[发明专利]油管内壁脉冲快速渗氮装置

说明书

技术领域：

本发明是一种用于管内壁脉冲等离子快速渗氮的技术，包括自己研制的渗氮装置和渗氮工艺，渗氮装置简单实用，渗氮工艺克服了以往的渗氮层脆性大的缺点，简单说就是把管材本身作为炉体进行快速辉光等离子渗氮的一种新型工艺。

背景技术：

至今，油田用油管存在严重的内壁磨损腐蚀失效问题，由于抽油机是连续不停的作业，这样油杆和管材内壁之间就会产生磨擦，而且是不断往复磨损，油管的长度大多在几百米甚至几千米，油井大多数有一定的斜度，所以油管和油杆之间的磨损问题很严重，再加上油管内油水中含有大量的CO₂、H₂S、O₂等腐蚀介质，还有大量的细菌，磨损后露出新鲜的金属，造成严重的腐蚀，最终造成疲劳磨损腐蚀失效，降低了油管的服役时间，严重影响了油井的采油，降低了效率。

目前，针对油管的磨损腐蚀失效，采取的方法大概有：

1.采用新材料油管，国内外通常有采用含有耐蚀耐磨合金的油管在油田使用，从而增强它的耐磨耐蚀性能，这种方法成本较高，而且耐磨耐蚀性不是很好，达不到理想的效果；

2.在有内壁喷涂或者电镀一定厚度的耐蚀耐磨材料，这种处理方法涂层和基体的结合力较差，涂层受材质和服役条件的限制，所以在油杆和油管服役时，摩擦很容易把涂层剥落掉，失去防磨防腐的效果。

3.在油井内加入缓蚀剂，很多油田为了防止油管的腐蚀，在井内加入缓蚀剂，这种方法可以短时间的起到一定的防腐作用，但持续时间短，防腐效果差。

近年来渗氮技术不断被应用在油田，渗氮是一种使氮元素进入金属表面内部的一种热处理工艺，渗入的氮元素与铁和其他一些合金元素发生反应形成耐蚀耐磨的渗氮层，并且可以通过改变工艺控制渗氮层的厚度。这种渗氮层具有很好的硬度，表面形成一层很耐蚀的化合物层，具有很好的耐蚀耐磨性能。

目前，大多数已经采用离子渗氮这种工艺，但常规的离子渗氮存在严重的问题，造成渗氮工艺适用场合的局限性。常规的离子渗氮存在两方面的问题：

1.设备问题，常规的离子渗氮设备，由于是使用等离子真空渗氮技术，所以设备的渗氮炉体存在一定的尺寸限制，这样渗氮零件只有小尺寸的才能进行渗氮，由于油管本身尺寸很长，所以不能进行管内壁进行渗氮，而且小尺寸的管材在炉体内进行渗氮时，不只在管材内壁渗上了氮，其他部位也同时渗上了，所以必须采取保护措施，而且由于是在高温一般500℃以上保护措施很难做，造成渗氮零件受尺寸的限制。常规的渗氮设备由于受输入气体的成分的限制，所以很难得到性能良好的渗氮层，由于很难做到加入辅助助渗的气氛，所以造成渗氮时间较长，由于设备复杂，渗氮时间长，造成渗氮成本较高。

2.工艺问题，至今很多人认为渗氮工艺由于会产生硬度大、脆性大且疏松的化合物层，所以很少应用，很多人在渗氮后想办法去除化合物层，去除后只有扩散层，硬度偏低，耐蚀性能差。而且由于一般油田用油管长且管径较细，采用常规工艺渗氮时，只有在管径的端部才能达到良好的渗氮层，在管内部往往得不到良好的渗氮层，不能满足服役要求。

发明内容：

为了克服技术背景技术中设备和工艺的不足，本发明提供一种新型的油管内壁脉冲快速渗氮机械装置，结合本装置提供一种新型的离子快速渗氮工艺。该油管内壁脉冲快速渗氮机械装置利用管材本身作为渗氮真空炉体，油管轴心加入阳极棒材，管子两端用带有各种输入输出和监测的装置封住，管壁外面用保温材料进行保温，电源采用高频率脉冲电源，整体构成脉冲快速渗氮装置。利用高功率脉冲电源进行辉光放电产生等离子体，气体采用N₂和H₂的混合气体，调节这两种气体的比例可以获得不同性能的渗氮层，满足不同的要求。被电离的离子撞击管材内壁，被渗入气体的离子在渗入工件的同时，离子的动能转换为热能加热工件，不需要独立的加热装置，设备简单，成本较低，效率高。

附图说明：

图1是油管内壁脉冲快速渗氮机械装置简图。

图2是油管管端密封盖装置正视图。

具体实施方式：

下面结合附图和实例对发明做进一步详细描述。