[发明专利]一种抽油光杆

说明书

技术领域

本发明涉及石油设备，更具体涉及一种抽油光杆。

背景技术

抽油机井一直以来都是国内外油田的主要采油方式，而抽油光杆是这类有杆抽油系统的关键部件之一。抽油光杆作为抽油机井的第一根抽油杆，首先要承受井下所有的抽油杆、抽油泵和油井井液的重力以及抽油过程中产生的各种阻力等载荷；由于其在一个工作周期内要往复出现在井下井液和大气之间，同时还要持续的与井口的橡胶油封发生摩擦，因此使得普通光杆难以承受这样的腐蚀和磨损；另外，随着当前深油井、稠油井和高含水井的不断增多，也需要不断开发承载能力足够大耐磨耐蚀性能足够好的抽油光杆。

当前，高承载能力的高强度抽油光杆的制备主要有两个途径：一是通过热处理工艺对20CrMo等普通和常用抽油光杆材料进行表面感应淬火等进行热处理来获得工艺型高强度抽油光杆，即HY型抽油光杆；二是通过更新和改进抽油光杆材料，采用调质或者简单热处理手段就可以获得的高强度抽油光杆，即HL型抽油光杆。

但要想使高强度抽油光杆同时具有较好的耐磨耐蚀性能，就需要进行进一步的表面渗镀等热处理或化学处理，目前尤以表面喷焊不同镍基合金涂层应用较为广泛。由于HY型抽油光杆在进行该耐磨耐蚀表面处理过程中，容易形成对基材表面硬化层的破坏和影响，因此难以有效应用。而HL型抽油光杆的性能则主要取决于材料，基材受表面处理的影响较小，更适合于进行热处理和化学处理，因此成为耐磨耐蚀表面处理更适合的光杆基材。

在国内外油田已有的材料型抽油杆/抽油光杆中，以美国的97型钢、国内的FG20钢和BZ11钢等具有较好的代表性，但由于FG20钢对生产过程中的温度控制要求较高，且其断后延伸率(200mm标距)难以保证满足SY/T5029-2006《抽油杆》标准中关于H级抽油光杆延伸率不小于10％的要求，因此国内油田已经很多年没有使用这种材质的抽油光杆；而美国的97型钢和国内的BZ11钢抽油光杆虽然在性能上完全满足行业标准的要求，且在使用中体现出很好的性能，但由于其生产成本太高，远远超出油田实际的接受程度，导致其同样难以在国内油田进行推广和应用。

目前国内油田基本没有高承载耐磨耐蚀的材料型超高强度抽油光杆的应用，仍然普遍使用20CrMo基材和表面喷焊镍基合金涂层的喷焊光杆，使得其在生产加工和性能要求等方面已经逐渐难以满足油田实际的需求。特别是由于光杆在其卡子下方十公分范围内承受着较大的弯曲循环载荷作用，使得该位置的断裂成为光杆断裂的主要形式，而这种断裂形式对于喷焊涂层光杆来说更为显著，这主要是由于油田现有喷焊光杆在镍基合金涂层的成分优化、以及镍基涂层和光杆基材的匹配选择上不够合理，导致此类喷焊涂层光杆在使用过程中的弯曲力作用下涂层表面会较快产生裂纹并扩展，严重降低了喷焊光杆的使用寿命。

因此，如何优化镍基合金涂层的成分，选择性能更佳的HL型光杆基材，并在涂层喷焊过程中实现合金涂层与光杆基材的合理匹配，大幅提高喷焊涂层光杆的抗弯能力和表面涂层的抗裂纹能力，将是关系到喷焊涂层光杆能否不断满足油田使用要求的关键所在。

综上所述，油田迫切需要一种性能优良且成本相对较低的材料型抽油光杆，结合改进后的热喷焊涂层技术，使该类型抽油光杆具有足够的承载能力和抗弯性能，以及较好的耐磨和耐蚀性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种具有较大的承载能力和抗弯能力，以及较好的耐磨耐蚀性能的抽油光杆。

按照本发明提供的一种抽油光杆，包括基材和喷焊于所述基材表面的镍基合金涂层，以质量百分比计所述镍基合金涂层的组成为：C：0％～0.80％，Si：2.0％～4.0％，B：1.5％～4.5％，Cr：5.0％～14.0％，Cu：5.0％～15.0％，Fe≤5.0％，余量为镍。

按照本发明提供的一种抽油光杆还具有如下附属技术特征：

以质量百分比计所述基材的组成为：C；0.10％～0.18％，Si：0.50％～1.80％，Mn：0.50％～1.50％，Cr：0.80％～1.9％，Nb：0.03％～0.06％，Ti：0.01％～0.06％，Mo≤0.2％，Ni≤0.2％，S≤0.025％，P≤0.025％，余量为铁。

所述基材与所述镍基合金涂层之间相互渗透形成渗透层。

所述渗透层的厚度为1μm～10μm。

以质量百分比计所述镍基合金涂层的组成为：C：0％～0.40％，Si：2.0％～3.0％，B：2.0％～3.0％，Cr：7.0％～10.0％，Cu：7.0％～12.0％，Fe≤5.0％，余量为镍。