[发明专利]一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法

说明书

本发明公开了一种防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法，用于解决交变应力状况下，由腐蚀和磨损导致钻杆腐蚀疲劳失效问题，以及水平井钻井脱压问题。其技术方案是：依据钻杆服役的钻井地质和地下流体性质，以及所用钻井液类型，参照钻杆失效的机理、部位、规律、特点等资料，选择不同的离子共渗沉积方式及工艺参数，在钻杆内孔壁和外圆面上，分别沉积不同或相同的防腐耐磨减摩离子及其合金。虽然合金沉积厚度只有0.05—0.1mm，但是成倍延长钻杆寿命，并且显著降低钻杆与套管、地层岩石、井眼岩屑床的摩擦系数。防腐耐磨减阻钻杆加工难度不大，使用范围广泛，填补了现有技术不能产业化生产防腐耐磨减阻钻杆的技术空白。

技术领域

本发明涉及地质资源(石油、天然气、地热水及地下矿物)勘探开发钻井用防腐耐磨减阻钻杆复合加工方法，属于机械加工领域。

背景技术

地质资源(石油、天然气、地热水及地下矿物)的勘探开发设备的腐蚀和磨损被称为两大世界级难题，仅国内石油天然气勘探开发行业中，就有约2.92万口油井存在不同程度的腐蚀和磨损。随着国内油气田开发年限和设备使用年限的增长，尤其是高含硫油气藏和其他含有酸性腐蚀介质的油气藏的勘探开发，腐蚀和磨损给油气行业的设备安全稳定运行带来了日渐凸显的不利影响，油井管首当其冲面临着腐蚀和磨损的挑战。

钻杆是地下资源(石油、天然气、地热水及地下矿物)勘探与开发中的一种重要工具，占整个钻柱长度的80-90％，通常情况下，钻杆被循环使用。钻杆在服役期间，一是长期受内外压、扭曲、弯曲、振动等交变应力作用；二是长期受钻井液中溶解的O₂、CO₂、H₂S等腐蚀介质和地下流体中的腐蚀介质作用；三是长时间经受地层的磨损和钻井液的冲蚀。腐蚀、磨损与应力疲劳使钻杆成为钻井过程中失效事故的多发点。腐蚀加速了钻杆的磨损，磨损又增加了钻杆应力，加剧了钻杆的应力疲劳。现场调查表明：国外14％的油气井都不同程度的发生过钻柱井下断裂事故，国内各油田每年发生钻柱疲劳断裂事故500多起，直接经济损失巨大。

由钻杆失效分析可知，钻杆的失效机理是腐蚀疲劳；钻杆的失效部位主要集中在接头丝扣和接头与管体的过渡连接处附近；钻杆失效的形式主要包括管体刺穿、粘扣、涨扣和扣根刺漏；钻杆失效的规律是钻杆内涂层破坏、内外壁腐蚀、形成腐蚀坑、产生腐蚀疲劳裂纹、裂纹扩展、刺穿、断裂；钻杆腐蚀磨损的程度分布是：钻杆内孔壁腐蚀和冲蚀较严重，钻杆的外圆面磨损较严重。钻井过程中，尤其是水平井、大位移井钻井过程中，服役的钻杆遭遇腐蚀介质、承受交变载荷和经受地层磨损都是难以避免的。现有钻杆多以自身材质承受腐蚀和经受磨损，虽然部分钻杆在其内孔内衬防腐耐蚀层，或者在钻杆的外圆面电镀了钨合金等防腐耐磨材料，可是因为：1、防腐耐磨层没有有效覆盖钻杆的所有面(内外表面)，裂纹、针孔和露点多；2、钨合金防腐耐磨层与钻杆基体材料机械性能差异较大，龟裂形成可见裂纹；3、防腐耐磨层与钻杆基体结合力弱、防腐耐磨层脱落导致防腐耐磨性差；4、防腐耐磨层表面与套管、地层、岩屑床和钻井液的互动摩擦系数较大等因素，不但没有延长钻杆的使用寿命，反而因钻杆摩擦系数大，造成严重的脱压现象，致使水平井钻井速度低、钻井深度浅、钻井水平段短。目前还没有一种方法，能够在腐蚀和磨损环境中，既减少水平井、大位移井的钻井过程中的脱压现象，又能够有效的提高钻杆的防腐耐磨减阻性能，使钻杆的使用寿命接近钻杆材料的应力疲劳强度值。

发明内容

为了克服上述钻杆防腐耐磨技术的不足，本发明提供了一种防腐耐磨合金选择性沉积与共渗沉积的方法，即防腐耐磨钻杆复合加工方法。

具体技术方案：