氮化油管宣传片

氮化油管

胜利油田胜岛石油机械厂二0一一年十月目录氮化油管产品简介氮化油管工艺原理介绍室内研究及实验报告胜利油田现场应用效果技术要求、检测方法及质量控制其它防腐产品介绍一、氮化油管的产品简介氮化油管是胜岛石油机械厂于2000年8月首次将氮化技术与油管防腐结合起来，通过对油管表面进行化学热处理，在油管内外表面形成了致密均匀的耐蚀氮化层，在保证油管机械性能的前提下，其表面抗蚀性能较常规处理的油管有明显改善；由于不改变关键尺寸，很好地保证了油管螺纹原有的加工精度；该氮化物层具有结合紧密，在受外力作用下不易脱落，作业施工中投捞工具不易刮伤防腐层，且便于运输及现场施工。产品经西安石油管材研究所的国家级权威检验，使用寿命提高4－7倍，产品具有抗腐、不粘扣等优良特性。目前，我厂生产的氮化油管已销往胜利油田的各个采油厂、南阳油田、广西采油厂等，用户反映使用效果良好。适用范围：适用于含K+、Ca2+、Na+、Mg2+等的油田注水井，对于CO2、H2、O2含量高的井防腐性能一般；适用于注聚井，目前已有孤岛、孤东、河口、桩西等采油厂在注聚井中使用，效果良好；不适用于偏磨井及H2S含量高的油井。二、氮化油管工艺原理介绍

渗氮是利用高温使含氮化合物在500～600℃之间分解，产生的活性氮原子渗入钢件表面，钢表面吸收活性氮原子后，氮原子溶解于铁素体中，形成氮在α-Fe中的饱和固溶体。活性氮原子向钢件内层继续扩散，从而形成有一定深度的氮化物层：2NH3→3H2

＋2［N］氮化后在油管内壁及管螺纹表面形成含氮、碳的ε相（Fe2-3N）和γ′相（Fe4N）以及含氮奥氏体淬火层（残余奥氏体和马氏体）组成。由于该层晶格密度高、均匀致密，铁原子难以失去电子，从而在一般侵蚀剂中具有良好的抗蚀性能。

三、室内研究及实验报告解决了油管渗层不均匀的难题：脉冲技术是以抽气与充气或充气与放气交替的方式强制更换炉气,气体交换可达到炉内任何部位，气氛非常均匀。狭缝试验表明：宽0.18mm深8mm狭缝试样，缝壁的渗氮层与外表的组织和深度几乎无差异；两块15mm×15mm刨加工平板试样相互紧贴，渗后紧贴层与裸露面的渗层无明显差别。这不仅解决了常规方法难以克服的难题，而且在生产中实现了油管可以密装。西安管材所检测报告

氮化防腐层在油田模拟腐蚀环境中的耐腐蚀评价

将真空渗氮钢与J-55钢试样进行模拟油田注水环境下的高温高压失重试验，同时用线性极化法对试样进行电化学腐蚀测试。1.高温高压失重试验：温度60℃、pH＝6.5、CO2分压20MPa、模拟油田注入水水质：NaHCO30.826g/L、Na2SO41.775g/L、CaCl21.665g/L，试验流速1.5米/秒，试验时间为3天的动态试验。将两种钢分别加工成带氮化层圆环、不带氮化层半圆环两种试样。2.电化学腐蚀试验：使用线性极化法和极化曲线法两种电化学方法，对比评价氮化防腐层的耐蚀性能。60℃、pH＝6.5、20MPa、油田注入水中试验结果

表5是采用油田注入水评价带氮化层圆环试样和不带氮化层半圆环试样的耐蚀性能，在同样介质条件下，有氮化膜时腐蚀速率大大降低，说明这种氮化层在实验所采用的油田模拟腐蚀环境中有很好的抗蚀性能。有、无氮化层试样（N-LP，L-LP）在1atmCO2环境中的腐蚀速率随试验时间的变化（线性极化法）

无氮化层J55试样在1atmCO2环境中的

腐蚀极化曲线

有氮化层J55试样在1atmCO2环境中的

腐蚀极化曲线

线性极化试验表明测量的有氮化防腐层的J55试样的腐蚀速率（N-LP）在整个实验过程中始终维持在50μA/cm2左右，经过48小时实验后数值呈现逐步下降的趋势；而无氮化层的J55试样的腐蚀速率（L-LP）在实验过程中为230μA/cm2左右，经过48小时实验后腐蚀速率仍有继续增加的趋势。通过以上电化学研究发现，有氮化层的J55试样的耐蚀性有很大程度的提高，在这种模拟油田介质中有氮化防腐层试样的腐蚀速率比无氮化层试样的腐蚀速率降低4.7倍，而且氮化层可形成钝化膜。石油管材所氮化防腐层的耐蚀性评价（1）2000年7月，采用标准腐蚀介质，进行了电化学腐蚀评价实验，试验报告编号为：（2000）管试研字第025号；（2）2000年7月，采用标准腐蚀介质，进行了高温高压模拟腐蚀评价实验，试验报告编号为：（2000）管试研字第028号；（3）2000年12月，胜利油田东辛四矿102站及孤岛孤二注水站注水样，进行了线性极化和极化曲线实验，试验报告编号为：（2000）管试研字第034号；（4）2001年9月，采用孤岛孤二注水站注水样，进行了腐蚀电化学对比评价实验，试验报告编号为：（2001）管试研字第059号。西安管材所检测报告

73.03x5.51mmJ55不加厚氮化油管性能检测元素CSiMnPSCrMoNiVTiCu分析结果0.380.231.220.0100.0030.0450.0160.0360.0050.0100.07APISPEC5CT表2规定///≤0.030≤0.030//////1.化学成分2.拉伸性能及冲击试验

3静水压及抗内压性能取随机组合的试样1Z，2Z，3Z进行静水压及水压爆破试验，试验在水压爆破试验系统（SN：260068）上完成，试验温度为室温，试验方法参考APIRP5C5中有关规定，加压速率＜34MPa/min，试验结果如下：试样1Z，2Z，3Z在标准试验压力20.7MPa（3000psi）条件下保压5min、在选用试验压力33.8MPa（4900psi）条件下保压15min，未发生泄漏。试样1Z在压力67.7MPa（9822psi）时，现场端管体爆裂。

氮化油管的防腐蚀特性

通过石油管材研究所于2000年10月的实验（2000管试研字第028号）。实验结论为：从平均腐蚀速率明显可见，有氮化层时腐蚀速率大大降低，说明这种氮化层在实验所采用的油田模拟腐蚀环境中有很好的抗蚀性。用氮化工艺处理的防腐油管从根本上解决了油管材质表层的耐蚀性，由于在油管全表面形成了致密均匀的耐蚀氮化层，在不降低原有机械性能的前提下其表面抗蚀性能较常规处理的油管有明显改善；同时，由于不改变关键尺寸，很好地保证了管螺纹原有的加工精度。氮化油管螺纹的防粘扣特性

油管与接箍连接处螺纹副的主要失效形式为螺纹磨损及塑性变形或断裂，螺纹磨损是粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损等多种磨损机理综合作用所致，而螺纹牙塑性变形或断裂是由于在掖压钳拧紧力矩的强制作用及其它载荷的影响下，螺纹牙现有硬度及强度不够而产生的。经过氮化处理的油管螺纹表面具有一定的硬度，对油管螺纹副失效有良好的防护作用，由于不改变螺纹尺寸精度，保证管螺纹正常啮合，表现出良好的防粘扣特性。胜利油田现场应用效果

现河史6－22井试验情况:

井深3270米，地层水矿化度33291.0mg/l，注入水质为悬浮固体180.1mg/l，硫酸还原菌1100个/ml，腐生菌110个/ml，挂片腐蚀状态为明显点蚀，属腐蚀严重区块。99年7月下入镍磷镀油管，一年后大部分油管腐蚀报废，换氮化油管下井后，注水恢复正常，在使用两年时提出，发现有个别油管内外壁存在局部腐蚀外，其余外表有点蚀，但还可以继续使用。垦71－86井试验情况垦71-86位于垦西油田，是孤岛油田腐蚀最严重的地区，在未使用氮化油管以前，平均每1年左右更换一次油管。2002年9月4日换用我厂生产的氮化油管，2005年初提出，在井下使用二年多时间，能正常取出油管，油管外表局部存在不同程度的腐蚀和点蚀，氮化层局部被破坏，个别丝扣倒角处存在腐蚀，但可以正常使用。图为孤岛采油厂于龙坤老总、技术检测站孙科长、作业科刘科长、孤五管理区周经理在垦71-86井现场分析。胜采ST1281井试验情况图为开发部、供应处、技术检测中心以及胜采注水科在ST1281井进行现场分析，一致认为氮化油管防腐性能优越.桩西采油厂氮化油管使用情况桩西采油厂地层水平均矿化度为24381mg/l，注入水总矿化度数22474mg/l，油水井油管腐蚀严重,曾采用过涂料有管,镍磷度油管,但使用寿命较短,不超过两年,且易发生粘扣现象.2000年10月起采用氮化油管后,较好的缓解了油水井油管腐蚀问题,共现场应用27井次,平均使用寿命达到1年以上,最长的已生产26个月,因措施起出油管的两口注水井现场描述如下:油管外观仅有轻微腐蚀,氮化层基本完好,丝扣完好，能继续使用。五、技术要求、检测方法

及质量控制序号项目性能指标试验方法1外观表面平整、无裂纹、无明显的凹坑等缺陷目测2氮化层厚度，μm40-300GB/T113543氮化层表面硬度，HV0.05280-650GB/T4340.14直线度，mm≤3.18mm（1／8in）GB/T19830中8.95螺纹氮化套管符合表

4、表

5、表7要求GB/T9253.2氮化油管符合表10～表13要求GB/T9253.26静水压试验氮化套管J55符合表C.45要求GB/T19830中10.12N80-1符合表C.48要求P110符合表C.52要求氮化油管J55符合表C.55要求N80-1、N80Q符合表C.56要求P110符合表C.60要求7无损探伤，级别P110L2GB/T57778机械性能抗拉强度，MPaN80-1、N80Q≥689GB/T19830中7.2J55≥517P110≥862屈服强度，MPaN80-1、N80Q552-758J55379-552P110758-965伸长率，%符合表C.7要求检测方法介绍氮化层厚度的检测方法：显微硬度法，即用显微硬度计（维氏硬度计）测量试样表面硬度与心部硬度差为50HV0.05的点到试样最边缘的距离的方法来检测试样的氮化层厚度。具体做法如下：一、取样。首先用车床加冷却液在样管上取10毫米宽的试样环，然后用手工锯加冷却液锯一个15毫米宽的试块。二、试样的镶嵌。将取好的试块弧面朝下放在镶嵌机上，用XQ-2B型镶嵌机将其镶嵌成一高约25毫米的试块。三、试样的磨制。1、将镶嵌好的试样在砂轮上磨平，注意一定要边沾水边磨，防止温度过高试样开裂。检测方法介绍2、用360目水砂纸磨平，使金属试样的纹路一致后，再垂直90度依次用02号、03号、04号金相砂纸将其磨好。四、试样的抛光。将磨好的试块在P-2型抛光机上抛光，使试样表面光滑无细纹。五、试样的腐蚀。将抛好试样先用无水酒精将表面污物清洗干净，用4%的硝酸酒精擦拭试样表面，颜色轻微变暗为止，再用无水酒精将表面冲洗干净，最后用吹风机将其吹干。六、测量。将制备好的试样放在显微硬度计上测量它的心部硬度与表面硬度，寻找硬度差为50HV0.05的点后测量其到最边缘的距离，此距离即为氮化层的厚度。

质量控制1、原材料的质量控制（1）、原材料的首检工作，包括：材质证明书、管体标识、外观、螺纹、机械性能检验等项目；且要保证为同一厂家、同一坯料厂家、同一批次的油管。（2）、对所有进厂的原材料油管都要进行前期的实验工作，按照“前期试验不合格，不生产”的原则，针对不同材质，不同批次，不同标识的油管，要进行反复试验；并且，采用随炉短节与板条同时装的方式，较客观地反映了油管真实处理状态，为今后生产工艺的制定打下基础。（3）、对原材料的材质要求详见附1说明。（4）、对原材料首检及前期实验不合格的一律进行退换货，每年都有因前期实验不合格退货的情况。质量控制2、生产过程的质量控制（1）、实行“自检、互检、专检”的三级检验制度。对各个工序、各个岗位发现的质量问题及时处理，发现的问题主要有：内外壁卷皮、管体存在焊点和异物、接箍松动、管体存在大面积的削伤等缺陷管，对这些严重影响产品质量的油管及时与厂家联系进行退换货等。（见照片）（2）、对生产过程中使用抓管机易造成外扣损伤的现象，采用动油管必须先上好外护丝的方法，保证丝扣的质量。质量控制（3）、厂家、批次、钢级等不同，客户要求不同，生产工艺不同。缺陷油管照片：管体焊点管体磨伤质量控制缺陷油管照片内壁卷皮外壁卷皮质量控制3、成品的质量控制（1）、每处理一炉油管都按照标准要求放随炉试样，进行机械性能、氮化层厚度等的项目检测，确保产品质量。（2）、对各个工序检验合格的产品转入包装工序，此工序的主要检查项目：