一种钛合金油井管接头的加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钛合金油井管接头的加工方法，属于金属材料表面改性技术领 域。
【背景技术】
[0002] 人类的生存和发展依赖于能源的保障，作为重要的基础能源之一，石油天然气在 关乎国计民生的诸多领域中发挥着重要作用。世界范围内对石油天然气需求量的不断增 力口，则需要开发越来越多的油气井。石油天然气开采的地域范围越来越广，深度越来越深； 开采地质环境越来越复杂化，开采条件越来越苛刻、严酷。油井管是油井的主要构件，其成 本约占油井开发、生产成本的20~30 %。腐蚀和磨损极易导致油井管失效，严重威胁油气井 的安全生产。为保证油气田安全、高效地开发和生产，最有效的办法是使用耐蚀合金管材， 但耐蚀合金含有价格昂贵的金属元素，大批量使用会增加生产成本。钛合金表面在大气或 者海水中会立即生成一层保护性钝化膜，使之处于钝化状态，具有优异的耐蚀性。此外，钛 合金比强度高，自重产生的应力较小，服役过程中可降低应力腐蚀倾向，已作为新型油井管 材料应用于油气开采。
[0003] 油气井内的油井管是通过使用管接头以螺纹进行连接的，管接头的性能关乎油井 结构的安全性和可靠性。鉴于管接头的服役环境特点，采用表面技术同时赋予其耐蚀抗磨 性能，满足服役要求，延长使用寿命，降低生产成本具有显著意义。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种钛合金油井管接头的加工方法，所获得的钛合金油井管接头 具有优异的耐蚀抗磨性。
[0005] 本发明提供了一种钛合金油井管接头的加工方法，包括以下步骤： (1)钛合金油井管接头预处理：将钛合金油井管接头表面除油后使用丙酮超声清洗， 并干燥； 2)将预处理好的钛合金油井管接头放入超声清洗器的不锈钢电解槽中，首先使钛合 金油井管与不锈钢电解槽绝缘，并通过夹具将钛合金油井管与直流脉冲电源的阳极连接， 再通过夹具将超声清洗器的不锈钢电解槽与直流脉冲电源的阴极连接；向超声清洗器的不 锈钢电解槽中倒入60?80 %容积的电解液； 所述电解液由无机盐和去离子水配制而成； (3) 接通超声清洗器的电源，使超声频率维持在20?60 kHz ;启动脉冲电源，频率为 800-1200 Hz，占空比为5?15 %，电流密度为40?80 mA/cm2;加工时间为5?15 min ; (4) 关闭超声清洗器的电源，关闭脉冲电源，将钛合金油井管接头从夹具上取下，使用 丙酮超声清洗，并干燥。
[0006] 进一步地，所述无机盐包括硅酸钠、六偏磷酸钠、偏铝酸钠、氟化钠、碳酸钠中的至 少两种。
[0007] 更进一步地，所述偏铝酸钠的浓度为2?12 g/L，碳酸钠的浓度为2?6 g/L，六 偏磷酸钠的浓度为8?20 g/L，氟化钠的浓度为4?8 g/L，硅酸钠的含量15?25 g/L。
[0008] 本发明提供一种优选的加工方法，包括以下步骤： (1) 钛合金油井管接头预处理：将钛合金油井管接头表面除油后使用丙酮超声清洗， 并干燥； (2) 将预处理好的钛合金油井管接头放入超声清洗器的不锈钢电解槽中，首先使钛合 金油井管与不锈钢电解槽绝缘，并通过夹具将钛合金油井管与直流脉冲电源的阳极连接， 再通过夹具将超声清洗器的不锈钢电解槽与直流脉冲电源的阴极连接；向超声清洗器的不 锈钢电解槽中倒入60?80 %容积的电解液； 所述电解液由无机盐和去离子水配制而成； (3) 接通超声清洗器的电源，使超声频率维持在40 kHz;启动脉冲电源，频率800 Hz， 占空比为10 %，电流密度为60 mA/cm2,加工时间为5?15 min ; (4) 关闭超声清洗器的电源，关闭脉冲电源，将钛合金油井管接头从夹具上取下，使用 丙酮超声清洗，并干燥。
[0009] 本发明属于金属材料表面改性技术领域，利用在弧光放电产生的瞬时高温高压作 用下，在钛合金表面生长出以钛氧化物为主，辅以电解液组分的陶瓷层。
[0010] 本发明的有益效果:液相介质中进行表面处理，不受工件尺寸和形状的限制，并且 易于实现批量生产；同时赋予钛合金表面良好的耐蚀性和抗磨性。通过设计合理的工艺步 骤处理钛合金油井管接头，处理后的钛合金油井管接头具有良好的耐蚀性和抗磨性。
【附图说明】
[0011] 图1为未处理钛合金油井管接头和处理时长5 min的钛合金油井管接头的开路 电位图； 图2为未处理钛合金油井管接头和处理时长10 min的钛合金油井管接头的开路电位 图； 图3为未处理钛合金油井管接头和处理时长15 min的钛合金油井管接头的开路电位 图； 图4为未处理钛合金油井管接头和处理时长5 min的钛合金油井管接头的极化曲线 图； 图5为未处理钛合金油井管接头和处理时长10 min的钛合金油井管接头的极化曲线 图； 图6为未处理钛合金油井管接头和处理时长15 min的钛合金油井管接头的极化曲线 图； 图7为未处理钛合金油井管接头和处理时长5 min的钛合金油井管接头的磨损失重 图； 图8为未处理钛合金油井管接头和处理时长10 min的钛合金油井管接头的磨损失重 图； 图9为未处理钛合金油井管接头和处理时长15 min的钛合金油井管接头的磨损失重 图； 图1中1一实施例1中时长5 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；2-实施 例2中时长5 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；3-实施例3中时长5 min处 理后的钛合金油井管接头的开路电位图；4 一未处理钛合金油井管接头的开路电位图； 图2中5-实施例1中时长10 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；6-实施 例2中时长10 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；7-实施例3中时长10 min 处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；8-未处理钛合金油井管接头的开路电位图； 图3中9一实施例1中时长15 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；10-实 施例2中时长15 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；11 一实施例3中时长15 min处理后的钛合金油井管接头的开路电位图；12-未处理钛合金油井管接头的开路电位 图； 图4中13-实施例1中时长5 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；14一实 施例2中时长5 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；15-实施例3中时长5 min 处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；16-未处理钛合金油井管接头的极化曲线图； 图5中17-实施例1中时长10 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；18- 实施例2中时长10 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；19一实施例3中时长 10 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；20-未处理钛合金油井管接头的极化曲 线图； 图6中21-实施例1中时长15 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；22- 实施例2中时长15 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；23-实施例3中时长 15 min处理后的钛合金油井管接头的极化曲线图；24-未处理钛合金油井管接头的极化曲 线图； 图7中25-未处理钛合金油井管接头的磨损失重；26-实施例1中时长5 min处理后 的钛合金油井管接头的磨损失重；27-实施例2中时长5 min处理后的钛合金油井管接头 的磨