專利名稱：抗CO₂腐蝕油套管及其生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石油機械設備，特別是涉及一種油套管及其生產方法。
背景技術：
近些年來，國內外各大油氣田在油氣田開采過程中都遇到了 CO2腐蝕問題。這不 僅嚴重影響到油氣的產量，還經常造成各種安全事故，妨礙油氣田的正常生產，造成巨大的 經濟損失。目前國內外現有技術主要有抗CO2腐蝕性材料技術和表面處理技術。前者通 過在鋼材中加入抗CO2腐蝕的合金元素來達到抗腐蝕的目的，這些鋼材主要是一系列高含 Cr (13%，22 25%)的不銹鋼。其優(yōu)點是由于合金元素的添加，材質本身防腐，有效期內無 需其他配套設施且對井下作業(yè)無影響，但其價格昂貴，最便宜的也接近普通鋼材的10倍， 經濟性差。表面處理技術常用的是在油套管內表面涂覆有機防腐材料，該法存在涂層硬度 低、耐磨防腐性較差、涂層易剝落，使用壽命短等缺陷。另外，也有專利公開了滲氮處理可以 使油套管防腐耐磨，實際上滲氮處理僅僅提高表面硬度只可增強其耐磨性，對抗腐蝕性沒 有太大有益效果，同時滲氮處理需要在高溫環(huán)境下進行，會對基體材質力學性能造成破壞。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠經濟有效抗CO2腐蝕，表面致密光滑、耐 磨防腐，結垢、結蠟幾率低油套管及其生產方法。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管，包括管狀基體，所述管狀基體的兩端設有連接段，其中 所述管狀基體的內、外表面上覆有鎢基非晶態(tài)合金層。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管，其中所述連接段為外螺紋部分。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管，其中所述鎢基非晶態(tài)合金層的厚度為20 80 μ m。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管，其中所述鎢基非晶態(tài)合金層所包含成分的質量百分比 為鎢10% 55%，鎳15% 65%，鐵10% 15%，鈷6% 12%，其余為磷及雜質。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管，其中所述鎢基非晶態(tài)合金層為長程無序、短程有序的結 構。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的生產方法，按照如下步驟進行(1)加工出油套管管狀基體，在其兩端加工出外螺紋部分；(2)對管狀基體進行除油、除銹處理；(3)采用硝酸鈉活化工藝對經過上述處理的管狀基體進行活化處理；(4)將活化處理后的管狀基體經去離子水漂洗后浸入電沉積槽中，采用電沉積的 方法使管狀基體包覆一層鎢基非晶態(tài)合金。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其中所述步驟(4)中電沉積液的組份鎢酸 鈉18 155g/L，硫酸鎳30 140g/L,次亞磷酸鈉35 210g/L,檸檬酸60 90g/L ；電流 密度10 220mA/cm3 ；PH值7. 5 9 ；溫度40 80°C ；電沉積時間為2 4h。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其中所述步驟(2)中對管狀基體采用電解除油處理，在50 80°C的除油液中通入5 lOA/cm3的電流，并保溫5 8min ；除油液的 成分為0. 7 1. 2mol/L 的 NaOH,0. 3 0. 5mol/L 的 Na2C03、0. 08 0. 25mol/L 的 Na2SiO30本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其中所述步驟(2)中對除油處理后的管狀 基體使用去離子水清洗去除除油液，然后采用壓縮空氣噴砂方法對管狀基體進行除銹處 理，砂子粒徑20 40目。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其中還包括步驟(5)將電沉積處理后的管 狀基體在150°C 700°C下保溫0. 5 2小時進行熱處理。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管及其生產方法與現有技術不同之處在于本發(fā)明抗CO2腐 蝕油套管及其生產方法在不改變油套管基體力學性能的基礎上，通過電沉積的方法在油套 管基體內外表面包覆一層鎢基非晶態(tài)合金層。由于鎢基非晶態(tài)合金具有長程無序，短程有 序的結構，結構致密，各向同性，沒有晶界和位錯，因而合金層具有顯微硬度高、耐磨性好、 耐酸堿腐蝕，且與油套管基體結合力好等優(yōu)點，具有非常優(yōu)異的抗H2S、C02、Cl—等的腐蝕能 力，較其他油套管更適應現場作業(yè)施工。另外，由于只是在普通材料的油套管表面進行抗腐 蝕處理，成本增加很少，低于采用高含Cr的不銹鋼材質制作的油套管，經濟性非常好。下面結合附圖對本發(fā)明的抗CO2腐蝕油套管及其生產方法作進一步說明。


圖1為本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的主視圖。
具體實施例方式實施例1按照下列步驟生產本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管(1)采用API常用油套管用鋼J55加工出油套管管狀基體，在其兩端加工出外螺紋 部分。(2)對管狀基體進行電解除油處理，在50°C的除油液中通入8A/cm3的電流，并保 溫 8min,除油液的成分為0. 7mol/L 的 NaOH,0. 4mol/L 的 Na2C03、0. 25mol/L 的 Na2SiO3 ；對 除油處理后的管狀基體使用去離子水清洗去除除油液，然后采用壓縮空氣噴砂方法對管狀 基體進行除銹處理，砂子粒徑20目。(3)采用硝酸鈉活化工藝對經過上述處理的管狀基體進行活化處理，使管狀基體 表面露出新鮮金屬層，從而提高電沉積層與基體結合力。(4)將活化處理后的管狀基體經去離子水漂洗后浸入電沉積槽中，采用電沉積的 方法使管狀基體包覆一層鎢基非晶態(tài)合金，電沉積液的組份鎢酸鈉18g/L，硫酸鎳140g/ L，次亞磷酸鈉150g/L,檸檬酸90g/L ；電流密度:10mA/cm3 ；PH值7. 5 ；溫度:80°C ；電沉積 時間為2h。(5)將電沉積處理后的管狀基體在150°C下保溫2小時進行熱處理。得到的油套管如圖1所示，包括管狀基體1，管狀基體1的兩端加工有外螺紋部分 3作為連接段，管狀基體1的內、外表面上覆有鎢基非晶態(tài)合金層2，鎢基非晶態(tài)合金層2的 厚度為20 μ m。鎢基非晶態(tài)合金層2所包含成分的質量百分比為鶴10%，鎳65%，鐵10%， 鈷6%，其余為磷及雜質，鎢基非晶態(tài)合金層2為長程無序、短程有序的結構。
實施例2按照下列步驟生產本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管(1)采用API常用油套管用鋼N80加工出油套管管狀基體，在其兩端加工出外螺紋 部分。(2)對管狀基體進行電解除油處理，在70°C的除油液中通入lOA/cm3的電流，并保 溫 7min,除油液的成分為1. Omol/L 的 NaOH,0. 3mol/L 的 Na2C03、0. 08mol/L 的 Na2SiO3 ；對 除油處理后的管狀基體使用去離子水清洗去除除油液，然后采用壓縮空氣噴砂方法對管狀 基體進行除銹處理，砂子粒徑40目。(3)采用硝酸鈉活化工藝對經過上述處理的管狀基體進行活化處理，使管狀基體 表面露出新鮮金屬層，從而提高電沉積層與基體結合力。(4)將活化處理后的管狀基體經去離子水漂洗后浸入電沉積槽中，采用電沉積的 方法使管狀基體包覆一層鎢基非晶態(tài)合金，電沉積液的組份鎢酸鈉155g/L，硫酸鎳30g/ L，次亞磷酸鈉35g/L，檸檬酸60g/L ；電流密度:150mA/cm3 ；PH值9 ；溫度:60°C ；電沉積時 間為3h。(5)將電沉積處理后的管狀基體在700°C下保溫0. 5小時進行熱處理。得到的油套管包括管狀基體，管狀基體的兩端加工有外螺紋部分作為連接段，管 狀基體的內、外表面上覆有鎢基非晶態(tài)合金層，鎢基非晶態(tài)合金層的厚度為60μπι。鎢基非 晶態(tài)合金層所包含成分的質量百分比為鶴55%，鎳15%，鐵15%，鈷10%，其余為磷及雜 質，鎢基非晶態(tài)合金層為長程無序、短程有序的結構。實施例3按照下列步驟生產本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管(1)采用API常用油套管用鋼PllO加工出油套管管狀基體，在其兩端加工出外螺 紋部分。(2)對管狀基體進行電解除油處理，在80°C的除油液中通入5A/cm3的電流，并保 溫 5min,除油液的成分為1. 2mol/L 的 NaOH,0. 5mol/L 的 Na2C03、0. 18mol/L 的 Na2SiO3 ；對 除油處理后的管狀基體使用去離子水清洗去除除油液，然后采用壓縮空氣噴砂方法對管狀 基體進行除銹處理，砂子粒徑30目。(3)采用硝酸鈉活化工藝對經過上述處理的管狀基體進行活化處理，使管狀基體 表面露出新鮮金屬層，從而提高電沉積層與基體結合力。(4)將活化處理后的管狀基體經去離子水漂洗后浸入電沉積槽中，采用電沉積的 方法使管狀基體包覆一層鎢基非晶態(tài)合金，電沉積液的組份鎢酸鈉100g/L，硫酸鎳90g/ L，次亞磷酸鈉150g/L，檸檬酸70g/L ；電流密度220mA/cm3 ；PH值8 ；溫度40°C;電沉積時 間為4h。(5)將電沉積處理后的管狀基體在500°C下保溫1小時進行熱處理。得到的油套管包括管狀基體，管狀基體的兩端加工有外螺紋部分作為連接段，管 狀基體的內、外表面上覆有鎢基非晶態(tài)合金層，鎢基非晶態(tài)合金層的厚度為80μπι。鎢基非 晶態(tài)合金層所包含成分的質量百分比為鎢30%，鎳45%，鐵10%，鈷12%，其余為磷及雜 質，鎢基非晶態(tài)合金層為長程無序、短程有序的結構。在實驗室環(huán)境下，礦化度41670mg/L，溫度60°C，流速lm/s，試驗周期3d，分別對上述實施例中的油套管和未經電沉積鎢合金處理的油套管小樣進行了 10% CO2和飽和CO2
的抗腐蝕對比試驗，結果如下
樣品10% CO2腐蝕速率(mm/a)飽和CO2腐蝕速率(mm/a)未處理0. 25501. 7124實施例10.08690. 1045實施例20.06070. 1187實施例30. 07160. 1209從以上實驗結果可以發(fā)現通過本專利方法生產的油套管的抗CO2腐蝕性能得到了 很大的提升。分別對上述實施例當中經過處理的油套管進行力學性能檢測，結果如下
樣品屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)標準要求實測值標準要求實測值實施例1379-552510>517569實施例2552-758698>689753實施例3758-965880>862965從以上檢測結果可以發(fā)現通過本專利方法生產的油套管的力學性能并沒有降低， 完全符合API的要求。以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種抗CO2腐蝕油套管，包括管狀基體(1)，所述管狀基體(1)的兩端設有連接段， 其特征在于所述管狀基體(1)的內、外表面上覆有鎢基非晶態(tài)合金層(2)。
2.根據權利要求1所述的抗CO2腐蝕油套管，其特征在于所述連接段為外螺紋部分⑶。
3.根據權利要求2所述的抗CO2腐蝕油套管，其特征在于所述鎢基非晶態(tài)合金層(2) 的厚度為20 80μπι。
4.根據權利要求3所述的抗CO2腐蝕油套管，其特征在于所述鎢基非晶態(tài)合金層(2) 所包含成分的質量百分比為鎢10% 55%，鎳15% 65%，鐵10% 15%，鈷6% 12%，其余為磷及雜質。
5.根據權利要求4所述的抗CO2腐蝕油套管，其特征在于所述鎢基非晶態(tài)合金層(2) 為長程無序、短程有序的結構。
6.一種抗CO2腐蝕油套管的生產方法，按照如下步驟進行(1)加工出油套管管狀基體，在其兩端加工出外螺紋部分；(2)對管狀基體進行除油、除銹處理；(3)采用硝酸鈉活化工藝對經過上述處理的管狀基體進行活化處理；(4)將活化處理后的管狀基體經去離子水漂洗后浸入電沉積槽中，采用電沉積的方法 使管狀基體包覆一層鎢基非晶態(tài)合金。
7.根據權利要求6所述的抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其特征在于所述步驟(4)中 電沉積液的組份鎢酸鈉18 155g/L，硫酸鎳30 140g/L，次亞磷酸鈉35 210g/L，檸 檬酸60 90g/L ；電流密度10 220mA/cm3 ；PH值7. 5 9 ；溫度40 80°C ；電沉積時 間為2 4h。
8.根據權利要求7所述的抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其特征在于所述步驟(2)中 對管狀基體采用電解除油處理，在50 80°C的除油液中通入5 lOA/cm3的電流，并保溫 5 8min ；除油液的成分為0. 7 1. 2mol/L 的 NaOH,0. 3 0. 5mol/L 的 Na2C03、0. 08 0. 25mol/L 的 Na2Si03。
9.根據權利要求8所述的抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其特征在于所述步驟(2)中 對除油處理后的管狀基體使用去離子水清洗去除除油液，然后采用壓縮空氣噴砂方法對管 狀基體進行除銹處理，砂子粒徑20 40目。
10.根據權利要求6至9所述之一的抗CO2腐蝕油套管的生產方法，其特征在于還包 括步驟(5)將電沉積處理后的管狀基體在150°C 700°C下保溫0. 5 2小時進行熱處理。
全文摘要
本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管及其生產方法涉及一種石油機械設備及其生產方法。其目的是為了提供一種能夠經濟有效抗CO2腐蝕，表面致密光滑、耐磨防腐，結垢、結蠟幾率低油套管及其生產方法。本發(fā)明抗CO2腐蝕油套管的生產方法包括以下幾個步驟(1)加工出油套管管狀基體，在其兩端加工出外螺紋部分；(2)對管狀基體進行除油、除銹處理；(3)采用硝酸鈉活化工藝對經過上述處理的管狀基體進行活化處理；(4)將活化處理后的管狀基體經去離子水漂洗后浸入電沉積槽中，采用電沉積的方法使管狀基體包覆一層鎢基非晶態(tài)合金。
文檔編號E21B17/00GK102003148SQ20101028466
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權日2010年9月17日
發(fā)明者高海軍 申請人:北京百利時能源技術有限責任公司