[发明专利]在油套管钢表面铬镍合金化的处理方法

说明书

技术领域：

本发明涉及在油套管钢表面铬镍合金化的处理方法，属于复合电镀的钢表面处理技术领域。

背景技术：

我国石油与天然气勘探开发的力度不断加大，每年钻井数量都维持在较高水平，钻井量约占世界的1/5，已成为世界三大钻井量最多的国家（美国、加拿大、中国）之一。据中国石油天然气集团公司规划，该公司“十一五”期间每年钻井将达15000口，进尺量2330万米，2010年将达到2470万米。而在油气勘探开发过程中，需要消耗大量的油井管，油井管包括钻杆及钻柱构件、套管和油管。根据井深和管柱结构设计，油套管约占油井管总消耗量的92%～96%。

在石油天然气的开发过程中，CO₂、H₂S、Cl^-等气体和介质对油井管的腐蚀已成为油田的主要腐蚀问题，它不仅给油田造成了巨大的经济损失，而且往往带来一些灾难性的后果，如人员伤亡、停工停产以及环境污染等。而二氧化碳腐蚀和硫化氢腐蚀在其中占主要作用。长期以来，对油气田二氧化碳腐蚀和硫化氢腐蚀研究工作主要集中在对油套管研究上。所以对开发油套管抗二氧化碳腐蚀及硫化氢腐蚀的产品具有重要意义。

二氧化碳腐蚀又被称为“甜腐蚀(Sweet Corrosion)”，CO₂溶于水后对部分金属材料有极强的腐蚀性，由此而引起的材料破坏统称为二氧化碳腐蚀。硫化氢腐蚀又被称为“酸腐蚀 (Sour Corrosion)”，在酸性油气田的腐蚀中，H₂S作为阳极过程的催化剂，促进铁离子的溶解，加速管材质量损失，还为腐蚀产物提供S^2-，在钢表面生成硫化铁腐蚀产物膜，由此而引起的材料破坏统称为硫化氢腐蚀。一直以来，人们对油套管抗二氧化碳腐蚀和硫化氢的方案为三种：①采用耐蚀材料如耐蚀合金钢；②使用涂层或衬里；③添加缓蚀剂。

但是上述的三种方案都存在一定的缺陷。耐蚀合金的价格昂贵，投资成本较高，特别是对于一些二氧化碳含量不太高的油井，如果选用耐蚀合金则显得比较保守。另外，耐蚀合金的焊接性能、高Cl^-条件下的抗点蚀性能以及抗H₂S应力腐蚀开裂性能不理想。涂覆层在使用过程中存在破损造成局部腐蚀的隐患等问题。缓蚀剂加注过程复杂，长期投资很高。综合看来，上面的三种方案在解决油套管腐蚀方面都不是最优化方案。

近年来，许多研究者发现油套管钢中加Cr，能提高油套管钢的耐二氧化碳腐蚀。正常情况下Cr的活性比Fe高，在活化状态下含Cr合金钢的腐蚀速率较碳钢为大，但形成腐蚀产物膜以后含Cr合金的腐蚀速率却降低，因此，抗腐蚀的关键在于腐蚀产物膜的保护作用。研究发现，含Cr合金钢腐蚀以后，表面会形成Cr的氢氧化物Cr(OH)₃，其化学性质比较稳定，随着腐蚀产物膜中FeCO₃的溶解，Cr元素会在腐蚀产物膜中富集。学术界普遍认为Cr的富集是套管钢提高抗CO₂腐蚀能力的主要原因。另外，随着基体含Cr量的增加，Cr的氢氧化物在腐蚀产物膜中的富集量也明显增加，导致腐蚀产物膜结构发生显著变化。根据这一原理，很多的企业都开发了一些经济型低铬合金油套管钢，如宝钢的开发了Cr 含量在3 %～5 %范围内的经济型低Cr 抗CO₂腐蚀合金石油管材钢。

Cr在低温下抑制硫化氢腐蚀效果也比较好，但是没有Ni好。Ni元素可以提高抗硫化氢均匀腐蚀性能。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在石油油套管钢表面铬镍合金化的处理方法。

本发明一种在油套管钢表面铬镍合金化的处理方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a. 设计电镀液配方并配置电镀液：电镀液的原料组成及其体积含量如下：

铬酸酐      50~120g/L            硫酸          1~3g/L

硫酸铬      1-5g/L               氟硼酸钾      1~20 g/L

硫酸锶      5~10 g/L             水杨酸钠      5~20 g/L

糖精        1~5 g/L              硫酸镍        50~100 g/L  

b. 欲处理的油套管表面的预处理：将欲处理的油套管经过流动冷水洗、化学除油、热水洗、再次流动冷水洗、弱腐蚀、再次热水洗、流动冷水洗的清洗除杂净化工序，最后干燥、待用；