金結(jié)構(gòu)鋼棒材用冷拔機(jī)冷拔到抽油光桿標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度9.14m，再利用葫蘆島市渤海石油機(jī)械廠的GJ-A型抽油桿校直機(jī)進(jìn)行校直。將桿體一端利用葫蘆島市遼西石油機(jī)具廠的YSG-200液壓雙缸鐓粗機(jī)進(jìn)行端部鐓粗，然后使用C616車床對(duì)光桿兩端進(jìn)行螺紋加工。
三、超H級(jí)防腐抽油光桿的表面噴涂首先，將光桿毛坯穿過(guò)上海華儀感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應(yīng)加熱器的感應(yīng)線圈，柱塞的兩端通過(guò)帶有內(nèi)螺紋的連接桿、卡盤(pán)固定在柱塞固定車床上，柱塞固定車床具有可帶動(dòng)光桿的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和移動(dòng)裝置；然后讓柱塞以190轉(zhuǎn)/分鐘～210轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著在中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈內(nèi)沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度移動(dòng)，在第一次移動(dòng)過(guò)程中，關(guān)閉中頻感應(yīng)設(shè)備不對(duì)桿體進(jìn)行加熱，使用砂帶打磨機(jī)用80#砂帶壓在軸向運(yùn)動(dòng)著的光桿表面對(duì)光桿桿體從頭到尾打磨一遍，一方面減小桿體直徑尺寸約0.1～0.2mm預(yù)留出耐腐蝕耐磨損合金涂層的厚度，另一方面粗化桿體表面以提高熱噴涂粉末的附著力。完成打磨粗化后，打開(kāi)中頻感應(yīng)加熱器，讓光桿反向移動(dòng)，使表面自始端至終端依次被中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈預(yù)熱一遍，預(yù)熱時(shí)，中頻感應(yīng)加熱器的輸出功率保持在19KW～21KW，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的溫度，增加粉末粘接結(jié)合率，避免過(guò)多粉末撞擊在冷工件上所造成的反彈損耗，預(yù)熱一遍后即將中頻感應(yīng)加熱器電源關(guān)閉；同時(shí)被加熱后從加熱線圈端部伸出來(lái)的光桿桿體立刻用上海瑞發(fā)噴涂機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為QT-E20000-7/h的金屬粉末噴槍噴涂上耐腐蝕合金粉末，直至噴涂到光桿桿體的末端，噴涂時(shí)噴涂用合金粉末是通過(guò)氣泵輸送到金屬粉末噴槍中的，并與氧氣和乙炔在金屬粉末噴槍中混合后從噴槍口送出，其中輸送到金屬粉末噴槍的氧氣流量為0.39m3/h～0.41m3/h，乙炔流量為0.79m3/h～0.81m3/h，氣泵的氣體壓力為0.023MPa～0.025Mpa；光桿桿體終端噴完后，使光桿桿體以190轉(zhuǎn)/分鐘～210轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著在中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈內(nèi)沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度再次向相反方向移動(dòng)，并用金屬粉末噴槍對(duì)柱塞桿體噴涂第二遍；如果涂層厚度要求較高則噴第三遍；四、超H級(jí)防腐抽油光桿的熱處理完成噴涂后，關(guān)閉噴槍，打開(kāi)上海華儀感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應(yīng)加熱器，對(duì)光桿桿體進(jìn)行表面感應(yīng)加熱，中頻感應(yīng)加熱器的輸出功率保持在108KW～112KW，光桿桿體相對(duì)中頻感應(yīng)加熱器的線圈作轉(zhuǎn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，光桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為145轉(zhuǎn)/分鐘～155轉(zhuǎn)/分鐘，沿軸向的移動(dòng)速度為13mm/s～15mm/s，使粉末充分熔化流動(dòng)。在重熔的同時(shí)，啟動(dòng)冷卻水水泵，從加熱線圈伸出來(lái)的重熔后的光桿桿體在經(jīng)過(guò)冷卻水圈時(shí)被冷卻水迅速降溫。通過(guò)這一次軸向運(yùn)動(dòng)，光桿同時(shí)完成了表面涂層重熔和桿體熱處理兩個(gè)工藝，一方面，該噴涂層通過(guò)重熔工藝與柱塞基體材料形成冶金結(jié)合，涂層的成分與基體的成分在重熔過(guò)程中相互擴(kuò)散滲透，在涂層和基體材料之間存在一定厚度的過(guò)渡區(qū)，使得涂層到基體的成分變化相對(duì)緩慢，避免了形成成分突變的界面，也就避免了電鍍鉻涂層在表面出現(xiàn)缺陷后因腐蝕的擴(kuò)展導(dǎo)致涂層大片脫落的問(wèn)題，另一方面，光桿桿體通過(guò)感應(yīng)加熱到高溫又迅速冷卻而使桿體基材發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，冷卻到室溫后桿體力學(xué)性能經(jīng)檢測(cè)超過(guò)現(xiàn)有抽油桿最高強(qiáng)度級(jí)別H級(jí)，即抗拉強(qiáng)度超過(guò)H級(jí)的1136Mpa。
五、光桿拋光處理完成重熔和熱處理的光桿再次反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉中頻感應(yīng)加熱設(shè)備和水冷卻設(shè)備，打開(kāi)砂帶打磨機(jī)用200#砂帶對(duì)光桿表面打磨拋光，使桿體直徑達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。此時(shí)光桿表面合金涂層厚度也達(dá)到0.1mm～0.2mm范圍，即得到超H級(jí)防腐抽油光桿成品。
超H級(jí)防腐抽油光桿的各實(shí)施例的力學(xué)性能見(jiàn)表一。
表一 超H級(jí)防腐抽油光桿的各實(shí)施例的力學(xué)性能

權(quán)利要求
1.一種超H級(jí)防腐抽油光桿，其特征是，它是一種柔性長(zhǎng)桿，桿體的兩端有可與抽油桿接箍連接的外螺紋，桿體的一端臨近外螺紋處具有墩粗，在光桿外表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層，所述合金涂層包括下列重量比的組份鉻7％～10％，鐵≤4％，硅2.0％～3.5％，硼1.5％～2.5％，碳≤0.4％，鎳79.6％～85.1％；桿體所用鋼化學(xué)成分按照重量百分比為碳0.07％～0.13％，硅0.40％～1.20％，錳1.60％～2.2％，鉻0.60％～1.70％，鉬0.20％～0.40％，鎳≤0.3％，銅≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超H級(jí)防腐抽油光桿，其特征在于，所述合金涂層的厚度為0.1mm～0.2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超H級(jí)防腐抽油光桿，為一種柔性長(zhǎng)桿，桿體的兩端有外螺紋，可與抽油桿接箍連接，在光桿外表面噴涂有一層耐腐蝕合金涂層，桿體采用低合金鋼制成，光桿的抗拉強(qiáng)度超過(guò)H級(jí)的1136Mpa，同時(shí)疲勞強(qiáng)度達(dá)到石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這種光桿適用于對(duì)載荷要求大、工作環(huán)境腐蝕嚴(yán)重的油井，有效延長(zhǎng)光桿的使用壽命，提高油田開(kāi)發(fā)產(chǎn)量。
文檔編號(hào)C22C38/44GK1952345SQ20061011469
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者黃錦濱, 吳振寧, 金鑫, 鄭堅(jiān), 張庚娟 申請(qǐng)人:安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司