抗CO₂腐蚀油套管及其生产方法

专利名称：抗CO₂腐蚀油套管及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种石油机械设备，特别是涉及一种油套管及其生产方法。
背景技术：
近些年来，国内外各大油气田在油气田开采过程中都遇到了 CO2腐蚀问题。这不 仅严重影响到油气的产量，还经常造成各种安全事故，妨碍油气田的正常生产，造成巨大的 经济损失。目前国内外现有技术主要有抗CO2腐蚀性材料技术和表面处理技术。前者通 过在钢材中加入抗CO2腐蚀的合金元素来达到抗腐蚀的目的，这些钢材主要是一系列高含 Cr (13%，22 25%)的不锈钢。其优点是由于合金元素的添加，材质本身防腐，有效期内无 需其他配套设施且对井下作业无影响，但其价格昂贵，最便宜的也接近普通钢材的10倍， 经济性差。表面处理技术常用的是在油套管内表面涂覆有机防腐材料，该法存在涂层硬度 低、耐磨防腐性较差、涂层易剥落，使用寿命短等缺陷。另外，也有专利公开了渗氮处理可以 使油套管防腐耐磨，实际上渗氮处理仅仅提高表面硬度只可增强其耐磨性，对抗腐蚀性没 有太大有益效果，同时渗氮处理需要在高温环境下进行，会对基体材质力学性能造成破坏。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够经济有效抗CO2腐蚀，表面致密光滑、耐 磨防腐，结垢、结蜡几率低油套管及其生产方法。本发明抗CO2腐蚀油套管，包括管状基体，所述管状基体的两端设有连接段，其中 所述管状基体的内、外表面上覆有钨基非晶态合金层。本发明抗CO2腐蚀油套管，其中所述连接段为外螺纹部分。本发明抗CO2腐蚀油套管，其中所述钨基非晶态合金层的厚度为20 80 μ m。本发明抗CO2腐蚀油套管，其中所述钨基非晶态合金层所包含成分的质量百分比 为钨10% 55%，镍15% 65%，铁10% 15%，钴6% 12%，其余为磷及杂质。本发明抗CO2腐蚀油套管，其中所述钨基非晶态合金层为长程无序、短程有序的结 构。本发明抗CO2腐蚀油套管的生产方法，按照如下步骤进行(1)加工出油套管管状基体，在其两端加工出外螺纹部分；(2)对管状基体进行除油、除锈处理；(3)采用硝酸钠活化工艺对经过上述处理的管状基体进行活化处理；(4)将活化处理后的管状基体经去离子水漂洗后浸入电沉积槽中，采用电沉积的 方法使管状基体包覆一层钨基非晶态合金。本发明抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其中所述步骤(4)中电沉积液的组份钨酸 钠18 155g/L，硫酸镍30 140g/L,次亚磷酸钠35 210g/L,柠檬酸60 90g/L ；电流 密度10 220mA/cm3 ；PH值7. 5 9 ；温度40 80°C ；电沉积时间为2 4h。本发明抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其中所述步骤(2)中对管状基体采用电解除油处理，在50 80°C的除油液中通入5 lOA/cm3的电流，并保温5 8min ；除油液的 成分为0. 7 1. 2mol/L 的 NaOH,0. 3 0. 5mol/L 的 Na2C03、0. 08 0. 25mol/L 的 Na2SiO30本发明抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其中所述步骤(2)中对除油处理后的管状 基体使用去离子水清洗去除除油液，然后采用压缩空气喷砂方法对管状基体进行除锈处 理，砂子粒径20 40目。本发明抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其中还包括步骤(5)将电沉积处理后的管 状基体在150°C 700°C下保温0. 5 2小时进行热处理。本发明抗CO2腐蚀油套管及其生产方法与现有技术不同之处在于本发明抗CO2腐 蚀油套管及其生产方法在不改变油套管基体力学性能的基础上，通过电沉积的方法在油套 管基体内外表面包覆一层钨基非晶态合金层。由于钨基非晶态合金具有长程无序，短程有 序的结构，结构致密，各向同性，没有晶界和位错，因而合金层具有显微硬度高、耐磨性好、 耐酸碱腐蚀，且与油套管基体结合力好等优点，具有非常优异的抗H2S、C02、Cl—等的腐蚀能 力，较其他油套管更适应现场作业施工。另外，由于只是在普通材料的油套管表面进行抗腐 蚀处理，成本增加很少，低于采用高含Cr的不锈钢材质制作的油套管，经济性非常好。下面结合附图对本发明的抗CO2腐蚀油套管及其生产方法作进一步说明。


图1为本发明抗CO2腐蚀油套管的主视图。
具体实施例方式实施例1按照下列步骤生产本发明抗CO2腐蚀油套管(1)采用API常用油套管用钢J55加工出油套管管状基体，在其两端加工出外螺纹 部分。(2)对管状基体进行电解除油处理，在50°C的除油液中通入8A/cm3的电流，并保 温 8min,除油液的成分为0. 7mol/L 的 NaOH,0. 4mol/L 的 Na2C03、0. 25mol/L 的 Na2SiO3 ；对 除油处理后的管状基体使用去离子水清洗去除除油液，然后采用压缩空气喷砂方法对管状 基体进行除锈处理，砂子粒径20目。(3)采用硝酸钠活化工艺对经过上述处理的管状基体进行活化处理，使管状基体 表面露出新鲜金属层，从而提高电沉积层与基体结合力。(4)将活化处理后的管状基体经去离子水漂洗后浸入电沉积槽中，采用电沉积的 方法使管状基体包覆一层钨基非晶态合金，电沉积液的组份钨酸钠18g/L，硫酸镍140g/ L，次亚磷酸钠150g/L,柠檬酸90g/L ；电流密度:10mA/cm3 ；PH值7. 5 ；温度:80°C ；电沉积 时间为2h。(5)将电沉积处理后的管状基体在150°C下保温2小时进行热处理。得到的油套管如图1所示，包括管状基体1，管状基体1的两端加工有外螺纹部分 3作为连接段，管状基体1的内、外表面上覆有钨基非晶态合金层2，钨基非晶态合金层2的 厚度为20 μ m。钨基非晶态合金层2所包含成分的质量百分比为鹤10%，镍65%，铁10%， 钴6%，其余为磷及杂质，钨基非晶态合金层2为长程无序、短程有序的结构。
实施例2按照下列步骤生产本发明抗CO2腐蚀油套管(1)采用API常用油套管用钢N80加工出油套管管状基体，在其两端加工出外螺纹 部分。(2)对管状基体进行电解除油处理，在70°C的除油液中通入lOA/cm3的电流，并保 温 7min,除油液的成分为1. Omol/L 的 NaOH,0. 3mol/L 的 Na2C03、0. 08mol/L 的 Na2SiO3 ；对 除油处理后的管状基体使用去离子水清洗去除除油液，然后采用压缩空气喷砂方法对管状 基体进行除锈处理，砂子粒径40目。(3)采用硝酸钠活化工艺对经过上述处理的管状基体进行活化处理，使管状基体 表面露出新鲜金属层，从而提高电沉积层与基体结合力。(4)将活化处理后的管状基体经去离子水漂洗后浸入电沉积槽中，采用电沉积的 方法使管状基体包覆一层钨基非晶态合金，电沉积液的组份钨酸钠155g/L，硫酸镍30g/ L，次亚磷酸钠35g/L，柠檬酸60g/L ；电流密度:150mA/cm3 ；PH值9 ；温度:60°C ；电沉积时 间为3h。(5)将电沉积处理后的管状基体在700°C下保温0. 5小时进行热处理。得到的油套管包括管状基体，管状基体的两端加工有外螺纹部分作为连接段，管 状基体的内、外表面上覆有钨基非晶态合金层，钨基非晶态合金层的厚度为60μπι。钨基非 晶态合金层所包含成分的质量百分比为鹤55%，镍15%，铁15%，钴10%，其余为磷及杂 质，钨基非晶态合金层为长程无序、短程有序的结构。实施例3按照下列步骤生产本发明抗CO2腐蚀油套管(1)采用API常用油套管用钢PllO加工出油套管管状基体，在其两端加工出外螺 纹部分。(2)对管状基体进行电解除油处理，在80°C的除油液中通入5A/cm3的电流，并保 温 5min,除油液的成分为1. 2mol/L 的 NaOH,0. 5mol/L 的 Na2C03、0. 18mol/L 的 Na2SiO3 ；对 除油处理后的管状基体使用去离子水清洗去除除油液，然后采用压缩空气喷砂方法对管状 基体进行除锈处理，砂子粒径30目。(3)采用硝酸钠活化工艺对经过上述处理的管状基体进行活化处理，使管状基体 表面露出新鲜金属层，从而提高电沉积层与基体结合力。(4)将活化处理后的管状基体经去离子水漂洗后浸入电沉积槽中，采用电沉积的 方法使管状基体包覆一层钨基非晶态合金，电沉积液的组份钨酸钠100g/L，硫酸镍90g/ L，次亚磷酸钠150g/L，柠檬酸70g/L ；电流密度220mA/cm3 ；PH值8 ；温度40°C;电沉积时 间为4h。(5)将电沉积处理后的管状基体在500°C下保温1小时进行热处理。得到的油套管包括管状基体，管状基体的两端加工有外螺纹部分作为连接段，管 状基体的内、外表面上覆有钨基非晶态合金层，钨基非晶态合金层的厚度为80μπι。钨基非 晶态合金层所包含成分的质量百分比为钨30%，镍45%，铁10%，钴12%，其余为磷及杂 质，钨基非晶态合金层为长程无序、短程有序的结构。在实验室环境下，矿化度41670mg/L，温度60°C，流速lm/s，试验周期3d，分别对上述实施例中的油套管和未经电沉积钨合金处理的油套管小样进行了 10% CO2和饱和CO2
的抗腐蚀对比试验，结果如下
样品10% CO2腐蚀速率(mm/a)饱和CO2腐蚀速率(mm/a)未处理0. 25501. 7124实施例10.08690. 1045实施例20.06070. 1187实施例30. 07160. 1209从以上实验结果可以发现通过本专利方法生产的油套管的抗CO2腐蚀性能得到了 很大的提升。分别对上述实施例当中经过处理的油套管进行力学性能检测，结果如下
样品屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)标准要求实测值标准要求实测值实施例1379-552510>517569实施例2552-758698>689753实施例3758-965880>862965从以上检测结果可以发现通过本专利方法生产的油套管的力学性能并没有降低， 完全符合API的要求。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种抗CO2腐蚀油套管，包括管状基体(1)，所述管状基体(1)的两端设有连接段， 其特征在于所述管状基体(1)的内、外表面上覆有钨基非晶态合金层(2)。
2.根据权利要求1所述的抗CO2腐蚀油套管，其特征在于所述连接段为外螺纹部分⑶。
3.根据权利要求2所述的抗CO2腐蚀油套管，其特征在于所述钨基非晶态合金层(2) 的厚度为20 80μπι。
4.根据权利要求3所述的抗CO2腐蚀油套管，其特征在于所述钨基非晶态合金层(2) 所包含成分的质量百分比为钨10% 55%，镍15% 65%，铁10% 15%，钴6% 12%，其余为磷及杂质。
5.根据权利要求4所述的抗CO2腐蚀油套管，其特征在于所述钨基非晶态合金层(2) 为长程无序、短程有序的结构。
6.一种抗CO2腐蚀油套管的生产方法，按照如下步骤进行(1)加工出油套管管状基体，在其两端加工出外螺纹部分；(2)对管状基体进行除油、除锈处理；(3)采用硝酸钠活化工艺对经过上述处理的管状基体进行活化处理；(4)将活化处理后的管状基体经去离子水漂洗后浸入电沉积槽中，采用电沉积的方法 使管状基体包覆一层钨基非晶态合金。
7.根据权利要求6所述的抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其特征在于所述步骤(4)中 电沉积液的组份钨酸钠18 155g/L，硫酸镍30 140g/L，次亚磷酸钠35 210g/L，柠 檬酸60 90g/L ；电流密度10 220mA/cm3 ；PH值7. 5 9 ；温度40 80°C ；电沉积时 间为2 4h。
8.根据权利要求7所述的抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其特征在于所述步骤(2)中 对管状基体采用电解除油处理，在50 80°C的除油液中通入5 lOA/cm3的电流，并保温 5 8min ；除油液的成分为0. 7 1. 2mol/L 的 NaOH,0. 3 0. 5mol/L 的 Na2C03、0. 08 0. 25mol/L 的 Na2Si03。
9.根据权利要求8所述的抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其特征在于所述步骤(2)中 对除油处理后的管状基体使用去离子水清洗去除除油液，然后采用压缩空气喷砂方法对管 状基体进行除锈处理，砂子粒径20 40目。
10.根据权利要求6至9所述之一的抗CO2腐蚀油套管的生产方法，其特征在于还包 括步骤(5)将电沉积处理后的管状基体在150°C 700°C下保温0. 5 2小时进行热处理。
全文摘要
本发明抗CO2腐蚀油套管及其生产方法涉及一种石油机械设备及其生产方法。其目的是为了提供一种能够经济有效抗CO2腐蚀，表面致密光滑、耐磨防腐，结垢、结蜡几率低油套管及其生产方法。本发明抗CO2腐蚀油套管的生产方法包括以下几个步骤(1)加工出油套管管状基体，在其两端加工出外螺纹部分；(2)对管状基体进行除油、除锈处理；(3)采用硝酸钠活化工艺对经过上述处理的管状基体进行活化处理；(4)将活化处理后的管状基体经去离子水漂洗后浸入电沉积槽中，采用电沉积的方法使管状基体包覆一层钨基非晶态合金。
文档编号E21B17/00GK102003148SQ20101028466
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者高海军 申请人:北京百利时能源技术有限责任公司