[发明专利]一种抽油光杆及加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及石油设备，尤其涉及一种抽油光杆，本发明还设计一种抽油光杆的加工工艺。

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，是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。

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复合涂层的喷焊光杆，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复合涂层的成分优化、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。现有的改进措施包括采用新型耐疲劳光杆基材和增加喷焊涂层的韧性两方面，但是前者存在新型光杆基材成本高，生产环节难以控制等限制，而后者虽然对光杆基材的选择范围很广，但单独采用Cu等增韧粒子只能在有限程度上改善涂层的韧性，并没有从根本上解决基材与涂层之间较大的差异性。

因此，如何优化镍基合金复合涂层的成分，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。

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，提供一种具有较好韧性、抗弯能力和耐疲劳性能，以及较好耐磨耐蚀性能的抽油光杆。

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，提供一种抽油光杆的加工工艺。

按照本发明提供的抽油光杆采用的主要技术方案为：包括基材和位于所述基材表面的镍基合金复合涂层，所述镍基合金复合涂层由4％-40％质量百分含量的增韧粒子与60％-96％质量百分含量的镍基合金粉末混合而成，所述增韧粒子由Cu和Ti均匀混合而成。

本发明提供的抽油光杆还采用如下附属技术方案：

所述增韧粒子中Cu和Ti的质量百分含量比例为1：1-4:1。

以质量百分比计所述镍基合金粉末的成分组成为：C：0％～0.80％，Si：2.0％～4.0％，B：1.5％～4.5％，Cr：5.0％～15.0％，Fe≤5.0％，余量为镍。

所述增韧粒子在所述镍基合金复核涂层中的添加比例按照质量百分含量为Cu：2％-32％，Ti：0.8％-20％。

所述镍基合金复合涂层为三层，从基材外表面起，第一镍基合金复合涂层的厚度为0.05-0.10mm，增韧粒子添加比例按照质量百分含量为30～40％；第二镍基合金复合涂层的厚度为0.05-0.10mm，增韧粒子添加比例按照质量百分含量为20～30％；第三镍基合金复合涂层的厚度为0.20-0.30mm，增韧粒子添加比例按照质量百分含量为4～14％。

所述增韧粒子的粒度为10～40微米。

所述镍基合金复合涂层的厚度为0.30mm～0.50mm。

所述镍基合金复合涂层的硬度为25HRC～38HRC。

所述镍基合金复合涂层在厚度控制上采用外径和质量双指标检测。

按照本发明提供的抽油光杆的加工工艺，主要包括以下步骤：

(1)将基材表面的油污清洗干净并吹干；

(2)将基材表面进行喷砂除锈、粗活或活化；

(3)将增韧粒子与镍基合金粉末按照确定的比例混合采用机械研磨的方式进行充分搅拌形成镍基合金复合粉末；

(4)在基材表面根据厚度需要采用预粘结工艺涂覆一层镍基合金复合粉末，并进行干燥处理；

(5)将步骤(4)中涂覆有镍基合金复合粉末的基材进行重熔使基材表面形成镍基合金复合涂层。

(6)将制备有镍基合金复合涂层的抽油光杆进行表面抛光处理。

按照本发明提供的抽油光杆与现有技术相比具有如下优点：