一种油井管及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及石油、天然气开采领域，具体而言，涉及一种油井管及其制备方法。其中，该油井管，包括油井管基体，油井管基体的表面由内至外依次具有化合物层以及金属氧化层，化合物层与金属氧化层为油井管基体依次采用氮碳钇离子渗剂、离子活化渗剂、氧离子渗剂渗入所形成。本发明提供的油井管及其制备方法，与现有技术中的油井管相比，将非金属元素和微量金属元素渗入到油井管整体中在其内外壁形成防腐蚀层，这种方法能够经受住各种腐蚀性介质的腐蚀，质量稳定并且不会对环境造成污染。
【专利说明】一种油井管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油、天然气开采领域，具体而言，涉及一种油井管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在石油、天然气开采过程中，要使用大量油井管，油井管长期埋在井下，经受各种腐蚀性介质的腐蚀，油井中H2s、CO2, O2以及酸碱盐等介质对油井管的腐蚀破坏是非常严重的，因此，人们不断地研究油井管的腐蚀机理并采取相应的防腐蚀措施。
[0003]目前，提高油井管防腐蚀能力的方法主要有:1)金属镀层防腐法，如镀锌，镀铬等；2)非金属材料包敷防腐法，如涂焦油浙青，溶剂性涂料，粉末涂料等；3)金属和非金属元素的渗入法，如渗入铝，铬，硫，氮，硼等元素；4)电化学防腐法；5)防止微生物腐蚀法。这些方法均可提高输油管耐腐蚀性能，但无法较好的经受各种腐蚀性介质的腐蚀。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种油井管及其制备方法，以解决上述的问题。
[0005]一种油井管，包括油井管基体，所述油井管基体的表面由内至外依次具有化合物层以及金属氧化层，所述化合物层与金属氧化层为所述油井管基体依次采用氮碳钇离子渗齐?、离子活化渗剂、氧离子渗剂渗入所形成；
[0006]其中所述氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0310%_15%，K2C0310%-20%, NaC120%-25%, CO (NH2) 230%-40%, K2S03l%-3%, CeC03l%-3%, Li0H5%-10%,YCl30.03-1% ；
[0007]所述离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%_10%，Na2C0310%-20%,K2C0310%-20%, NaC120%-25%, CO (NH2) 230%-40%, K2S03l%-3%, CeC03l%-3%, Li0H5%-10%,KC13%-5% ；
[0008]所述氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0320%-30%，NaN0220%-30%,NaN0330%-40%，CeSO410%_20%。
[0009]本发明中，油井管基体表明经氮碳钇离子渗剂处理，氮碳钇离子渗剂中的离子在油井管表面形成预期厚度的渗层，该渗层由金属元素的氮碳化合物以及氮在铁中的固溶体组成，具有高耐蚀的特性。
[0010]之后，经活性离子渗剂进一步活化并向油井管基体方向扩散，再次完成扩散以及吸附过程，调整金属元素氮碳化合物的比例和增加复合渗层厚度，从而提高油井管的抗疲劳性能。
[0011]最后，通过氧离子渗剂渗入处理，残留于油井管表面的氮碳钇离子渗剂与氧离子渗剂反应、形成的渗层为一部分氧以间隙形式溶入化合物晶格中，另一部分氧在表面形成金属氧化层，从而进一步提高油井管的抗耐蚀性能。
[0012] 本发明通过将非金属元素和微量金属元素渗入进油井管基体的表面中，在油井管基体的表面形成化合物层以及金属氧化层，不仅极大地提高了油井管的耐蚀性，并且处理后的油井管还具有良好的力学性能，且性价比高，对环境没有污染。
[0013]本发明所用渗剂中有益活性离子稳定性好，随着可控离子渗入(PIP)处理的进行，活性离子浓度的下降呈现一定规律，通过化学分析检测手段对离子浓度进行分析，能定量调节渗剂中活性离子的浓度，同时通过改变渗入温度和渗入时间，可有效控制复合渗层中物相的比例，并得到预期的渗层厚度。
[0014]优选地，氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0310%_12%，K2CO310%-15%, NaC122%-25%, CO (NH2) 235%-40%, K2S031%_3%，CeC03l%-3%, Li0H8%-10%,YCl30.03-0.05%。
[0015]优选地，离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%_8%,Na2C0310%-15%, Kf0310%-15%，NaC120%-22%, CO (NH2) 230%_35%，K2S032%-3%, Ce⑶32%_3%，Li0H8%-10%, KC14%-5%。
[0016]优选地，氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0325%_28%，NaN0225%-28%, NaN0332%-38%, CeSO415%-18%?
[0017]优选地，本发明制备出的油井管具有以下性能优势:化合物层以及金属氧化层的厚度为:40-60 μ m,硬度为 550— 650Hv。
[0018]优选地，抗温能力明显，可长期在500°C以下使用。
[0019]本发明还提供了了一种所述油井管的制备方法，包括如下步骤:
[0020](A)预热:将油井 管进入空气加热炉预热，温度为300-450°C，时间20_40min;预热是为了烤干残留在油井管表面的水分，使油井管处理后外观更一致，不产生表面缺陷，同时预热对元素的渗入也有一定的催化作用；
[0021](B)氮碳钇离子渗入:经预热的油井管进入氮碳钇离子渗入炉经所述的氮碳钇离子渗剂渗入处理，温度为550-660°C，时间为30-120min ;在氮碳钇离子渗剂中的活性离子分解、扩散以及吸附过程中，在油井管基体表面形成预期厚度的渗层；该渗层由金属元素的氮碳化合物以及氮在铁中的固溶体组成，具有高耐蚀的特性；
[0022](C)离子活化:将氮碳钇离子渗入过的油井管进入离子活化炉，经所述的离子活化渗剂渗入处理，温度为450-550°C，时间为30-120min ;吸附于油井管基体表面的活性离子进一步活化并向油井管基体方向，再次完成扩散以及吸附过程，进一步调整氮碳化合物的比例及进一步增加渗层的厚度，从而提高油井管抗疲劳的性能；
[0023](D)氧离子渗入:经离子活化的油井管进入氧离子渗入炉经所述的氧离子渗剂渗入处理，温度为370-430°C，时间为15-30min ;残留于油井管表面的氮碳钇离子渗剂与氧离子渗入炉中的渗剂反应、形成的渗层为一部分氧以间隙形式溶入化合物晶格中，另一部分氧在表面形成金属氧化层；
[0024](E)后清洗:清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，烘干或自然干；
[0025](F)离子稳定化:油井管进入离子稳定化炉用盛装的离子稳定剂进行离子稳定化，温度为120-200°C，时间为20-50min，所述离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃80-93%、环烷烃5-15%、聚烯烃1-5%、元明粉0.2-1% ;离子稳定化的过程对之前工序的复合渗层进行稳定和提高渗层的致密度。
[0026](G)经离子稳定化的油井管进入盛装10-20#机油的油槽，浸油时间3-10min，进一步增加其耐蚀性。[0027]本发明的方法通过将非金属元素和微量金属元素渗入进油井管基体的表面，在油井管基体的表面形成化合物层和金属氧化层，使油井管基体的表面形成防腐耐磨层，不仅极大地提高了油井管的耐蚀性，并且处理后的油井管还具有良好的力学性能，且性价比高，而且由于在氧离子渗入时，表面残余的氰根等有害离子也同时被氧化，生成对环境无公害的碳酸盐物质，从而实现了保护环境的目的。
[0028]优选地，在步骤(A)之前还包括以下步骤:对油井管进行前清洗:清除油井管表面油污和表面锈迹，然后进行装卡:将油井管装入工装。
[0029]优选地，步骤(A)中，油井管进行预加热的温度为400_450°C，时间为30_35min。
[0030]优选地，步骤(B)中，油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理的温度为600-650°C，时间为 80-100min。
[0031]优选地，步骤(C)中，油井管经离子活化渗剂渗入处理的温度为500_550°C，时间为 80_100min。
[0032]优选地，步骤(D)中，油井管经氧离子渗剂渗入处理的温度为400_420°C，时间为20_25mino
[0033]本发明中，步骤(A)中采用空气加热炉预热能增强预热效果，步骤(B)中采用氮碳钇离子渗入炉进行渗入处理可以更好的控制温度以及时间，增强渗入处理的效果，步骤(C)中采用离子活化炉以更好的控制离子活化渗入处理的温度以及时间，步骤(D)中采用氧离子渗入炉可以更好的控制氧离子渗入处理的温度以及时间，使得最终得到的油井管具有更好的防腐性和优良的力学性能。
[0034]本发明实施例提供的油井管及其制备方法，与现有技术中的油井管相比，将非金属元素和微量金属元素渗入到油井管整体中在其内外壁形成防腐蚀层，这种方法能够经受住各种腐蚀性介质的腐蚀，质量稳定并且不会对环境造成污染。 【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1示出了本发明实施例的油井管结构剖视图；
[0036]图2示出了本发明实施例的油井管结构正视图；
[0037]图3示出了本发明实施例的油井管结构示意图；
[0038]附图标记:I化合物层，2金属氧化层。
【具体实施方式】
[0039]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0040]实施例1:
[0041]油井管的制备方法:
[0042](A)将材料为N80的油井管在温度为300°C的温度下进行预加热20min;
[0043](B)将上述加热后的油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理，操作温度为550°C，时间为30min ;其中氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0310%，K2C0320%,NaCl23%, CO (NH2) 240%，K2SO31%, CeC03l%, LiOH4%, YC131% ；
[0044](C)将上述步骤处理过的油井管经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为450°C，时间为30min ;离子活化渗剂按重 量百分比计包括以下组分:Na2S0410%，Na2C0310%，K2C0310%，NaCl20%, CO (NH2) 240%，K2SO31%, CeC03l%, Li0H5%, KCl3% ；
[0045](D)再将油井管经氧离子渗剂渗入处理并在油井管的表面上由内之外依次具有化合物层I以及金属氧化层2，操作温度为370°C，时间为15min ;氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0320%，NaN0220%, NaN0340%, CeS0420% ；
[0046](E)清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，烘干；
[0047](F)将油井管经离子稳定化处理，操作温度为120°C，时间为30min ;离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃80%、环烷烃15%、聚烯烃4%、元明粉1% ；
[0048](G)经离子稳定化的油井管进入盛装10#机油的油槽，浸油时间3min ；
[0049]经过上述方法制备出的油井管如图1-3所示，化合物层以及所述金属氧化层的厚度为35 μ m，硬度为500Hv，可长期在500°C以下使用，焊缝处理宽度为60mm。
[0050]实施例2:
[0051]油井管的制备方法:
[0052](A)对材料为N80的油井管进行前清洗:清除油井管表面油污和表面锈迹并装卡:将油井管装入工装；
[0053](B)将油井管在温度为450°C的温度下进行预加热40min;
[0054](C)将上述加热后的油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理，操作温度为660°C，时间为120min ;其中氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0315%，K2C0319%,NaCl20%, CO (NH2) 230%，K2S033%, CeC033%, Li0H9.97%, YCl30.03% ；
[0055](D)将上述步骤处理过的油井管经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为550°C，时间为120min ;离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%，Na2CO312%, K2C0312%,NaCl25%, CO (NH2) 230%，K2S033%, CeC033%, Li0H10%, KCl5% ；
[0056](E)再将油井管经氧离子渗剂渗入处理并在油井管的表面上由内之外依次具有化合物层I以及金属氧化层2，操作温度为430°C，时间为30min ;氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0330%，NaN0230%, NaN0330%, CeS0410% ；
[0057](F)清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，自然干；
[0058](G)将油井管经离子稳定化处理，操作温度为200°C，时间为50min ;离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃93%、环烷烃5%、聚烯烃1.8%、元明粉0.2% ；
[0059](H)经离子稳定化的油井管进入盛装20#机油的油槽，浸油时间9min ；
[0060]经过上述方法制备出的油井管如图1-3所示，化合物层以及所述金属氧化层的厚度为60 μ m，硬度为650Hv，可长期在500°C以下使用。
[0061]实施例3:
[0062]油井管的制备方法:
[0063](A)对材料为N80的油井管进行前清洗:清除油井管表面油污和表面锈迹并装卡:将油井管装入工装；
[0064](B)将油井管在温度为400°C的温度下进行预加热30min;
[0065](C)将上述加热后的油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理，操作温度为650°C，时间为80min ;其中氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0312%，K2C0315%,NaCl23%, CO (NH2) 235%，K2S033%, CeC033%, Li0H8.5%, YCl30.05% ；
[0066](D)将上述步骤处理过的油井管经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为500°C，时间为IOOmin ;离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S046%，Na2C0310%, K2CO311%,NaCl22%, CO (NH2) 235%，K2S032%, CeC032%, Li0H8%, KC14% ；
[0067](E)再将油井管经氧离子渗剂渗入处理并在油井管的表面上由内之外依次具有化合物层I以及金属氧化层2，操作温度为400°C，时间为20min ;氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0325%，NaN0225%, NaN0332%, CeS0418% ；
[0068](F)清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，自然干；
[0069](G)将油井管经离子稳定化处理，操作温度为150°C，时间为40min ;离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃93%、环烷烃5%、聚烯烃1%、元明粉1% ；
[0070](H)经离子稳定化的油井管进入盛装20#机油的油槽，浸油时间IOmin ；
[0071]经过上述方法制备出的油井管，化合物层以及所述金属氧化层的厚度为50 μ m，硬度为600Hv，可长期在500°C以下使用。
[0072]实施例4:
[0073]油井管的制备方法:
[0074](A)对材料为N80Q的油井管进行前清洗:清除油井管表面油污和表面锈迹并装卡:将油井管装入工装；
[0075](B)将油井管在温度为420°C的温度下进行预加热32min; [0076](C)将上述加热后的油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理，操作温度为600°C，时间为IOOmin ;其中氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0315%，K2C0310%,NaCl21%, CO (NH2) 239%，K2S033%, CeC033%, Li0H8%, YC131% ；
[0077](D)将上述步骤处理过的油井管经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为520°C，时间为80min ;离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%，Na2C0320%, K2C0315%,NaCl20%, CO (NH2) 230%，K2SO31%, CeCO31%, Li0H5%, KCl3% ；
[0078](E)再将油井管经氧离子渗剂渗入处理并在油井管的表面上由内之外依次具有化合物层I以及金属氧化层2，操作温度为420°C，时间为25min ;氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0328%，NaN0225%, NaN0332%, CeSO415% ；
[0079](F)清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，自然干；
[0080](G)将油井管经离子稳定化处理，操作温度为180°C，时间为40min ;离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃89%、环烷烃5%、聚烯烃5%、元明粉1% ；
[0081](H)经离子稳定化的油井管进入盛装20#机油的油槽，浸油时间8min ；
[0082]经过上述方法制备出的油井管，化合物层以及所述金属氧化层的厚度为40 μ m，硬度为580Hv，可长期在500°C以下使用。
[0083]实施例5
[0084]油井管的制备方法:
[0085](A)对材料为N80Q的油井管进行前清洗:清除油井管表面油污和表面锈迹并装卡:将油井管装入工装；
[0086](B)将油井管在温度为420°C的温度下进行预加热32min;
[0087](C)将上述加热后的油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理，操作温度为600°C，时间为IOOmin ;其中氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0312%，K2C0310%,NaCl25%, CO (NH2) 238%，K2S033%, CeC033%, Li0H8%, YC131% ；[0088](D)将上述步骤处理过的油井管经离子活化渗剂渗入处理，操作温度为520°C，时间为80min ;离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%，Na2CO315%, K2C0320%,NaCl20%, CO (NH2) 230%，K2SO31%, CeCO31%, Li0H5%, KCl3% ；
[0089](E)再将油井管经氧离子渗剂渗入处理并在油井管的表面上由内之外依次具有化合物层I以及金属氧化层2，操作温度为420°C，时间为25min ;氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0328%，NaN0220%, NaN0338%, CeS0414% ；
[0090](F)清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，自然干；
[0091](G)将油井管经离子稳定化处理，操作温度为120°C，时间为50min ;离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃89%、环烷烃5%、聚烯烃5%、元明粉1% ；
[0092](H)经离子稳定化的油井管进入盛装20#机油的油槽，浸油时间8min ；
[0093]经过上述方法制备出的油井管，化合物层以及所述金属氧化层的厚度为40 μ m，硬度为580Hv，，可长期在500°C以下使用。
[0094]实施例6:
[0095]分别取用本发明的实施例1-3的制备方法制备出的油井管进行抗硫化氢腐蚀试验。
[0096]检测标准采用《酸性油气田钻井用钻杆规范》，通过NACETM0177标准的A法试验(A溶液)，加载力为441.6N/mm2 (80%Rt0.5)，具体在试验温度24±3°C下经过720小时，具体试验结果见下表1。
[0097]表1测试结果
[0098]
【权利要求】
1.一种油井管，其特征在于，包括油井管基体，所述油井管基体的表面由内至外依次具有化合物层以及金属氧化层，所述化合物层与金属氧化层为所述油井管基体依次采用氮碳钇离子渗剂、离子活化渗剂、氧离子渗剂渗入所形成； 其中所述氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0310%-15%，K2C0310%-20%, NaC120%-25%, CO (NH2) 230%-40%, K2S03l%-3%, CeC03l%-3%, Li0H5%-10%,YCl30.03-1% ； 所述离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%-10%，Na2C0310%-20%,K2C0310%-20%, NaC120%-25%, CO (NH2) 230%-40%, K2S03l%-3%, CeC03l%-3%, Li0H5%-10%,KC13%-5% ； 所述氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0320%-30%，NaN0220%-30%,NaN0330%-40%，CeSO410%_20%。
2.根据权利要求1所述的油井管，其特征在于，所述氮碳钇离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0310%-12%，K2C0310%-15%, NaC122%-25%, CO (NH2) 235%_40%，K2S031%_3%，CeC03l%-3%, Li0H8%-10%, YCl30.03-0.05%。
3.根据权利要求1所述的油井管，其特征在于，所述离子活化渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2S045%-8%，Na2C0310%-15%, K2C0310%-15%, NaC120%-22%, CO(NH2)230%_35%，K2S032%-3%, CeC032%-3%, Li0H8%-10%, KC14%_5%。
4.根据权利要求1所述的油井管，其特征在于，所述氧离子渗剂按重量百分比计包括以下组分:Na2C0325%-28%，NaN0225%-28%, NaN0332%-38%, CeSO415%-18%?
5.根据权利要求1-4任一项所述的油井管，其特征在于，所述化合物层以及所述金属氧化层的厚度为:40-60 μ m，硬度为550— 650Hv。
6.如权利要求1-5任一项所述的油井管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (A)预热:将油井管进入空气加热炉预热，温度为300-450°C，时间20-40min； (B)氮碳钇离子渗入:经预热的油井管进入氮碳钇离子渗入炉经所述的氮碳钇离子渗剂渗入处理，温度为550-660°C，时间为30-120min ； (C)离子活化:将氮碳钇离子渗入过的油井管进入离子活化炉经所述的离子活化渗剂渗入处理，温度为450-550°C，时间为30-120min ； (D)氧离子渗入:经离子活化的油井管进入氧离子渗入炉经所述的氧离子渗剂渗入处理，温度为370-430°C，时间为15-30min ； (E)后清洗:清除油井管表面渗剂，用水清洗干净，烘干或自然干； (F)离子稳定化:油井管进入离子稳定化炉用盛装的离子稳定剂进行离子稳定化，温度为120-200°C，时间为20-50min，所述离子稳定剂按重量百分比包括以下组分:烷烃80-93%、环烷烃5-15%、聚烯烃1-5%、元明粉0.2-1% ； (G)经离子稳定化的油井管进入盛装10-20#机油的油槽，浸油时间3-10min。
7.根据权利要求6所述的油井管的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，油井管进行预加热的温度为400-450°C，时间为30-35min。
8.根据权利要求6所述的油井管的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，油井管经氮碳钇离子渗剂渗入处理的温度为600-650°C，时间为80-100min。
9.根据权利要求6所述的油井 管的制备方法，其特征在于，所述步骤(C)中，油井管经离子活化渗剂渗入处理的温度为500-550℃，时间为80-100min。
10.根据权利要求6所述的油井管的制备方法，其特征在于，所述步骤(D)中，油井管经氧离子渗剂渗入处理的温度为400-420℃，时间为20-25min。
【文档编号】E21B17/00GK103882371SQ201410115393
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】罗德福, 漆世荣, 李信, 鲁伟员, 王强 申请人:四川中物泰沃新材料有限公司