双向保护接箍产品技术及应用

1、新材料技术在石油领域的应用新材料技术在石油领域的应用双向保护接箍技术双向保护接箍技术北京安东奥尔工程技术有限责任公司北京安东奥尔工程技术有限责任公司围绕钻探、开发两大领域围绕钻探、开发两大领域; ;集油井管制造、检测、集油井管制造、检测、防腐与销售，油层改造，井下工具设计与制造，常防腐与销售，油层改造，井下工具设计与制造，常规部件表面性能提升技术、表面失效部件绿色再制规部件表面性能提升技术、表面失效部件绿色再制造技术，油气轻烃回收与原油稳定设计，污水处理造技术，油气轻烃回收与原油稳定设计，污水处理等多项新技术等多项新技术; ;拥有五个专业化子公司、两个生产基拥有五个专业化子公司、两个生产基地、

2、三支油田现场工程服务队、九个销售办事处地、三支油田现场工程服务队、九个销售办事处; ;形形成投资、研发、生产、销售、售后服务一体化的经成投资、研发、生产、销售、售后服务一体化的经营体系，业务地域遍布国内各个油田以及一些国外营体系，业务地域遍布国内各个油田以及一些国外著名石油公司，安东公司正逐渐成长为业内知名的著名石油公司，安东公司正逐渐成长为业内知名的新星企业。新星企业。 一、产品研发背景一、产品研发背景二、油井管柱磨蚀机理二、油井管柱磨蚀机理三、国内外常见的防磨蚀技术三、国内外常见的防磨蚀技术四、四、AOC合金粉末设计原理合金粉末设计原理五、五、 AOC合金粉末应用及效果评价合金粉末应用及效

3、果评价 双向保护接箍双向保护接箍六、产品资质及获奖情况六、产品资质及获奖情况七、七、AOC合金抽油光杆合金抽油光杆有杆泵抽油井开井数有杆泵抽油井开井数中石油中石油约约90000余口余口中石化中石化约约40000余口余口中海油中海油约约10000余口余口 目前，超过目前，超过80%的油井需要有杆泵进行的油井需要有杆泵进行采油。在有杆泵的偏磨采油。在有杆泵的偏磨中，有中，有90的偏磨发的偏磨发生在接箍上。仅因此造生在接箍上。仅因此造成的作业费用、材料费成的作业费用、材料费用等直接损失每年据估用等直接损失每年据估计高达计高达30亿亿元人民币。元人民币。注：截至注：截至2005年年4月月 油井管柱磨蚀

4、机理油井管柱磨蚀机理机械磨损机械磨损由于机械因素，如井斜、由于机械因素，如井斜、抽油杆杆柱在轴向载荷等因素作用下抽油杆杆柱在轴向载荷等因素作用下造成弯曲，致使接箍与油管直接接触，造成弯曲，致使接箍与油管直接接触，在接箍往复运动下产生磨损。在接箍往复运动下产生磨损。砂砾的作用砂砾的作用原油在接原油在接箍和油管之间运动时，油箍和油管之间运动时，油中的砂砾会加剧接箍和油中的砂砾会加剧接箍和油管的磨损。管的磨损。化学腐蚀化学腐蚀产出液中的盐类、产出液中的盐类、Cl-、细菌、细菌、 CO2、酸度、酸度、H2S、水份等因素会引起接箍和油管的水份等因素会引起接箍和油管的腐蚀。腐蚀。机械磨损化学腐蚀协同磨损0

5、102030405060腐蚀速率 机械磨损和化学腐蚀同时发机械磨损和化学腐蚀同时发生（协同作用），会大大加剧生（协同作用），会大大加剧接箍和油管的失效速度。接箍和油管的失效速度。 铁质扶正器铁质扶正器尼龙扶正器尼龙扶正器井口旋转器井口旋转器 加工工艺复杂，加工质量不能加工工艺复杂，加工质量不能100%100%保证。保证。 钢质对油管的磨损严重，油管会被磨穿。钢质对油管的磨损严重，油管会被磨穿。 扶正器本身被磨损后抽油杆接箍仍然要磨损。扶正器本身被磨损后抽油杆接箍仍然要磨损。 安装复杂，费时费工；井下管串结构复杂。安装复杂，费时费工；井下管串结构复杂。 由于加工质量和磨损的原因，经常出现由于加工

6、质量和磨损的原因，经常出现 珠、轮掉入井下的现象，造成井下事故。珠、轮掉入井下的现象，造成井下事故。 增加了扶正器与油管的摩阻，抽油机负增加了扶正器与油管的摩阻，抽油机负 荷加大，地面电耗增加。荷加大，地面电耗增加。 耐磨性不是非常强，有效期短，不能完耐磨性不是非常强，有效期短，不能完 全避免抽油杆接箍的磨损。全避免抽油杆接箍的磨损。 磨破掉入井下，抽油杆、泵被卡。磨破掉入井下，抽油杆、泵被卡。 结蜡后摩阻急剧增加。结蜡后摩阻急剧增加。 活塞效应增加了其它部位的偏磨程度。活塞效应增加了其它部位的偏磨程度。 国内加工能力等问题，造成其性能国内加工能力等问题，造成其性能 不稳定。不稳定。 增加井口

7、高度，因而影响抽油机上增加井口高度，因而影响抽油机上 下运动的冲程和地面设备的安装。下运动的冲程和地面设备的安装。 增加杆脱的几率。增加杆脱的几率。在活塞以上部位下加重杆，尽量增加对活塞在活塞以上部位下加重杆，尽量增加对活塞 向下的推力和减缓抽油杆的弯曲。向下的推力和减缓抽油杆的弯曲。在抽油泵泵下部位加尾管或在泵上部位加油在抽油泵泵下部位加尾管或在泵上部位加油 管锚定器，抵消弯曲作用。管锚定器，抵消弯曲作用。改变抽油井工作方式，延长冲程，降低冲次。改变抽油井工作方式，延长冲程，降低冲次。适当采用活塞与泵衬套匹配间隙较大的二级适当采用活塞与泵衬套匹配间隙较大的二级泵抽油，以减少活塞下行阻力。泵抽

8、油，以减少活塞下行阻力。在油井环套空间中加入缓蚀剂，减缓腐蚀在油井环套空间中加入缓蚀剂，减缓腐蚀。 1989年，国外开始了抽油杆接箍表面处理技术的研究，年，国外开始了抽油杆接箍表面处理技术的研究，经过十几年的实践，该技术已在美国，加拿大，南美及独经过十几年的实践，该技术已在美国，加拿大，南美及独联体各大油田广泛应用。技术核心是采用特殊的表面处理联体各大油田广泛应用。技术核心是采用特殊的表面处理工艺将合金粉末喷涂在接箍表面，得到耐磨、耐蚀、低摩工艺将合金粉末喷涂在接箍表面，得到耐磨、耐蚀、低摩擦系数的涂层。擦系数的涂层。 国外在二十几年前开始研究和应用多项技术解决油井偏磨国外在二十几年前开始研究

9、和应用多项技术解决油井偏磨问题。主要采用油管旋转器、抽油杆旋转器、抽油杆扶正器等问题。主要采用油管旋转器、抽油杆旋转器、抽油杆扶正器等方法和技术，思路聚焦在抽油杆居中或旋转上。方法和技术，思路聚焦在抽油杆居中或旋转上。解决偏磨解决偏磨问题仍不尽人意。问题仍不尽人意。 材料学材料学 安东新材料研究所引安东新材料研究所引进国外先进的功能合金粉进国外先进的功能合金粉末基础配方，经专利技术末基础配方，经专利技术改进和多年现场应用调整，改进和多年现场应用调整，形成性能独特的形成性能独特的 AOC系系列功能合金粉末，其中包列功能合金粉末，其中包括镍基系列、钴基系列和括镍基系列、钴基系列和铁基系列等。铁基系

10、列等。粉末的重要成分是粉末的重要成分是铬铬和和镍镍，两元素同时存在并配，两元素同时存在并配合重熔工艺可以得到微晶合重熔工艺可以得到微晶单相奥氏体单相奥氏体，具有优，具有优异的防腐蚀性能。异的防腐蚀性能。由于铬的存在，重熔后的由于铬的存在，重熔后的涂层表面形成一层很薄的涂层表面形成一层很薄的富集了铬的致密钝富集了铬的致密钝化膜化膜，这层膜也具有优，这层膜也具有优异的抗氧化腐蚀性能。异的抗氧化腐蚀性能。镍镍和铬组成的基体还不足和铬组成的基体还不足以抵抗磨损。适量加入硅、以抵抗磨损。适量加入硅、硼等非金属元素与镍、铬硼等非金属元素与镍、铬形成坚硬的形成坚硬的硅化物和硅化物和硼化物硼化物，这些硬质点弥

11、，这些硬质点弥散在软的镍铬基体上，起散在软的镍铬基体上，起到到弥散强化弥散强化的作用，的作用，整体上提高涂层的硬度，整体上提高涂层的硬度，也提高了涂层抗磨损的性也提高了涂层抗磨损的性能。能。 涂层中含具有涂层中含具有减摩元素减摩元素。减。减 摩元素在摩擦过程中发生转摩元素在摩擦过程中发生转 移，在涂层与油管摩擦面之间移，在涂层与油管摩擦面之间 以及油管表面上以及油管表面上形成形成均匀分均匀分 布的片状减磨元素布的片状减磨元素，起，起 到固体润滑降低摩擦系数和保到固体润滑降低摩擦系数和保 护油管的作用护油管的作用。 元素比例元素比例和粉末的和粉末的 粒度粒度将影响粉末的熔将影响粉末的熔 点、流动

12、性以及涂层的点、流动性以及涂层的 光洁度、最大厚度和致光洁度、最大厚度和致 密性。同时也影响涂层密性。同时也影响涂层 的抗磨损、耐腐蚀性的抗磨损、耐腐蚀性 能。能。 工艺的优化和设计工艺的优化和设计 使涂层的综合性能使涂层的综合性能 达到最佳。达到最佳。井下工具井下工具柱塞，凡尔罩柱塞，凡尔罩耐磨耐磨耐蚀耐蚀AOC-160-20双向保护接箍双向保护接箍耐磨及防腐蚀耐磨及防腐蚀AOC-160合金抽油光杆合金抽油光杆防腐蚀及耐磨防腐蚀及耐磨AOC-140轴承轴承减摩减摩AOC-130采油树采油树防腐蚀防腐蚀Cr, NiAOC-115应用对象应用对象功能功能主要成分主要成分镍基镍基 双向保护接箍是一

13、种表面双向保护接箍是一种表面喷涂有喷涂有AOC-160合金涂层，具合金涂层，具有良好耐磨损、防腐蚀、减缓有良好耐磨损、防腐蚀、减缓油管磨损性能的抽油杆接箍。油管磨损性能的抽油杆接箍。 根据油田现场实际需要，根据油田现场实际需要，目前双向保护抽油杆接箍具有目前双向保护抽油杆接箍具有5/8、3/4、7/8、1等等系列系列规格，规格，并可根据用户的要求进行各种并可根据用户的要求进行各种异径接箍的喷涂、加工。异径接箍的喷涂、加工。1、具有优异的自身保护作用具有优异的自身保护作用 AOC涂层确保接箍在井下复杂的工况涂层确保接箍在井下复杂的工况 环境中保持优良的耐腐蚀性能。环境中保持优良的耐腐蚀性能。 涂

14、层的成分、组织结构、硬度与油管涂层的成分、组织结构、硬度与油管 相差很大，阻止和延迟了最初粘着磨相差很大，阻止和延迟了最初粘着磨 损的发生。损的发生。 涂层的高硬度增强了接箍抗磨粒磨损涂层的高硬度增强了接箍抗磨粒磨损 能力。能力。双向保护接箍双向保护接箍双向保护接箍双向保护接箍涂层涂层涂层涂层油管油管油管油管 2、对油管具有良好的保护作用对油管具有良好的保护作用 AOC-160涂层中特有的减摩元素涂层中特有的减摩元素(相相)在涂层与油管摩擦过程中，在涂层与油管摩擦过程中， 以片状形式均匀转移到油管表面，并附着在油管表面上，形成固体润以片状形式均匀转移到油管表面，并附着在油管表面上，形成固体润

15、滑，保护和减缓油管表面的磨损，同时降低了接箍和油管之间的摩擦滑，保护和减缓油管表面的磨损，同时降低了接箍和油管之间的摩擦 系数，起到减摩的作用。系数，起到减摩的作用。特殊的倒角设计，避免接箍端面的特殊的倒角设计，避免接箍端面的“刃口刃口”结构结构 倒角为倒角为14143030的斜面，且此斜面与外表面结合处为一的斜面，且此斜面与外表面结合处为一半径小于半径小于1.671.67mmmm的圆弧。的圆弧。 精细的抛光打磨，进一步降低对油管的摩擦损耗精细的抛光打磨，进一步降低对油管的摩擦损耗 表面粗糙度表面粗糙度小于小于1.6m，低于普通接箍的，低于普通接箍的3 3.2m的表面粗的表面粗糙度，从而具有更

16、小的摩擦系数。糙度，从而具有更小的摩擦系数。接箍基体接箍基体接箍涂层接箍涂层接箍基体接箍基体接箍涂层接箍涂层适用范围：适用范围： 普通接箍适用的采油井普通接箍适用的采油井 存在腐蚀、偏磨的采油井存在腐蚀、偏磨的采油井 尤其适用于斜井、狗腿井、定向井等井尤其适用于斜井、狗腿井、定向井等井身结构复杂，出砂、结蜡、油稠、高含水、身结构复杂，出砂、结蜡、油稠、高含水、深抽等工况环境恶劣的普通接箍磨蚀严重的深抽等工况环境恶劣的普通接箍磨蚀严重的采油井。采油井。 大庆大庆吉林吉林辽河辽河冀东冀东长庆长庆江苏江苏河南河南中原中原胜利胜利华北华北大港大港塔里木塔里木吐哈吐哈滇黔贵滇黔贵江汉江汉青海青海 截止到

17、截止到2005年年3月，双向保护接箍月，双向保护接箍已广泛应用于全国已广泛应用于全国各个油田，成功接各个油田，成功接受不同复杂工况环受不同复杂工况环境的考验，普遍得境的考验，普遍得到油田用户的认可。到油田用户的认可。克拉玛依克拉玛依 截止截止20052005年年3 3月份，月份，全国共全国共4600余口井应用余口井应用了双向保护接箍，随机了双向保护接箍，随机抽查抽查346口井口井仍在正常使用仍在正常使用的有的有251口，未超期但口，未超期但仍在使用的有仍在使用的有94口，因口，因双向保护接箍造成油管双向保护接箍造成油管受损起出井受损起出井1口。口。 已经有已经有252口井，即口井，即73%的井

18、检泵周期得到延长，随的井检泵周期得到延长，随着时间的推移这一比例将进着时间的推移这一比例将进一步提高。一步提高。 在调查的在调查的346口井中，下双口井中，下双向保护接箍之前因油管漏失作向保护接箍之前因油管漏失作业的有业的有66口，约占口，约占19%, ,使用使用后在发生作业的后在发生作业的72口井中，因口井中，因油管漏失作业的有油管漏失作业的有8口，其中口，其中因普通接箍、抽油杆原因作业因普通接箍、抽油杆原因作业7口，因双向保护原因作业口，因双向保护原因作业1口，口，共占共占11%，整体效果对比，整体效果对比，使使用双向保护接箍后油管漏失事用双向保护接箍后油管漏失事故明显下降。故明显下降。

19、72口作业井共检口作业井共检查双向保护接箍查双向保护接箍3024只，除只，除48只因为作业只因为作业过程中损坏、过程中损坏、23只因只因为井下磨损损坏外，为井下磨损损坏外，其它其它2953只下井继续只下井继续使用，综合重复利用使用，综合重复利用率高达率高达97.65%。辽河浅海公司辽河浅海公司: 20032003年年9 9月开始在海月开始在海南区块应用双向保护接南区块应用双向保护接箍箍, ,截止到截止到20052005年年4 4月底月底, ,累计应用累计应用3939井次井次, ,占总占总开井数的开井数的59%.59%. 平均检泵周期延长平均检泵周期延长139139天，天，同时油管漏失、接箍断脱

20、、泵同时油管漏失、接箍断脱、泵漏失、卡泵、井下工具故障等漏失、卡泵、井下工具故障等井下事故率大大降低。井下事故率大大降低。华北油田华北油田留留17-43、-52、-69三口井三口井 平均检泵周期增加平均检泵周期增加3.5倍。倍。 双向保护接箍表面涂层少双向保护接箍表面涂层少 量磨损，经测定磨损厚度量磨损，经测定磨损厚度 为为0.10-0.15mmmm；较普通；较普通 接箍的耐磨性能提高接箍的耐磨性能提高12倍。倍。 油管内壁的磨损较以前同油管内壁的磨损较以前同 等修井周期相比减少等修井周期相比减少2.5 倍。倍。 生产过程中地面负荷降低生产过程中地面负荷降低5- 10。 冀东油田冀东油田 作业

21、四区作业四区M26-25井，该井为斜井，井，该井为斜井，7/8下在井下狗腿处，下在井下狗腿处，为便于对比，同时下的有崭新的普通接箍为便于对比，同时下的有崭新的普通接箍, ,都不采取扶正都不采取扶正器保护，作业时的磨损对比，双向保护接箍效果十分明显。器保护，作业时的磨损对比，双向保护接箍效果十分明显。彩南油田彩南油田C2105C2105井井不同种类不同种类接箍同期接箍同期使用效果使用效果对比。对比。克拉玛依克拉玛依克拉玛依克拉玛依采油二厂采油二厂某井不同某井不同接箍同期接箍同期使用效果使用效果对比。对比。 中原油田中原油田 M123井因接箍偏磨、腐井因接箍偏磨、腐蚀极其严重，免修期仅蚀极其严重，

22、免修期仅65天。天。采用采用3/4双向保护接箍双向保护接箍40个，个，保持原有工作制度，免修期保持原有工作制度，免修期延长到延长到310多天。多天。 接箍尺寸没有变化，对下井操作没有任何附加要求。接箍尺寸没有变化，对下井操作没有任何附加要求。 耐磨性比普通接箍大大提高，在恶劣条件下尤其显著。耐磨性比普通接箍大大提高，在恶劣条件下尤其显著。 耐腐蚀性能实现质的飞跃。耐腐蚀性能实现质的飞跃。 特殊的材料和外表设计有效降低、延缓了对油管的伤害。特殊的材料和外表设计有效降低、延缓了对油管的伤害。 大量减少扶正器使用，降低单井负荷，节约地面电耗。大量减少扶正器使用，降低单井负荷，节约地面电耗。 简化杆柱

23、结构，提高安全系数。简化杆柱结构，提高安全系数。 延长单井免修期，降低修井成本，提高油井生产时率。延长单井免修期，降低修井成本，提高油井生产时率。 不会造成偏磨点的转移，技术管理简化。不会造成偏磨点的转移，技术管理简化。 是安全、节能、环保产品。是安全、节能、环保产品。 2003年通过年通过ISO质量体系认证质量体系认证 2003年获得生产许可证年获得生产许可证 2004年双向保护抽油杆接箍获年双向保护抽油杆接箍获 得国家专利认可得国家专利认可 2004年双向保护抽油杆接箍列年双向保护抽油杆接箍列 入入国家重点新产品国家重点新产品 抽抽油光杆承受交变载荷，工作在腐蚀环境中，失油光杆承受交变载荷

24、，工作在腐蚀环境中，失效原因主要有表面失效和断裂失效。效原因主要有表面失效和断裂失效。 表面失效：表面失效： 腐蚀：井下介质，大气介质腐蚀：井下介质，大气介质 磨损：外力和机械作用，如盘根摩擦、砂砾摩擦等。磨损：外力和机械作用，如盘根摩擦、砂砾摩擦等。 断裂失效：断裂失效：疲劳断裂。疲劳断裂。 其中表面失效占光杆失效的其中表面失效占光杆失效的 90% 90% 以上，并且表面失效以上，并且表面失效也会带来断裂失效隐患，给现场管理带来极大的不便。也会带来断裂失效隐患，给现场管理带来极大的不便。 目前国内光杆表面处目前国内光杆表面处理的主要方法和技术是理的主要方法和技术是镀层与基体结合不紧密，镀层容

25、易产生脱落和发生电化学腐蚀镀层与基体结合不紧密，镀层容易产生脱落和发生电化学腐蚀是化学镀镍磷和电镀铬产品最大的不足！是化学镀镍磷和电镀铬产品最大的不足！传统处理光杆失效原因传统处理光杆失效原因将将AOC-140AOC-140粉末喷涂在抽油粉末喷涂在抽油光杆表面，经过独特工艺光杆表面，经过独特工艺加热重熔后，在光杆表面加热重熔后，在光杆表面形成一层高耐蚀耐磨的合形成一层高耐蚀耐磨的合金涂层，解决了抽油光杆金涂层，解决了抽油光杆既要求高强度又要求防磨既要求高强度又要求防磨蚀性能的难题。重熔后的蚀性能的难题。重熔后的涂层与基体的结合强度为涂层与基体的结合强度为冶金级，接近基体材料的冶金级，接近基体材

26、料的强度。强度。 性能性能化学镀镍磷化学镀镍磷电镀铬电镀铬喷焊喷焊AOC140防腐合金防腐合金结合强度结合强度(Mpa)7070400耐蚀性耐蚀性良良优优优优耐磨性耐磨性良良良良优优耐磨粒磨损耐磨粒磨损差差良良优优备注备注 化学镀镍磷和电镀铬一旦磨粒磨损发生后，被化学镀镍磷和电镀铬一旦磨粒磨损发生后，被磨损处的镀层与基体的结合处会发生电化学腐蚀磨损处的镀层与基体的结合处会发生电化学腐蚀从而导致镀层大片剥落。从而导致镀层大片剥落。通过通过AOC140合金粉末的喷涂和重熔处理，使合金粉末的喷涂和重熔处理，使抽油光杆同时具有高耐磨、高耐腐蚀性。抽油光杆同时具有高耐磨、高耐腐蚀性。 AOCAOC合金抽油光杆是在定制光杆毛坯上喷涂合金抽油光杆是在定制光杆毛坯上喷涂AOCAOC材料后，材料后，通过特殊的工艺对涂层及基体表层进行处理，不改变光杆通过特殊的工艺对涂层及基体表层进行处理，不改变光杆整体的抗拉强度、断面收缩率等性能指标，其力学性能与整体的抗拉强度、断面收缩率等性能指标，其力学性能与普通抽油光杆相比不变，完全达到