專利名稱：一種油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管及其抗腐蝕處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田采油設(shè)備，具體地說，涉及一種油田采油或注液體介質(zhì)用油管或套管及其處理方法。
為了解決普通油管和套管的被腐蝕問題，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人的一項(xiàng)已受權(quán)專利ZL00256163.8公開一種油管或套管抗蝕氮化處理裝置。采用該裝置對(duì)普通油管或套管進(jìn)行氮化處理，使普通油管或套管的抗蝕性能有了一定程度的提高，但由于在氮化處理過程中只采用液氮，未采用其它滲劑，因而不能從根本上解決普通油管或套管的抗蝕問題。
本發(fā)明的油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管，在包括連接螺紋在內(nèi)的油管或套管內(nèi)外壁表面上形成抗腐蝕氮化層，其特征在于，所說的氮化層由內(nèi)部黑白相混的部分和最外表面的白亮部分組成，內(nèi)部黑白相混的部分其組織為Fe2-3N，F(xiàn)e4N和殘余奧氏體及馬氏體，最外表面的白亮部分為白亮層，由Fe2-3N和Fe4N組成。
本發(fā)明的油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管的抗腐蝕處理方法，其特征在于，按順序包括下列步驟①.將要處理的基本組織為鐵素體加珠光體的油管或套管裝入電熱井式氮化爐內(nèi)，爐內(nèi)溫度控制在440～460℃之間。
②.將爐溫升至620℃，在升溫過程中，進(jìn)行第一次抽真空和隨后的充氮?dú)獠僮鳎?5分鐘后，進(jìn)行第二次抽真空和隨后的充氮?dú)獠僮鳎虎?在620℃和氮?dú)猸h(huán)境下保溫120分鐘；④.在620℃下充氨氣同時(shí)滴入由甲酰胺、乙醇、碘和稀土金屬組成的催化劑懸浮液，保壓一定時(shí)間，然后抽真空，反復(fù)進(jìn)行該操作，時(shí)間持續(xù)120分鐘；⑤.在620℃下充入氮?dú)猓範(fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到0.01mpa，并在此壓力下將處理過的油管或套管出爐，進(jìn)行空氣冷卻到常溫。
采用本發(fā)明的抗腐蝕處理方法處理的油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管，由于在其內(nèi)外壁的最外表面上形成了致密均勻的耐蝕白亮層，在不降低被處理前的機(jī)械性能的情況下，其內(nèi)外表面的抗蝕性能比用現(xiàn)有的抗腐蝕處理方法所獲得的油管或套管有明顯的改善；同時(shí)，由于不改變關(guān)鍵尺寸，很好地保證了管螺紋被處理前的加工精度。
(五)實(shí)施方式實(shí)施本發(fā)明的方法所用的裝置與在背景技術(shù)部分所引用的本申請(qǐng)的申請(qǐng)人的一項(xiàng)已受權(quán)專利ZL00256163.8公開的一種油管或套管抗蝕氮化處理裝置基本相同，將其引用到本發(fā)明中作為參考，不再進(jìn)行描述。
要用本發(fā)明的抗腐蝕處理方法處理的油管和套管的材料為可氮化鋼，如30CrMoAL、37MnMo和42MnMoCr等，按中華人名共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY-T6194-1996規(guī)定，37MnMo屬于J55鋼級(jí)油管或套管，42MnMoCr屬于N80鋼級(jí)油管或套管。這些油管或套管材料的基本組織為鐵素體加珠光體。它們具有很好的機(jī)械性能，但卻不耐腐蝕，尤其不耐油井惡劣環(huán)境下的腐蝕。
本發(fā)明對(duì)上述材質(zhì)的油管或套管進(jìn)行抗腐蝕處理的方法詳細(xì)描述如下首先，把油管或套管裝入電熱井式氮化爐中，將爐溫基本控制在450℃±10℃，即440℃～460℃之間。油管或套管在此溫度下，其表面的水分和油污受熱揮發(fā)，變得十分干燥。
然后，將爐溫升至620℃。在升溫過程中，先進(jìn)行第一次抽真空，時(shí)間為25～30秒，使?fàn)t內(nèi)壓力降到-0.06mpa，然后向爐內(nèi)充入氮?dú)?，時(shí)間為25～30秒，使?fàn)t內(nèi)壓力上升到0.01mpa，在此壓力下保持15分鐘，接著進(jìn)行第二次抽真空，時(shí)間為25～30秒，使?fàn)t內(nèi)壓力降到-0.06mpa，然后向爐內(nèi)充入氮?dú)?，時(shí)間為25～30秒，使?fàn)t內(nèi)壓力上升到0.01mpa。進(jìn)行這樣的操作后，可用氮?dú)鈱⒂凸芑蛱坠軆?nèi)外表面微孔內(nèi)的空氣徹底驅(qū)趕置換出來，以免空氣中的有害成分給實(shí)施本發(fā)明的方法造成不良影響。氮?dú)馐嵌栊詺怏w，不會(huì)給實(shí)施本發(fā)明的方法造成不良影響。
接著，在620℃和氮?dú)猸h(huán)境下，保持120分鐘。這樣，可使油管或套管材料組織內(nèi)外溫度均勻，全部達(dá)到620℃，有益于實(shí)施本發(fā)明的方法。
然后在620℃的爐內(nèi)溫度下進(jìn)行滲氮操作。
在滲氮操作過程中，首先向爐內(nèi)充入氨氣，與此同時(shí)向爐內(nèi)滴入催化劑懸浮液，時(shí)間為70秒，爐內(nèi)壓力為0.01mpa。滴入的催化劑懸浮液由甲酰胺、乙醇、碘和稀土金屬組成。甲酰胺與乙醇+碘+稀土金屬重量比為3∶1。碘占乙醇和碘及稀土金屬總重量的1％，稀土占乙醇和碘及稀土金屬總重量的0.6％。稀土金屬為鑭系混合稀土金屬，其中鑭系稀土金屬占鑭系混合稀土金屬總重量的45.48％，其他為雜質(zhì)。鑭系稀土金屬的重量組成為26.29％的La2O3，50.83％的CeO2，5.15％的Pr6O11，15.12％的NdO3，2.61％的Eu2O3。滴入爐內(nèi)的催化劑懸浮液的量為每小時(shí)500ml。
然后保持爐內(nèi)0.01mpa的壓力時(shí)間為25秒。
接著抽爐內(nèi)真空，時(shí)間為25～30，使?fàn)t內(nèi)壓力降至-0.06mpa。
反復(fù)進(jìn)行上述操作，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)120分鐘。
所以進(jìn)行上述反復(fù)操作，是為了對(duì)油管或套管多次滲氮，使?jié)B氮層深，滲氮層組織致密均勻。
最后向爐內(nèi)充入氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)壓力升到0.01mpa。此時(shí)，從爐內(nèi)取出已用本發(fā)明處理方法處理過的油管或套管，在空氣中冷卻至常溫。
采用本發(fā)明抗腐蝕處理方法所得到的經(jīng)抗腐蝕處理的油管或套管，在包括螺紋在內(nèi)的油管或套管內(nèi)外壁表面上形成了抗腐蝕氮化層，該氮化層由內(nèi)部黑白相混的部分和最外表面的白亮部分組成，內(nèi)部黑白相混的部分其組織為Fe2-3N，F(xiàn)e4N和殘余奧氏體及馬氏體，最外表面的白亮部分為白亮層，由Fe2-3N和Fe4N組成。


圖1和圖2為采用本發(fā)明的方法進(jìn)行抗腐蝕處理的油管和套管的金相組織的經(jīng)放大400倍后的照片復(fù)印圖。圖1表示出油管內(nèi)壁的金相組織。圖2表示出套管外壁的金相組織。圖1和圖2所示的全部為黑的部分為油管和套管的基體組織，即未滲氮組織，其為鐵素體加珠光體；內(nèi)部黑白相混的部分和最外表面的白亮部分為滲氮層，內(nèi)部黑白相混的部分其組織為Fe2-3N，F(xiàn)e4N和殘余奧氏體及馬氏體；最外表面的白亮部分為白亮層，由Fe2-3N和Fe4N組成。圖1所示的油管內(nèi)壁的金相組織的滲氮層的厚度為0.16mm，白亮層的厚度為24/wm。圖2所示的套管外壁的金相組織的滲氮層的厚度為0.10mm，白亮層的厚度為16Mm。中國(guó)石油天然氣公司管材研究所采用美國(guó)EGG公司生產(chǎn)的273A恒電儀、K0047標(biāo)準(zhǔn)電解池，對(duì)采用本發(fā)明的方法進(jìn)行抗腐蝕處理后的油管和套管進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)論為經(jīng)抗蝕氮化處理的油管和套管的自腐蝕電位沒有改變，但陽(yáng)極極化阻抗Ba有很大差異，有氮化層時(shí)陽(yáng)極極化阻抗是無(wú)氮化層的兩倍多，從而使電化學(xué)腐蝕反映過程阻力增大，腐蝕電流密度降低。
正是由于采用了本發(fā)明的抗腐蝕處理方法對(duì)油管和套管進(jìn)行抗腐蝕處理，使處理后的油管和套管的整個(gè)表面形成了具有白亮層的氮化層，改善了抗電化學(xué)腐蝕的能力，從而，在惡劣的油井環(huán)境下，進(jìn)一步提高了油管和套管的抗腐蝕性能，從根本上解決了油管和套管的抗腐蝕問題。
權(quán)利要求
1.一種油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管，其基本組織為鐵素體亮部分組成，內(nèi)部黑白相混的部分其組織為Fe2-N，F(xiàn)e4N和殘余奧氏體及馬氏體，最外表面的白亮部分為白亮層，由Fe2-3N和Fe4N組成。
2.按照權(quán)利要求1所述的油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管，其特征在于，所說的氮化層的厚度為0.10mm至0.16mm，所說的白亮層的厚度為16Mn至24/wm。
3.一種油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管的抗腐蝕處理方法，其特征在于，按順序包括下列步驟①.將要處理的基本組織為鐵素體加珠光體的油管或套管裝入電熱井式氮化爐內(nèi)，爐內(nèi)溫度控制在440～460℃之間。②.將爐溫升至620℃，在升溫過程中，進(jìn)行第一次抽真空和隨后的充氮?dú)獠僮鳎?5分鐘后，進(jìn)行第二次抽真空和隨后的充氮?dú)獠僮?；?在620℃和氮?dú)猸h(huán)境下保溫120分鐘；④.在620℃下充氨氣同時(shí)滴入由甲酰胺、乙醇、碘和稀土金屬組成的催化劑懸浮液，保壓一定時(shí)間，然后抽真空，反復(fù)進(jìn)行該操作，時(shí)間持續(xù)120分鐘；⑤.在620℃下充入氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到0.01mpa，并在此壓力下將處理過的油管或套管出爐，進(jìn)行空氣冷卻到常溫。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟②中，所說的第一次和第二次抽真空的時(shí)間都為25～30秒，使?fàn)t內(nèi)壓力降到-0.06mpa，所說的隨后的充氮?dú)鈺r(shí)間為25～30秒，使?fàn)t內(nèi)壓力升到0.01mpa。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟④中，所說的充氮?dú)馔瑫r(shí)滴入所說的催化劑的時(shí)間為70秒，所說的保壓時(shí)間為25秒，所說的抽真空使?fàn)t內(nèi)壓力降到-0.06mpa。
6.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟④中所說的滴入催化劑的重量配比為甲醛∶胺乙醇+碘+稀土金屬＝3∶1。
7.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟④中，所說的碘占所說的乙醇、碘及稀土金屬的總重量的1％，所說的稀土金屬占所說的乙醇和碘及稀土金屬的總重量的0.6％，在步驟④中，所說的滴入催化劑的重量配比為甲醛∶胺乙醇+碘+稀土金屬＝3∶1。
8.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟④中，所說的碘占所說的乙醇、碘及稀土金屬的總重量的1％，所說的稀土金屬占所說的乙醇和碘及稀土金屬的總重量的0.6％。
9.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟④中，所說的催化劑的滴入量為每小時(shí)500ml。
10.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟④中，所說的稀土金屬為鑭系混合稀土金屬，其中鑭系稀土金屬占鑭系混合稀土金屬總重量的45.48％，其他為雜質(zhì)，鑭系稀土金屬的重量組成為26.29％的La2O3，50.83％的CeO2，5.15％的Pr6O11，15.12％的NdO3，2.61％的Eu2O3。
全文摘要
一種油田采油或注液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管，其基本組織為鐵素體加珠光體，在包括連接螺紋在內(nèi)的油管或套管內(nèi)外壁表面上形成抗腐蝕氮化層，其特征在于，所說的氮化層由內(nèi)部黑白相混的部分和最外表面的白亮部分組成，內(nèi)部黑白相混的部分其組織為F
文檔編號(hào)F16L58/04GK1438354SQ03119549
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者周偉, 王建平, 梁龍旭, 蒲寶林 申請(qǐng)人:梁龍旭, 蒲寶林, 王建平