[發明專利]多元離子氮化防腐耐磨油套管的制備方法及設備

在審

• 申請號: 201310053692.1
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103993257A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 陳全剛;單連俊;牛君
• 申請（專利權）人: 牛君
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C23C14/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種油田使用的油套管的制備方法，尤其是一種多元離子氮化防腐耐磨油套管的制備方法。

背景技術

油田在采油過程中油套管常因腐蝕和磨損而大量報廢，原因是地層中存在大量的腐蝕性介質，主要有硫化氫氣體、CO₂氣體、硫酸根化合物和高礦化物等，這些物質溶解和混合在井液中就會對油套管造成致命的腐蝕，有時為了采油工藝的需要還要向油層中注入多種化學注劑，這就更加加重了油套管的腐蝕速度。腐蝕和磨損已經是造成油套管報廢的主要原因。

目前，公知的防腐油套管大多采用內壁鍍涂防腐耐磨材料、內孔燒結玻璃、內孔復合塑料材料、內孔氮化處理等方法。上述技術的油套管普遍存在著致命的不足，內壁鍍涂防腐材料的油套管防腐層不耐磨很快便失去；內孔燒結玻璃的油套管玻璃內襯存在間隙和針孔，不能全表面防腐，同時玻璃內襯易碎，碎片落井后造成井下工具的損壞；內孔復合塑料材料的油套管塑料不耐磨，與金屬結合不牢固經常軸向串動，井液進入塑料和金屬的環形空間后防腐能力便失去了；內孔氮化處理的油套管主要是提升了油套管的耐磨能力，其氮化層防腐能力極低，和普通油套管的防腐能力沒有太大區別。

發明內容

為解決油套管防腐耐磨能力差的不足，本發明專利提供一種多元離子氮化防腐耐磨油套管的制備方法。

本發明為實現其目的所采用的技術方案是：

工藝過程

原材料---校直---無損探傷檢驗---數控管螺紋車削螺紋---內外表面除油除銹處理---氮化前預處理---檢查氮化設備---上工裝夾具---吊裝入爐---加入輔助陽極---關閉爐門---抽真空---設定參數---全自動多元離子氮化處理---冷卻出爐---檢驗---旋緊接箍---水壓試驗---無損探傷檢驗---涂漆---入庫

技術原理

在氮化介質中加入鉻Cr、鈦Ti、鎳Ni、氮N氫H化合物等，使氮化后的油套管具有高硬度、高防腐性能。

在整個過程中采用全自動控制，工作過程是：抽真空，在30Pa-300Pa真空室內，在陰極（油套管）和陽極（容器）之間通過400V-1200V直流脈沖高壓電，在油套管周圍產生輝光放電，此種情況下可使通入真空中的N、H化合物和CO2的混合氣體發生電離，同時使Cr、Ti、Ni等合金元素其它介質發生反應，以離子的方式濺射。此時離子向油管、套管表面沖擊，使油套管加熱并富集沉積在油套管表面。由于離子的轟擊，在表層0.05mm內產生密度極高的位錯，加速擴散速度。

氮元素沉積后形成FeN，分解后會直接滲入油套管，得到較高的硬度，同時使油套管表面形成ε相層，滲層致密，抗蝕性好，在大氣、潮溫和工業氣液和水中具有較高的化學穩定性。

輔熱裝置使鉻Cr、鈦Ti、鎳Ni，沉積后會與油套管表面產生置換反應進入油套管表面，再與介質中的氫氣發生還原反應變為單質元素，進入油套管向內部擴散滲入。改變油套管表層的化學成份來達到提高硬度及抗蝕性，進而實現防腐耐磨的目的。

反應過程為氮離子向工件(陰極)表面沖擊，加熱工件并在表面富集FeN，分解后滲入工件。而鉻等合金元素，在輝光放電后，介質（鉻、鈦等合金元素）以離子的方式濺射，在工件(陰極)表面沉積，并向工件基體內部擴散形成鉻、鈦合金層。

在多元輝光離子氮化處理結束后會在油套管表面形成深度為0.25mm以上的防腐耐磨層，此深度為常規處理深度，實際應用時可依據油田的具體需要確定適合其區塊井下環境的合理的深淵。

設備參數及整體結構描述

1、離子氮化電源????????

脈沖電源：LDMC—100/500A兩臺；

工作電壓：0—1000V連續可調；

脈沖頻率：1KHz；

滅弧時間：≤15μs；

占空比：10%—85%，連續平滑可調；

最大平均電流：100A-500A；

峰值電流：600A。

2、離子沉積設備電源

共用脈沖電源,切換使用。

3、爐體及真空系統

注入靶口直徑：預留靶槍接口，尺寸待用戶確定；

陰極桿位置及數量：沿底盤安裝陰極（其中之一可為滲金屬的源極），帶

可調節的滲金屬掛架；并帶不銹鋼加長桿；

極限真空：≤3×10^-3Pa；

壓升率：≤6.67Pa/h；

工作真空度：20Pa～10000Pa；