防腐耐磨抽油光桿的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿涉及一種油田桿泵采油系統(tǒng)中的防腐耐磨抽油光桿。其目的是為了提供一種具有較大的承載能力和抗彎能力，以及生產(chǎn)時(shí)成品率高，使用時(shí)耐磨耐腐蝕的防腐耐磨抽油光桿。本發(fā)明包括基體和噴焊于所述基體表面的噴焊層，以質(zhì)量百分比計(jì)所述噴焊層所用的鎳基合金粉末組成為：C：0%～1.0%，Si：1.0%～3.0%，B：1.5%～4.5%，Cr：8%～15%，Cu：4%～8%，Mo：2%～6%，余量為鎳。
【專(zhuān)利說(shuō)明】防腐耐磨抽油光桿
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油生產(chǎn)設(shè)備，尤其涉及一種油田有桿泵采油系統(tǒng)中的抽油光桿。
【背景技術(shù)】
[0002]有桿泵采油一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外油田的主要采油方式，而抽油光桿是這類(lèi)有桿抽油系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。抽油光桿作為抽油機(jī)井的第一根抽油桿，首先要承受井下所有的抽油桿、抽油泵和油井井液的重量以及抽油過(guò)程中所產(chǎn)生的各種阻力等載荷。由于其在一個(gè)工作周期內(nèi)要往復(fù)出現(xiàn)在井下井液和大氣之間，同時(shí)還要持續(xù)的與井口的橡膠油封發(fā)生摩擦，因此使得普通抽油光桿難以承受這樣的腐蝕和磨損；另外，隨著當(dāng)前深油井、稠油井和高含水井的不斷增多，也需要不斷開(kāi)發(fā)承載能力足夠大耐磨耐腐蝕性能足夠好的抽油光桿。
[0003]當(dāng)前，高承載能力的高強(qiáng)度抽油光桿的制備主要有兩個(gè)途徑:一是通過(guò)熱處理工藝對(duì)20CrMo等普通和常用抽油光桿材料進(jìn)行表面感應(yīng)淬火等進(jìn)行熱處理來(lái)獲得工藝型高強(qiáng)度抽油光桿，即HY型抽油光桿；二是通過(guò)更新和改進(jìn)抽油光桿材料，采用調(diào)質(zhì)或者簡(jiǎn)單熱處理手段就可以獲得的高強(qiáng)度抽油光桿，即HL型抽油光桿。
[0004]但要想使高強(qiáng)度抽油光桿同時(shí)具有較好的耐磨耐蝕性能，就需要進(jìn)一步的表面滲鍍等熱處理或化學(xué)處理，目前尤以表面噴焊不同鎳基合金涂層應(yīng)用較為廣泛。由于HY型抽油光桿在進(jìn)行該耐磨耐蝕表面處理過(guò)程中，容易形成對(duì)基材表面硬化層的破壞和影響，因此難以有效應(yīng)用。而HL型抽油光桿的性能則主要取決于材料，基材受表面處理的影響較小，更適合于進(jìn)行熱處理和化學(xué)處理，因此成為耐磨耐蝕表面處理更適合的光桿基材。
[0005]在國(guó)內(nèi)外油田己有的材料型抽油桿/抽油光桿中，以美國(guó)的97型鋼、國(guó)內(nèi)的FG20鋼和BZll鋼等具有較好的代表性，但由于FG20鋼對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度控制要求較高，且其斷后延伸率(200mrn標(biāo)距)難以保證滿(mǎn)足SY/T5029-2006《抽油桿》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于H級(jí)抽油光桿延伸率不小于10%的要求，因此國(guó)內(nèi)油田已經(jīng)很多年沒(méi)有使用這種材質(zhì)的抽油光桿，而美國(guó)的97型鋼和國(guó)內(nèi)的BZll鋼抽油光桿雖然在性能上完全滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且在使用中體現(xiàn)出很好的性能，但由于其生產(chǎn)成本太高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出油田實(shí)際的接受程度，導(dǎo)致其同樣難以在國(guó)內(nèi)油田進(jìn)行推廣和應(yīng)用。
[0006]目前國(guó)內(nèi)油田基本沒(méi)有高承載耐磨耐蝕的材料型超高強(qiáng)度抽油光桿的應(yīng)用，仍然普遍使用20CrMo基材和表面噴焊鎳基合金涂層的噴焊光桿，使得其在生產(chǎn)效率和性能要求等方面已經(jīng)逐漸難以滿(mǎn)足油田實(shí)際的需求。特別是由于光桿在其卡子下方十公分范圍內(nèi)承受著較大的彎曲循環(huán)載荷作用，使得該位置的斷裂成為光桿斷裂的主要形式之一，而這種斷裂形式對(duì)于噴焊涂層光桿來(lái)說(shuō)更為顯著，這主要是由于油田現(xiàn)有噴焊光桿在鎳基合金涂層的成分優(yōu)化、以及鎳基涂層和光桿基材的匹配選擇上不夠合理，導(dǎo)致此類(lèi)噴焊涂層光桿在使用過(guò)程中的彎曲力作用下涂層表面會(huì)較快產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，嚴(yán)重降低了噴焊光桿的使用壽命，中國(guó)專(zhuān)利ZL200910202976.6所公開(kāi)的技術(shù)已經(jīng)解決了在使用過(guò)程中抽油光桿噴焊層開(kāi)裂的問(wèn)題。然而在抽油光桿實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，噴焊層在經(jīng)過(guò)重熔冷卻工序后容易出現(xiàn)少量微裂紋，微裂紋的存在會(huì)影響防腐耐磨光桿在油田現(xiàn)場(chǎng)使用的防腐效果，出現(xiàn)這種情況的產(chǎn)品不能出廠使用，從而導(dǎo)致抽油光桿成品率不高。因此，如何優(yōu)化鎳基合金涂層的成分，選擇性能更佳的HL型光桿基材，并在涂層噴焊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)合金涂層與光桿基材的合理匹配，大幅提高噴焊涂層光桿的抗彎能力和抽油光桿在生產(chǎn)過(guò)程中提高表面涂層的抗裂紋能力，降低殘次品率，將是關(guān)系到噴焊涂層光桿能否不斷滿(mǎn)足油田使用要求的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有較大的承載能力和抗彎能力，以及生產(chǎn)時(shí)成品率高，使用時(shí)耐磨耐腐蝕的抽油光桿。
[0008]本發(fā)明一種防腐耐磨抽油光桿，包括基體和噴焊于所述基體表面的噴焊層，以質(zhì)量百分比計(jì)所述噴焊層所用的鎳基合金粉末組成為:c:0%~1.0%，S1:1.0%~3.0%，B:1.5% ~4.5%, Cr:8% ~15%, Cu:4% ~8%, Mo:2% ~6%,余量為鎳。
[0009]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿，其中所述噴焊層厚度為0.1 mm~0.35 mm。
[0010]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿，其中所述基體與噴焊層之間相互滲透形成滲透層。
[0011]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿，其中以質(zhì)量百分比計(jì)所述鎳基合金粉末的組成為:C:
0.5%, Si:1.0%, B:4%, Cr:11%，Cu:8%，Mo:6%，余量為鎳。
[0012]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿，其中以質(zhì)量百分比計(jì)所述基體的組成為:C:0.1%~
0.16%, Si:0.4% ~1.2%, Mn:0.4% ~1.0%, Cr:1.5% ~2.5%, Mo:0.2% ~0.6%, Ni:0.2% ~
0.6%, P ≤ 0.025%, S ≤0.025%，余量為鐵。
[0013]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿，其中以質(zhì)量百分比計(jì)所述基體的組成為:0.13%，Si:
0.8%, Mn:0.7%, Cr:2.5%, Mo:0.6%, Ni:0.2%, P ≤ 0.025%, S ≤ 0.025%，余量為鐵。
[0014]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿有如下有益效果:
[0015]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿噴焊層所使用的金屬粉末成分相較于傳統(tǒng)的金屬粉末成分而言，降低了了 Cu元素的比例，并加入了 Mo元素。Cu雖然有提高涂層的韌性和自潤(rùn)滑性的作用，但是含量過(guò)高，影響鎳基合金粉末的噴涂工藝性能，導(dǎo)致自熔性降低，因此降低Cu元素的比例并加入適量Mo元素，并且同時(shí)調(diào)整其他元素進(jìn)行配合調(diào)整，一方面保證了合金涂層的噴涂加工性能，減少了生產(chǎn)抽油光桿過(guò)程中涂層開(kāi)裂的幾率，另一方面涂層的硬度和韌性有所保證。
[0016]本發(fā)明中鎳基合金的成分配比，使得噴焊層的電位比基體的電位更低，相對(duì)基體是“陰極”，這樣利用陰極保護(hù)的原理，進(jìn)一步提高了涂層的防腐性能。
[0017]本發(fā)明采用的這種材料型高強(qiáng)度鋼抽油光桿基材，屬于貝氏體鋼，具有較好的綜合力學(xué)性能，對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程的要求比FG20鋼要寬松很多，而且鋼材成本相對(duì)較低，保證了本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿具有較高的承載能力等力學(xué)性能和相對(duì)較低的成本。
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿作進(jìn)一步說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿包括基體I和噴焊于基體I表面的厚度為
0.1mm~0.35mm的噴焊層2，且基體I與噴焊層2之間相互滲透形成滲透層。
[0021]其中，以質(zhì)量百分比計(jì)所述基體I的組成為:C:0.1%~0.16%，S1:0.4%~1.2%，Mn:0.4% ~1.0%, Cr:1.5% ~2.5%, Mo:0.2% ~0.6%, N1:0.2% ~0.6%, P ≤ 0.025%,S≤0.025%，余量為鐵。
[0022]其中，以質(zhì)量百分比計(jì)所述噴焊層所用的鎳基合金粉末組成為:C:0%~1.0%，Si:
1.0% ~3.0%, B:1.5% ~4.5%, Cr:8% ~15%, Cu:4% ~8%, Mo:2% ~6%,余量為鎳。
[0023]Mo元素的比例確定為2%~6%原因如下:如果Mo的含量低于2%則噴焊層2的韌性和抵抗裂紋形成的能力沒(méi)有得到明顯地提高，而如果Mo的含量超過(guò)6%則噴焊層2的硬度會(huì)明顯降低，噴焊層2的耐磨性下降。
[0024]噴焊層2的厚度確定為0.1mm~0.35mm的原因如下:如果噴焊層2的厚度小于
0.1mm，石油會(huì)透過(guò)噴焊層2滲入抽油光桿基體1，對(duì)抽油光桿造成腐蝕；如果噴焊層2的厚度大于0.35_，則不利于滲透層的形成，從而噴焊層2也就容易從基體I脫落。
[0025]本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿的噴焊層2形成過(guò)程如下:
[0026]A.將基體I毛胚表面的油污清洗干凈并吹干；
[0027]B.對(duì)基體I毛胚表面進(jìn)行噴砂除銹、粗化和活化；
[0028]C.在基體I毛胚表面采用熱噴焊工藝制備一層0.2mm~0.4mm厚度的噴焊層2滲透層；
[0029]D.待噴焊層2冷卻，對(duì)抽油光桿表面進(jìn)行拋光。
[0030]接下來(lái)對(duì)本發(fā)明防腐耐磨抽油光桿的力學(xué)性能以及抵抗裂紋形成的性能作實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
[0031]首先，在以下各實(shí)施例中，以質(zhì)量百分比計(jì)噴焊層2所用的鎳基合金粉末的組成和基體I的組成在各自配比范圍內(nèi)選定并依照上述噴焊層2的成型過(guò)程制作抽油光桿試樣，其中:
[0032]實(shí)施例一:以質(zhì)量百分比計(jì)鎳基合金粉末的組成為:C:0.1%，S1:1%，B:4%，Cr:11%, Cu:8%，Mo:6%，余量為鎳。以質(zhì)量百分比計(jì)基體I的成分選定為:C:0.1%, S1:0.4%,Mn:
0.4%, Cr:2%，Mo:0.4%, Ni:0.6%, P:0.025%, S:0.025%，余量為鐵。
[0033]實(shí)施例二:以質(zhì)量百分比計(jì)鎳基合金粉末的組成為:C:0.5%，S1:2%，B:6%，Cr:15%，Cu:4%，Mo:2%，余量為鎳。以質(zhì)量百分比計(jì)基體I的成分選定為:C:0.13%，S1:0.8%，Mn:0.7%, Cr:2.5%, Mo:0.6%, Ni:0.2%, P:0.025%, S:0.025%，余量為鐵。
[0034]實(shí)施例三:以質(zhì)量百分比計(jì)鎳基合金粉末的組成為:C:1%, Si:3%, B:2%, Cr:6%，Cu:4%，Mo:2%，余量為鎳。以質(zhì)量百分比計(jì)基體I的成分選定為:C:0.16%，S1:1.2%，Mn:
1.0%, Cr:1.5%, Mo:0.4%, Ni:0.4%, P:0.025%, S:0.025%，余量為鐵。
[0035]實(shí)施例四:以質(zhì)量百分比計(jì)鎳基合金粉末的組成為:C:0.3%，S1:1.6%，B:5%，Cr:12.5%，Cu:3.5%，Mo:3.5%，余量為鎳。以質(zhì)量百分比計(jì)基體I的成分選定為:C:0.15%，Si:
0.7%, Mn:0.5%, Cr:1.8%, Mo:0.3%, Ni:0.5%, P:0.025%, S:0.025%，余量為鐵。
[0036]其次，從本發(fā)明的四個(gè)抽油光桿試樣的任意位置分別截取一段長(zhǎng)度為400rnm左右的試樣按照油田抽油光桿力學(xué)性能檢驗(yàn)的通用辦法，進(jìn)行拉伸和彎曲試驗(yàn)，結(jié)果如下:
[0037]在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下采用WE-1000型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)以上實(shí)施例中的防腐耐磨抽油光桿進(jìn)行了拉伸性能評(píng)價(jià)，具體如表1所示。結(jié)果表明，本發(fā)明的抽油光桿不僅滿(mǎn)足行標(biāo)SY/T5029-2006對(duì)HL抽油光桿關(guān)于延伸率和斷面收縮率等塑性指標(biāo)的規(guī)定，其抗拉強(qiáng)度還超過(guò)了其標(biāo)準(zhǔn)要求，體現(xiàn)了其更高的承載能力。
[0038]表1抽油光桿力學(xué)性能試驗(yàn)一
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種防腐耐磨抽油光桿，包括基體和噴焊于所述基體表面的噴焊層，以質(zhì)量百分比計(jì)所述噴焊層所用的鎳基合金粉末組成為:c:0%~1.0%，S1:1.0%~3.0%，B:1.5%~4.5%, Cr:8% ~15%，Cu:4% ~8%，Mo:2% ~6%，余量為鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防腐耐磨抽油光桿，其特征在于:所述噴焊層厚度為0.1mm~0.35腿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防腐耐磨抽油光桿，其特征在于:所述基體與噴焊層之間相互滲透形成滲透層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防腐耐磨抽油光桿，其特征在于:以質(zhì)量百分比計(jì)所述鎳基合金粉末的組成為:C:0.5%，S1:1.0%，B -A0Z0, Cr:11%，Cu:8%，Mo:6%，余量為鎳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐耐磨抽油光桿，其特征在于:以質(zhì)量百分比計(jì)所述基體的組成為:c:0.1% ~0.16%, Si:0.4% ~1.2%, Mn:0.4% ~1.0%, Cr:1.5% ~2.5%, Mo:0.2% ~0.6%, Ni:0.2% ~0.6%, P ≤ 0.025%, S≤ 0.025%,余量為鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防腐耐磨抽油光桿，其特征在于:以質(zhì)量百分比計(jì)所述基體的組成為:0.13%, Si:0.8%, Mn:0.7%, Cr:2.5%, Mo:0.6%, Ni:0.2%, P ≤ 0.025%,S≤0.025%，余量為鐵。
【文檔編號(hào)】E21B17/00GK103806846SQ201410076469
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】趙磊, 余傳謀, 孫茂盛, 李明, 李勇, 付小波, 劉斌, 劉濤, 吳振寧 申請(qǐng)人:東營(yíng)咸亨工貿(mào)有限公司, 劉濤, 吳振寧