[发明专利]多元离子氮化防腐耐磨油套管的制备方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田使用的油套管的制备方法，尤其是一种多元离子氮化防腐耐磨油套管的制备方法。

背景技术

油田在采油过程中油套管常因腐蚀和磨损而大量报废，原因是地层中存在大量的腐蚀性介质，主要有硫化氢气体、CO₂气体、硫酸根化合物和高矿化物等，这些物质溶解和混合在井液中就会对油套管造成致命的腐蚀，有时为了采油工艺的需要还要向油层中注入多种化学注剂，这就更加加重了油套管的腐蚀速度。腐蚀和磨损已经是造成油套管报废的主要原因。

目前，公知的防腐油套管大多采用内壁镀涂防腐耐磨材料、内孔烧结玻璃、内孔复合塑料材料、内孔氮化处理等方法。上述技术的油套管普遍存在着致命的不足，内壁镀涂防腐材料的油套管防腐层不耐磨很快便失去；内孔烧结玻璃的油套管玻璃内衬存在间隙和针孔，不能全表面防腐，同时玻璃内衬易碎，碎片落井后造成井下工具的损坏；内孔复合塑料材料的油套管塑料不耐磨，与金属结合不牢固经常轴向串动，井液进入塑料和金属的环形空间后防腐能力便失去了；内孔氮化处理的油套管主要是提升了油套管的耐磨能力，其氮化层防腐能力极低，和普通油套管的防腐能力没有太大区别。

发明内容

为解决油套管防腐耐磨能力差的不足，本发明专利提供一种多元离子氮化防腐耐磨油套管的制备方法。

本发明为实现其目的所采用的技术方案是：

工艺过程

原材料---校直---无损探伤检验---数控管螺纹车削螺纹---内外表面除油除锈处理---氮化前预处理---检查氮化设备---上工装夹具---吊装入炉---加入辅助阳极---关闭炉门---抽真空---设定参数---全自动多元离子氮化处理---冷却出炉---检验---旋紧接箍---水压试验---无损探伤检验---涂漆---入库

技术原理

在氮化介质中加入铬Cr、钛Ti、镍Ni、氮N氢H化合物等，使氮化后的油套管具有高硬度、高防腐性能。

在整个过程中采用全自动控制，工作过程是：抽真空，在30Pa-300Pa真空室内，在阴极（油套管）和阳极（容器）之间通过400V-1200V直流脉冲高压电，在油套管周围产生辉光放电，此种情况下可使通入真空中的N、H化合物和CO2的混合气体发生电离，同时使Cr、Ti、Ni等合金元素其它介质发生反应，以离子的方式溅射。此时离子向油管、套管表面冲击，使油套管加热并富集沉积在油套管表面。由于离子的轰击，在表层0.05mm内产生密度极高的位错，加速扩散速度。

氮元素沉积后形成FeN，分解后会直接渗入油套管，得到较高的硬度，同时使油套管表面形成ε相层，渗层致密，抗蚀性好，在大气、潮温和工业气液和水中具有较高的化学稳定性。

辅热装置使铬Cr、钛Ti、镍Ni，沉积后会与油套管表面产生置换反应进入油套管表面，再与介质中的氢气发生还原反应变为单质元素，进入油套管向内部扩散渗入。改变油套管表层的化学成份来达到提高硬度及抗蚀性，进而实现防腐耐磨的目的。

反应过程为氮离子向工件(阴极)表面冲击，加热工件并在表面富集FeN，分解后渗入工件。而铬等合金元素，在辉光放电后，介质（铬、钛等合金元素）以离子的方式溅射，在工件(阴极)表面沉积，并向工件基体内部扩散形成铬、钛合金层。

在多元辉光离子氮化处理结束后会在油套管表面形成深度为0.25mm以上的防腐耐磨层，此深度为常规处理深度，实际应用时可依据油田的具体需要确定适合其区块井下环境的合理的深渊。

设备参数及整体结构描述

1、离子氮化电源        

脉冲电源：LDMC—100/500A两台；

工作电压：0—1000V连续可调；

脉冲频率：1KHz；

灭弧时间：≤15μs；

占空比：10%—85%，连续平滑可调；

最大平均电流：100A-500A；

峰值电流：600A。

2、离子沉积设备电源

共用脉冲电源,切换使用。

3、炉体及真空系统

注入靶口直径：预留靶枪接口，尺寸待用户确定；

阴极杆位置及数量：沿底盘安装阴极（其中之一可为渗金属的源极），带

可调节的渗金属挂架；并带不锈钢加长杆；

极限真空：≤3×10^-3Pa；

压升率：≤6.67Pa/h；

工作真空度：20Pa～10000Pa；