[發(fā)明專利]一種用于石油鋁合金鉆桿的無磁耐磨噴涂粉

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410048389.7
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103757582B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱明生;丁立平
• 申請（專利權(quán)）人: 博睿泰達科技(北京)有限公司
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種用于石油鋁合金鉆桿的無磁耐磨噴涂粉，屬于表面涂層制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

20世紀60年代初，蘇聯(lián)開始在鉆井中使用鋁合金鉆桿。鋁合金鉆桿質(zhì)量輕，在鉆機能力一定的情況下，用鋁合金鉆桿能夠達到鋼鉆桿無法達到的深度。俄羅斯曾用400t能力的鉆機鉆成世界最深的C Γ-3井，井深12262m(400t能力用鋼鉆桿最多能鉆8000m)。

國外的經(jīng)驗證明，深部鉆探不能僅僅著眼于大型深孔設(shè)備，還可以在鉆桿柱的材質(zhì)上想辦法，在不更換大噸位鉆機的前提下使孔鉆的更深，因此，近些年來輕質(zhì)鋁合金成了國內(nèi)外同行關(guān)注的熱點。歐盟在俄羅斯鋁合金的鉆桿標準基礎(chǔ)上，于2002年制定了石油天然氣工業(yè)用鋁合金鉆桿的國際標準ISO15546：2002，其地位與美國制定的鋼鉆桿API國際標準等同。由我國中石油管材所提出，高蓉等人承擔制定的等同標準于2006年12月15日作為中華人民共和國國家標準《石油天然氣工業(yè)鋁合金鉆桿》(GB/T20659-2006/ISO15546：2002) 正式發(fā)布，自2007年5月1日起實施。

相比鋼鉆剛，鋁合金鉆桿有以下優(yōu)勢：1)技術(shù)上鋁合金鉆桿相對鋼鉆桿優(yōu)勢明顯：鋁及其合金元素化學特性比較活躍，當其與氧反應(yīng)后會在表面形成穩(wěn)定的氧化膜，阻止其與周圍環(huán)境的進一步反應(yīng)。經(jīng)過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和 CO2的腐蝕；抗疲勞，交變彎曲和動應(yīng)力抵抗力是鋼的三倍。鋁合金鉆桿彈性模量小，在曲率大的定向井和水平井中使用鋁合金鉆桿時，鉆柱與裸眼井段和套管井段的摩擦力減小，而且鋁合金鉆桿具有良好的抗彎曲載荷性能，更適合曲率大的定向井和水平井，其最大水平井段可達1000m；鋁合金鉆桿的無磁性方便隨鉆測量工具的使用。2) 經(jīng)濟上鋁合金鉆桿長期回報高：由于鋁合金鉆桿比鋼鉆桿輕，大大減輕了勞動強度。可以應(yīng)用于標準型號的鉆塔，且同一型號的鉆機鉆進深度較鋼鉆桿增加30-80m。深度25m、35m、50m升降操作所節(jié)約的時間分別為70％、170％、252％。生產(chǎn)效率提高6％-10％。前蘇聯(lián)地質(zhì)部門在800-2000m深度，地層較為復(fù)雜的鉆孔，采用壁厚76～ 93mm直徑的鉆頭鉆進，鋁合金鉆桿比壁厚50mm的同等級鋼鉆桿消耗的功率降低一半，每米成本下降2-5美元。3)國外應(yīng)用普遍，國內(nèi)市場空間很大：鋁合金鉆桿占到俄羅斯總掘進數(shù)50％以上，美國總掘進數(shù)60％以上。全球鋁鉆探桿產(chǎn)量30萬噸，供需基本平衡，預(yù)計到 2015年鋁鉆探桿需求可達50萬噸以上，中國鋁合金鉆桿需求約為1 萬噸/年。中國的鉆探環(huán)境日益惡劣，對鋁合金鉆桿的需求很強烈。綜上，鋁合金鉆桿替代鋼鉆桿是必然趨勢。

井下的工礦非常惡劣，鉆桿要經(jīng)受泥漿的磨損，要經(jīng)受和井壁的磨擦，特別是斜井。本發(fā)明在于提供一種用于鋁合金鉆桿的耐磨耐蝕粉末，用于增強鉆桿的耐磨性能。該粉末具有微磁至無磁的特性，和鋁基的結(jié)合性能好，噴涂時不需要對基體進行預(yù)處理，保護環(huán)境。熱膨脹系數(shù)和鋁比較匹配，內(nèi)應(yīng)力小且和鋁基的結(jié)合強度在80Mpa以上。硼化物和碳化物作為硬質(zhì)相，使得材料有優(yōu)良的耐磨性能；奧氏體的基體以及鉻形成鈍化膜使得材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。能夠很好的滿足井下工礦的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于石油鋁合金鉆桿的無磁耐磨噴涂粉，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的合金材料含有下列質(zhì)量比的化學成分：

20至35％鉻，

1.5至5％硼，

0.1至2％鈦，

2至10％錳，

0.34至0.48％碳，

5至12％鎳，

0.2至5％硅，

余量為不小于45％的鐵。

上述的一種用于石油鋁合金鉆桿的無磁耐磨噴涂粉，其特征在于優(yōu)選含鉻的質(zhì)量比為22-28％，含碳的質(zhì)量比為0.34至0.4％，含硼的質(zhì)量比為1.8至4％，含鈦的質(zhì)量比為0.1至1.5％，錳的質(zhì)量比為2 至5％，鎳的質(zhì)量比為7至11％，硅的質(zhì)量比為0.2至2％。

本發(fā)明的一種用于石油鋁合金鉆桿的無磁耐磨噴涂粉中，鉻含量優(yōu)選為22-28％。鉻元素易于與氧結(jié)合生成Cr2O3膜，該氧化膜結(jié)構(gòu)致密，和基體黏合力強，可以把內(nèi)部材料保護起來，具有高耐腐蝕性。當鐵合金中鉻含量大約13％時，可明顯提高耐腐蝕性能，鉻含量大于 17％時耐腐蝕性能又有進一步的提高。本材料選取20-35％的鉻，使得材料能夠有極好的耐腐蝕性。