一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法技术

本发明专利技术公开了一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法，用于解决交变应力状况下，由腐蚀和磨损导致钻杆腐蚀疲劳失效问题，以及水平井钻井脱压问题。其技术方案是：依据钻杆服役的钻井地质和地下流体性质，以及所用钻井液类型，参照钻杆失效的机理、部位、规律、特点等资料，选择不同的离子共渗沉积方式及工艺参数，在钻杆内孔壁和外圆面上，分别沉积不同或相同的防腐耐磨减摩离子及其合金。虽然合金沉积厚度只有0.05—0.1mm，但是成倍延长钻杆寿命，并且显著降低钻杆与套管、地层岩石、井眼岩屑床的摩擦系数。防腐耐磨减阻钻杆加工难度不大，使用范围广泛，填补了现有技术不能产业化生产防腐耐磨减阻钻杆的技术空白。耐磨减阻钻杆的技术空白。耐磨减阻钻杆的技术空白。

【技术实现步骤摘要】
一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法


[0001]本专利技术涉及地质资源(石油、天然气、地热水及地下矿物)勘探开发钻井用防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法，属于机械加工领域。

技术介绍

[0002]地质资源(石油、天然气、地热水及地下矿物)的勘探开发设备的腐蚀和磨损被称为两大世界级难题，仅国内石油天然气勘探开发行业中，就有约2.92万口油井存在不同程度的腐蚀和磨损。随着国内油气田开发年限和设备使用年限的增长，尤其是高含硫油气藏和其他含有酸性腐蚀介质的油气藏的勘探开发，腐蚀和磨损给油气行业的设备安全稳定运行带来了日渐凸显的不利影响，油井管首当其冲面临着腐蚀和磨损的挑战。
[0003]钻杆是地下资源(石油、天然气、地热水及地下矿物)勘探与开发中的一种重要工具，占整个钻柱长度的80-90％，通常情况下，钻杆被循环使用。钻杆在服役期间，一是长期受内外压、扭曲、弯曲、振动等交变应力作用；二是长期受钻井液中溶解的O2、CO2、H2S等腐蚀介质和地下流体中的腐蚀介质作用；三是长时间经受地层的磨损和钻井液的冲蚀。腐蚀、磨损与应力疲劳使钻杆成为钻井过程中失效事故的多发点。腐蚀加速了钻杆的磨损，磨损又增加了钻杆应力，加剧了钻杆的应力疲劳。现场调查表明：国外14％的油气井都不同程度的发生过钻柱井下断裂事故，国内各油田每年发生钻柱疲劳断裂事故500多起，直接经济损失巨大。
[0004]由钻杆失效分析可知，钻杆的失效机理是腐蚀疲劳；钻杆的失效部位主要集中在接头丝扣和接头与管体的过渡连接处附近；钻杆失效的形式主要包括管体刺穿、粘扣、涨扣和扣根刺漏；钻杆失效的规律是钻杆内涂层破坏、内外壁腐蚀、形成腐蚀坑、产生腐蚀疲劳裂纹、裂纹扩展、刺穿、断裂；钻杆腐蚀磨损的程度分布是：钻杆内孔壁腐蚀和冲蚀较严重，钻杆的外圆面磨损较严重。钻井过程中，尤其是水平井、大位移井钻井过程中，服役的钻杆遭遇腐蚀介质、承受交变载荷和经受地层磨损都是难以避免的。现有钻杆多以自身材质承受腐蚀和经受磨损，虽然部分钻杆在其内孔内衬防腐耐蚀层，或者在钻杆的外圆面电镀了钨合金等防腐耐磨材料，可是因为：1、防腐耐磨层没有有效覆盖钻杆的所有面(内外表面)，裂纹、针孔和露点多；2、钨合金防腐耐磨层与钻杆基体材料机械性能差异较大，龟裂形成可见裂纹；3、防腐耐磨层与钻杆基体结合力弱、防腐耐磨层脱落导致防腐耐磨性差；4、防腐耐磨层表面与套管、地层、岩屑床和钻井液的互动摩擦系数较大等因素，不但没有延长钻杆的使用寿命，反而因钻杆摩擦系数大，造成严重的脱压现象，致使水平井钻井速度低、钻井深度浅、钻井水平段短。目前还没有一种方法，能够在腐蚀和磨损环境中，既减少水平井、大位移井的钻井过程中的脱压现象，又能够有效的提高钻杆的防腐耐磨减阻性能，使钻杆的使用寿命接近钻杆材料的应力疲劳强度值。

技术实现思路

[0005]为了克服上述钻杆防腐耐磨技术的不足，本专利技术提供了一种防腐耐磨合金选择性
沉积与共渗沉积的方法，即防腐耐磨钻杆复合加工方法。
[0006]具体技术方案：
[0007]依据钻杆服役的钻井地质和地下流体性质，以及所用钻井液类型，参照钻杆失效的机理、部位、规律、特点等资料，在钻杆内孔壁和外圆面上，分别沉积不同或相同的防腐耐磨减摩金属及其合金，如镍金属、锆金属、钨金属、铜金属和铬金属等及其它们的合金。针对钻杆内孔壁和外圆面防腐耐磨减摩的不同需求，为了保证防腐耐磨减摩钻杆复合加工质量，选择不同的沉积设备和不同的金属沉积方式及工艺参数，如选用卧式流动沉积方式，在钻杆内孔壁选择性共渗沉积不同防腐耐磨减摩金属构成合金层，再如选用卧式旋转沉积方式，在钻杆外圆面选择性共渗沉积不同防腐耐磨减摩金属构成合金层。在钻杆内孔壁选择以防腐为主、防磨和减摩为辅的合金沉积层，在钻杆的外圆面选择以减摩和耐磨为主、防腐为辅的合金沉积层，合金沉积厚度只有0.05—0.1mm，虽然钻杆的内外径变化很小，可是大幅度的减少钻杆内壁的钻井液流动阻力和钻杆外壁与套管、地层岩石、井眼岩屑床的摩擦系数，并且成倍延长钻杆寿命。当钻杆内孔壁和外圆面分别沉积了不同或相同的防腐耐磨减摩合金后，立即分别对钻杆内孔壁和外圆面的金属沉积层进行脱氢处理，消除清脆和氢蚀隐患。
[0008]具体技术方法：
[0009]1、清理钻杆的内外圆面上的氧化层和污物，并且对钻杆内珩磨和外圆抛光加工，使钻杆内外圆面达到0.4-1.6um光洁度；
[0010]2、把钻杆放入卧式流动共渗沉积装置中，分别注入前置液和隔离液，调整装置内溶液的PH值，使其保持碱性；
[0011]3、将阳极棒插入钻杆内孔，电源的阴阳极分别接在钻杆和阳极棒上；
[0012]4、给金属共渗沉积装置中循环泵入含有不同防腐耐磨减摩金属的溶液基液，配置和控制不同防腐耐磨减摩金属离子比例、密度、浓度、纯度、流度、PH值和循环流动速度，以及辅助添加剂组分等，始终保持防腐耐磨减摩金属溶液呈碱性；
[0013]5、按照不同防腐耐磨金属离子沉积机理和沉积路径，布置供电装置，设置并控制金属溶液的循环流动温度和自动调节供电装置电压、电流强度；
[0014]6、依据供电电压、电流强度和抑制析氢渗氢的需要，调节溶液中导电离子浓度和溶液循环速度，提高电流效率；
[0015]7、实时监控并及时调整不同防腐耐磨减摩金属离子比例、密度、浓度和供电装置电流强度、电压，精准掌控防腐耐磨减摩金属选择性共渗沉积时间，在钻杆的内孔壁面上共渗沉积防腐耐磨的金属层的同时，尽力抑制析氢和渗氢；
[0016]8、取出钻杆，并送入脱氢装置中，分别经过洗涤、吸附、高温烘烤脱氢等工序，完成钻杆内孔壁面不同耐磨防腐减摩合金沉积层的脱氢处理；
[0017]9、封堵钻杆内孔，把钻杆送入卧式旋转共渗沉积装置内，并放入共渗沉积装置内的阳极圈中；
[0018]10、电源的正负极分别接在阳极圈和钻杆上，并布置供电装置；
[0019]11、给共渗沉积装置内循环泵入含有另一种由不同防腐耐磨减摩金属溶液组成的基液，配置和控制不同防腐耐磨减摩金属离子比例、密度、浓度、纯度、流度、PH值和基液循环流动速度，以及辅助添加剂组分等，始终保持不同防腐耐磨金属溶液呈碱性；
[0020]12、根据不同防腐耐磨减摩金属离子沉积机理和沉积路径，以及钻杆与溶液温度，配置和调节溶液中导电离子浓度，自动调节供电装置电压、电流强度，提高电流效率，尽量减小析氢渗氢量；
[0021]13、依据不同防腐耐磨减摩金属离子在钻杆外圆面上的共渗沉积速度，设置并控制钻杆旋转速度；
[0022]14、实时监控并随时补充不同防腐耐磨减摩金属溶液，及时调整溶液中各组分的比例，不间断循环，保证溶液中各组分的均匀分散；
[0023]15、随着钻杆的旋转，共渗沉积装置内的钻杆外圆面上，共渗沉积了不同的防腐耐磨减摩金属及其合金；
[0025]16、由不同防腐耐磨减摩金属共渗沉积的多层金属层构成了防腐耐磨合金层；
[0026]17、当一根钻杆的外圆面上共渗沉积了由防腐耐磨金属组成的合金层后，立即把本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法，所述的防腐耐磨减阻钻杆包括：(1)钻杆基体、(2)钻杆内孔壁面的防腐耐磨减摩合金层、(3)钻杆外圆面上的防腐耐磨减摩合金层、(4)钻杆内孔壁面的防腐耐磨减摩合金钝化层、(5)钻杆外圆面上的防腐耐磨减摩合金钝化层；其特征是：经过不同或相同防腐耐磨减摩离子选择性共渗沉积，在钻杆基体(1)的内孔壁面上构成了以防腐为主、耐磨和减摩为辅的合金层(2)，合金层(2)与钻杆基体(1)是金属键结合；通过不同或相同防腐耐磨减摩离子共渗沉积，在钻杆基体(1)的外圆面上形成了以耐磨和减摩为主、防腐为辅的合金层(3)，合金层(3)与钻杆基体(1)是金属键结合；合金层(2)与合金层(3)是两种不同或相近的合金层；钝化层(4)和钝化层(5)都是金属化合物；钝化层(4)与合金层(2)是化学键结合；钝化层(5)与合金层(3)是化学键结合。2.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大红，田秋成，
申请(专利权)人：刘大红，
类型：发明
国别省市：