[发明专利]一种用于石油铝合金钻杆的无磁耐磨喷涂粉

说明书

技术领域

本发明提供一种用于石油铝合金钻杆的无磁耐磨喷涂粉，属于表面涂层制造领域。

背景技术

20世纪60年代初，苏联开始在钻井中使用铝合金钻杆。铝合金钻杆质量轻，在钻机能力一定的情况下，用铝合金钻杆能够达到钢钻杆无法达到的深度。俄罗斯曾用400t能力的钻机钻成世界最深的C Γ-3井，井深12262m(400t能力用钢钻杆最多能钻8000m)。

国外的经验证明，深部钻探不能仅仅着眼于大型深孔设备，还可以在钻杆柱的材质上想办法，在不更换大吨位钻机的前提下使孔钻的更深，因此，近些年来轻质铝合金成了国内外同行关注的热点。欧盟在俄罗斯铝合金的钻杆标准基础上，于2002年制定了石油天然气工业用铝合金钻杆的国际标准ISO15546：2002，其地位与美国制定的钢钻杆API国际标准等同。由我国中石油管材所提出，高蓉等人承担制定的等同标准于2006年12月15日作为中华人民共和国国家标准《石油天然气工业铝合金钻杆》(GB/T20659-2006/ISO15546：2002) 正式发布，自2007年5月1日起实施。

相比钢钻刚，铝合金钻杆有以下优势：1)技术上铝合金钻杆相对钢钻杆优势明显：铝及其合金元素化学特性比较活跃，当其与氧反应后会在表面形成稳定的氧化膜，阻止其与周围环境的进一步反应。经过实际应用发现，铝合金钻杆在任何温度下都可有效防止H2S和 CO2的腐蚀；抗疲劳，交变弯曲和动应力抵抗力是钢的三倍。铝合金钻杆弹性模量小，在曲率大的定向井和水平井中使用铝合金钻杆时，钻柱与裸眼井段和套管井段的摩擦力减小，而且铝合金钻杆具有良好的抗弯曲载荷性能，更适合曲率大的定向井和水平井，其最大水平井段可达1000m；铝合金钻杆的无磁性方便随钻测量工具的使用。2) 经济上铝合金钻杆长期回报高：由于铝合金钻杆比钢钻杆轻，大大减轻了劳动强度。可以应用于标准型号的钻塔，且同一型号的钻机钻进深度较钢钻杆增加30-80m。深度25m、35m、50m升降操作所节约的时间分别为70％、170％、252％。生产效率提高6％-10％。前苏联地质部门在800-2000m深度，地层较为复杂的钻孔，采用壁厚76～ 93mm直径的钻头钻进，铝合金钻杆比壁厚50mm的同等级钢钻杆消耗的功率降低一半，每米成本下降2-5美元。3)国外应用普遍，国内市场空间很大：铝合金钻杆占到俄罗斯总掘进数50％以上，美国总掘进数60％以上。全球铝钻探杆产量30万吨，供需基本平衡，预计到 2015年铝钻探杆需求可达50万吨以上，中国铝合金钻杆需求约为1 万吨/年。中国的钻探环境日益恶劣，对铝合金钻杆的需求很强烈。综上，铝合金钻杆替代钢钻杆是必然趋势。

井下的工矿非常恶劣，钻杆要经受泥浆的磨损，要经受和井壁的磨擦，特别是斜井。本发明在于提供一种用于铝合金钻杆的耐磨耐蚀粉末，用于增强钻杆的耐磨性能。该粉末具有微磁至无磁的特性，和铝基的结合性能好，喷涂时不需要对基体进行预处理，保护环境。热膨胀系数和铝比较匹配，内应力小且和铝基的结合强度在80Mpa以上。硼化物和碳化物作为硬质相，使得材料有优良的耐磨性能；奥氏体的基体以及铬形成钝化膜使得材料具有优良的耐腐蚀性能。能够很好的满足井下工矿的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于石油铝合金钻杆的无磁耐磨喷涂粉，为实现上述目的，本发明的合金材料含有下列质量比的化学成分：

20至35％铬，

1.5至5％硼，

0.1至2％钛，

2至10％锰，

0.34至0.48％碳，

5至12％镍，

0.2至5％硅，

余量为不小于45％的铁。

上述的一种用于石油铝合金钻杆的无磁耐磨喷涂粉，其特征在于优选含铬的质量比为22-28％，含碳的质量比为0.34至0.4％，含硼的质量比为1.8至4％，含钛的质量比为0.1至1.5％，锰的质量比为2 至5％，镍的质量比为7至11％，硅的质量比为0.2至2％。

本发明的一种用于石油铝合金钻杆的无磁耐磨喷涂粉中，铬含量优选为22-28％。铬元素易于与氧结合生成Cr2O3膜，该氧化膜结构致密，和基体黏合力强，可以把内部材料保护起来，具有高耐腐蚀性。当铁合金中铬含量大约13％时，可明显提高耐腐蚀性能，铬含量大于 17％时耐腐蚀性能又有进一步的提高。本材料选取20-35％的铬，使得材料能够有极好的耐腐蚀性。