CN112901086A - 一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆及其制造工艺，一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，包括铝合金钻杆管体，所述铝合金钻杆管体的内表面和外表面分别涂覆有耐冲蚀材料层，所述耐冲蚀材料层为含钨、磷和硅的镍基合金；按质量分数计，所述耐冲蚀材料层中钨含量为4％～8％、磷含量为6％～10％、硅含量为7％～10％、其余为镍。本发明能够有效提高钻杆管体表面的耐冲蚀性能，降低钻杆冲蚀损伤风险，提高铝合金钻杆的使用寿命。

Description

一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆及其制造工艺
技术领域
本发明涉及油气勘探开发过程中使用的铝合金钻杆技术领域，具体涉及一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆及其制造工艺。
背景技术
在石油、天然气以及地质、地热钻井作业中，铝合金钻杆由于质量轻，强度高，弹性模量低，在超深井、大位移井以及固井、修井作业中得到广泛应用，尤其是可以显著降低钻柱重量，实现小钻机打深井的功能，显著降低生产成本。然而，铝合金钻杆由于材料硬度低，通常只有HB200左右，因此，其耐磨、耐冲蚀的能力低。在钻杆内和钻杆与井壁间的环空间，高速流动的钻井液中所含的固相颗粒，很容易对钻杆管耐体造成冲蚀或麿损。
针对铝合金钻杆的磨损问题，目前通过在钻杆接头上焊接耐磨带或钻杆管体中间加厚部分增加耐磨构件，可有效缓解铝合金钻杆外表面的磨损问题，但钻杆内壁的冲蚀和钻杆外表面冲蚀问题没有得到有效的解决。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆及其制造工艺，能够有效提高钻杆管体表面的耐冲蚀性能，降低钻杆冲蚀损伤风险，提高铝合金钻杆的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，包括铝合金钻杆管体，所述铝合金钻杆管体的内表面和外表面分别涂覆有耐冲蚀材料层，所述耐冲蚀材料层为含钨、磷和硅的镍基合金；
按质量分数计，所述耐冲蚀材料层中钨含量为4％～8％、磷含量为6％～10％、硅含量为7％～10％、其余为镍。
进一步地，所述耐冲蚀材料层的厚度为40um～80um。
进一步地，所述耐冲蚀材料层的硬度大于HV0.1700。
进一步地，所述耐冲蚀材料层与所述铝合金钻杆管体的内表面和外表面之间的结合强度大于300MPa。
进一步地，所述耐冲蚀材料层采用落砂法的冲蚀磨损率大于10L/um。
进一步地，所述铝合金钻杆管体的一端连接有第一钻杆接头，另一端连接有第二钻杆接头，所述第一钻杆接头为外螺纹接头，所述第二钻杆接头为内螺纹接头。
一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，采用电镀的方式将所述耐冲蚀材料层复合在所述铝合金钻杆管体的内表面和外表面。
进一步地，所述耐冲蚀材料层的电镀温度为70～90℃。
进一步地，所述铝合金钻杆管体的内表面和外表面电镀所述耐冲蚀材料层后，整体加热到220℃～250℃，保温2h。
进一步地，所述铝合金钻杆管体的内表面和外表面电镀所述耐冲蚀材料层后，将所述铝合金钻杆管体的一端与所述第一钻杆接头连接，另一端与所述第二钻杆接头连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，通过在铝合金钻杆管体的内表面和外表面进行表面处理，在铝合金钻杆管体的内表面和外表面分别涂覆形成一层具有一定厚度和硬度的致密的含钨、磷和硅的镍基合金耐冲蚀材料层，耐冲蚀材料层中钨含量为4％～8％、磷含量为6％～10％、硅含量为7％～10％、其余为镍，能够有效提高铝合金钻杆在使用过程中的耐冲蚀性能，提高铝合金钻杆的安全可靠性和使用寿命。
进一步地，耐冲蚀材料层的厚度为40um～80um，该厚度充分考虑了镀层的结合力和耐冲蚀能力的合理匹配，耐冲蚀材料层的厚度过薄，耐冲蚀能力弱，而耐冲蚀材料层厚度过厚，则耐冲蚀材料层易裂，导致与基体剥落的风险增加。
进一步地，由于硅元素的添加，使耐冲蚀材料层的硬度大于HV0.1700，防冲蚀能力得到显著的成倍提高。
进一步地，耐冲蚀材料层与铝合金钻杆管体的内表面和外表面之间的结合强度大于300MPa，耐冲蚀材料层与铝合金钻杆基体的结合强度是越强越好，但结合强度越高，其工艺和工序上更复杂，生产成本更高；若低于这个强度，镀层在使用中有剥落的风险。
进一步地，耐冲蚀材料层采用落砂法的冲蚀磨损率大于10L/um，该冲蚀磨损率远高于现有有机涂层标准的10L/um，具有更优的耐冲蚀性能。
本发明一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，采用电镀的方式将耐冲蚀材料层复合在铝合金钻杆管体的内表面和外表面，耐冲蚀材料层的电镀温度为70～90℃，铝合金钻杆管体的内表面和外表面电镀耐冲蚀材料层后，整体加热到220℃～250℃，保温2h，有效去除电镀过程中渗入镀层和基体表面层的氢，使氢从管体中逸出，从而预防管体氢损伤，使管体性能在电镀后无不利影响。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的结构示意图。
1-铝合金钻杆管体；2-耐冲蚀材料层；3-第一钻杆接头；4-第二钻杆接头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，包括铝合金钻杆管体1，铝合金钻杆管体1的一端通过螺纹连接有第一钻杆接头3，另一端通过螺纹连接有第二钻杆接头4，第一钻杆接头3为外螺纹接头，第二钻杆接头4为内螺纹接头，本发明中，第一钻杆接头3和第二钻杆接头4为碳钢材质。
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面分别涂覆有耐冲蚀材料层2，耐冲蚀材料层2为含钨、磷和硅的镍基合金。
按质量分数计，耐冲蚀材料层2中钨含量为4％～8％、磷含量为6％～10％、硅含量为7％～10％、其余为镍。
耐冲蚀材料层2的厚度为40um～80um。
耐冲蚀材料层2的硬度大于HV0.1700。
耐冲蚀材料层2与铝合金钻杆管体1的内表面和外表面之间的结合强度大于300MPa。
耐冲蚀材料层2采用落砂法的冲蚀磨损率大于10L/um。
本发明一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺为：
采用电镀的方式将耐冲蚀材料层2复合在铝合金钻杆管体1的内表面和外表面，耐冲蚀材料层2的电镀温度为70～90℃；
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面电镀耐冲蚀材料层2后，整体加热到220℃～250℃，保温2h；
最后将铝合金钻杆管体1的一端与第一钻杆接头3通过螺纹连接，另一端与第二钻杆接头4通过螺纹连接，第一钻杆接头3为外螺纹接头，第二钻杆接头4为内螺纹接头，如图1所示，最终装配得到一支完整的耐冲蚀的复合铝合金钻杆。
下面结合具体实施例对本发明做更加详细的解释说明。
实施例1：
一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，包括铝合金钻杆管体1，铝合金钻杆管体1的一端通过螺纹连接有第一钻杆接头3，另一端通过螺纹连接有第二钻杆接头4，第一钻杆接头3为外螺纹接头，第二钻杆接头4为内螺纹接头，本发明中，第一钻杆接头3和第二钻杆接头4为碳钢材质。
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面分别涂覆有耐冲蚀材料层2，耐冲蚀材料层2为含钨、磷和硅的镍基合金。
按质量分数计，耐冲蚀材料层2中钨含量为6％、磷含量为8％、硅含量为9％、其余为镍。
耐冲蚀材料层2的厚度为60um。
耐冲蚀材料层2的电镀温度为85℃；
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面电镀耐冲蚀材料层2后，整体加热到240℃，保温2h；
经检测，采用上述工艺后的耐冲蚀材料层2的硬度为HV0.1780。
耐冲蚀材料层2与铝合金钻杆管体1的内表面和外表面之间的结合强度为328MPa。
耐冲蚀材料层2采用落砂法的冲蚀磨损率为16L/um。
最后将铝合金钻杆管体1的一端与第一钻杆接头3通过螺纹连接，另一端与第二钻杆接头4通过螺纹连接，第一钻杆接头3为外螺纹接头，第二钻杆接头4为内螺纹接头，如图1所示，最终装配得到一支完整的耐冲蚀的复合铝合金钻杆。
实施例2：
本实施例一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，与实施例1的区别之处如下：
按质量分数计，耐冲蚀材料层2中钨含量为4％、磷含量为10％、硅含量为8％、其余为镍。
耐冲蚀材料层2的厚度为40um。
耐冲蚀材料层2的电镀温度为90℃；
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面电镀耐冲蚀材料层2后，整体加热到220℃，保温2h；
经检测，采用上述工艺后的耐冲蚀材料层2的硬度为HV0.1700。
耐冲蚀材料层2与铝合金钻杆管体1的内表面和外表面之间的结合强度为312MPa。
耐冲蚀材料层2采用落砂法的冲蚀磨损率为10.5L/um。
本实施例耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，与实施例1的区别之处如下：
耐冲蚀材料层2中钨含量和硅含量低，耐冲蚀材料层2的硬度偏低，耐冲蚀磨损率更低。
实施例3：
本实施例一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，与实施例1的区别之处如下：
按质量分数计，耐冲蚀材料层2中钨含量为8％、磷含量为6％、硅含量为7％、其余为镍。
耐冲蚀材料层2的厚度为80um。
耐冲蚀材料层2的电镀温度为70℃；
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面电镀耐冲蚀材料层2后，整体加热到250℃，保温2h；
经检测，采用上述工艺后的耐冲蚀材料层2的硬度为HV0.1730。
耐冲蚀材料层2与铝合金钻杆管体1的内表面和外表面之间的结合强度为302MPa。
耐冲蚀材料层2采用落砂法的冲蚀磨损率为15L/um。
最后将铝合金钻杆管体1的一端与第一钻杆接头3通过螺纹连接，另一端与第二钻杆接头4通过螺纹连接，第一钻杆接头3为外螺纹接头，第二钻杆接头4为内螺纹接头，如图1所示，最终装配得到一支完整的耐冲蚀的复合铝合金钻杆。
本实施例耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，与实施例1的区别之处如下：
采用电镀的温度较低，耐冲蚀材料层2复合在铝合金钻杆管体1的内表面和外表面的结合强度较低。
实施例4：
本实施例一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，与实施例1的区别之处如下：
按质量分数计，耐冲蚀材料层2中钨含量为4％、磷含量为6％、硅含量为10％、其余为镍。
耐冲蚀材料层2的厚度为40um。
耐冲蚀材料层2的电镀温度为70℃；
铝合金钻杆管体1的内表面和外表面电镀耐冲蚀材料层2后，整体加热到220℃，保温2h；
经检测，采用上述工艺后的耐冲蚀材料层2的硬度为HV0.1710。
耐冲蚀材料层2与铝合金钻杆管体1的内表面和外表面之间的结合强度为305MPa。
耐冲蚀材料层2采用落砂法的冲蚀磨损率为12L/um。
最后将铝合金钻杆管体1的一端与第一钻杆接头3通过螺纹连接，另一端与第二钻杆接头4通过螺纹连接，第一钻杆接头3为外螺纹接头，第二钻杆接头4为内螺纹接头，如图1所示，最终装配得到一支完整的耐冲蚀的复合铝合金钻杆。
本实施例耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，与实施例1的区别之处如下：
采用电镀的温度较低，耐冲蚀材料层2复合在铝合金钻杆管体1的内表面和外表面的结合强度较低，耐冲蚀能力较低。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，其特征在于，包括铝合金钻杆管体(1)，所述铝合金钻杆管体(1)的内表面和外表面分别涂覆有耐冲蚀材料层(2)，所述耐冲蚀材料层(2)为含钨、磷和硅的镍基合金；
按质量分数计，所述耐冲蚀材料层(2)中钨含量为4％～8％、磷含量为6％～10％、硅含量为7％～10％、其余为镍。
2.根据权利要求1所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，其特征在于，所述耐冲蚀材料层(2)的厚度为40um～80um。
3.根据权利要求1所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，其特征在于，所述耐冲蚀材料层(2)的硬度大于HV0.1700。
4.根据权利要求1所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，其特征在于，所述耐冲蚀材料层(2)与所述铝合金钻杆管体(1)的内表面和外表面之间的结合强度大于300MPa。
5.根据权利要求1所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，其特征在于，所述耐冲蚀材料层(2)采用落砂法的冲蚀磨损率大于10L/um。
6.根据权利要求1所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆，其特征在于，所述铝合金钻杆管体(1)的一端连接有第一钻杆接头(3)，另一端连接有第二钻杆接头(4)，所述第一钻杆接头(3)为外螺纹接头，所述第二钻杆接头(4)为内螺纹接头。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，其特征在于，采用电镀的方式将所述耐冲蚀材料层(2)复合在所述铝合金钻杆管体(1)的内表面和外表面。
8.根据权利要求7所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，其特征在于，所述耐冲蚀材料层(2)的电镀温度为70～90℃。
9.根据权利要求7所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，其特征在于，所述铝合金钻杆管体(1)的内表面和外表面电镀所述耐冲蚀材料层(2)后，整体加热到220℃～250℃，保温2h。
10.根据权利要求7所述的一种耐冲蚀的复合铝合金钻杆的制造工艺，其特征在于，所述铝合金钻杆管体(1)的内表面和外表面电镀所述耐冲蚀材料层(2)后，将所述铝合金钻杆管体(1)的一端与所述第一钻杆接头(3)连接，另一端与所述第二钻杆接头(4)连接。
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