一种高强耐蚀铝合金钻杆及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高强耐蚀铝合金钻杆及其制备方法：(1)将铝合金铸锭精炼，去除氧化物和杂质；将精炼好的铝合金金属液浇注到坩埚中并保温；(2)将坩埚中的铝合金金属液经雾化、高压喷射、均匀沉积、快速凝固，在承料板上形成铝合金坯锭；(3)将铝合金坯锭加热至半固态，用双动反向挤压工艺进行致密化处理及无缝铝合金管材挤压成形；(4)对铝合金管材先进行酸洗，再喷砂处理；(5)将铝合金管材超声清洗；(6)对铝合金管材进行超音速火焰热喷涂；(7)喷涂后进行热处理；(8)将铝合金管材加热，浸渗在树脂溶液中封孔，获得高强耐蚀铝合金钻杆。本发明专利技术的制备方法简单，生产效率高，制备的钻杆具有高强度、高硬度和耐盐雾腐蚀等特性。高硬度和耐盐雾腐蚀等特性。高硬度和耐盐雾腐蚀等特性。

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐蚀铝合金钻杆及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石油钻杆
，具体涉及一种高强耐蚀铝合金钻杆及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着油气的开发逐渐向纵深发展，深井、超深井以及高压井的出现致使勘探开发难度逐渐增大，其面临的一系列完井问题的核心是完井管柱的材质选择。由于高温高压井和超高压高温井一般有苛刻的井底温度、压力及含CO2、H2S和Cl
‑
等复杂腐蚀工况条件，迫切需要使用高强度的耐蚀石油管材。其中铝合金钻杆具有低密度、高比强度、耐酸性腐蚀、疲劳寿命高等优点，是解决超深井、大位移井及高含硫等复杂井的安全及高效钻井问题的主要结构材料之一，在石油勘探钻井领域具有广泛的应用前景，是当前高性能油井管材料研究的热点。
[0003]铝合金钻杆在美国、俄罗斯等少数发达国家的钻探领域已应用数十年，然而我国的石油工业和地质事业都是建国以后才开始发展起来的，虽开发了几个大油田，地质勘探事业也有了长足的进步，但钻探所用的钻杆几乎全部采用钢质钻杆，铝合金钻杆的研究起步较晚，研发时间尚短。目前的铝合金钻杆还是主要依靠进口，这极大地限制了我国钻采工业的发展，因此实现自主研发高强耐蚀铝合金钻杆对保障我国油气资源勘探开发的高效、安全及可持续性具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有铝合金钻杆硬度低、耐磨性差以及不耐Cl
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腐蚀等缺点，提供了一种制备过程简单，生产效率高的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，本专利技术制备的高强耐蚀铝合金钻杆具有高强度、高硬度以及耐盐雾腐蚀等特性。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)铝合金精炼及浇注：将7xxx系铝合金铸锭进行精炼，去除铸锭中的氧化物和杂质；然后将精炼好的铝合金金属液快速浇注到用于喷射成形的坩埚中并保温；通过真空熔炼炉对7xxx系铝合金铸锭进行精炼；
[0008](2)喷射成形：将所述坩埚中的铝合金金属液经过雾化、高压喷射、均匀沉积、快速凝固四个阶段，在承料板上形成晶粒细小的铝合金坯锭；
[0009](3)双动反向挤压：将所述铝合金坯锭加热至半固态，然后采用双动反向挤压工艺进行致密化处理及无缝铝合金管材挤压成形；
[0010](4)表面酸洗及喷砂：对所述铝合金管材进行酸洗，去除表面氧化皮，然后再进行喷砂处理，使表面毛化；
[0011](5)超声清洗：对表面毛化后的所述铝合金管材进行超声清洗，去除表面杂质；
[0012](6)超音速火焰热喷涂：对超声清洗后的铝合金管材进行超音速火焰热喷涂，形成
热喷涂涂层；
[0013](7)热处理：对形成热喷涂涂层的铝合金管材进行T6热处理；
[0014](8)封孔处理：热处理后将铝合金管材加热，然后浸渗在树脂溶液中进行封孔，获得高强耐蚀铝合金钻杆。
[0015]本专利技术提供的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，其制备过程简单，生产效率高，所制备的铝合金钻杆屈服强度和抗拉强度高，且在盐雾环境具有明显的耐腐蚀性能。本专利技术制备的是一种600MPa级屈服强度的高强耐蚀铝合金钻杆。
[0016]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(1)铝合金精炼及浇注：将7xxx系铝合金铸锭进行精炼，并采用铝钇合金作为精炼剂去除铸锭中的氧化物和杂质；然后将精炼好的铝合金金属液快速浇注到用于喷射成形的坩埚设备中并在650
‑
750℃下保温；其中所述的7xxx系铝合金为7075或7055。
[0017]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(2)喷射成形：中所述的高压喷射采用1
‑
2MPa的惰性气体，沉积率10
‑
50Kg/h，铝合金坯锭的晶粒粒径10
‑
15μm。
[0018]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(3)所述双动反向挤压工艺：挤压温度为550
‑
650℃，挤压力为1500
‑
3000MPa，挤压比15
‑
25，挤压速度8
‑
20mm/s。
[0019]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(4)表面酸洗及喷砂：采用酸洗液对所述铝合金管材进行酸洗，去除表面氧化皮，然后再进行喷砂处理，使表面毛化；其中所述的酸洗液由HCl:HNO3按质量比2:3配制而成，酸洗时间当铝合金管材表面开始产生气泡就停止；喷砂处理后铝合金管材表面粗糙度为3
‑
5μm。
[0020]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(5)超声清洗：将所述铝合金管材置于乙醇中进行超声清洗，去除表面杂质；其中超声频率为100
‑
200Hz，超声清洗时间为15
‑
20分钟。
[0021]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(6)超音速火焰热喷涂：对超声清洗后的铝合金管材进行超音速火焰热喷涂，形成热喷涂涂层；其中所述超音速火焰热喷涂时丙烷与氧气的体积比为2:3，喷涂距离为200
‑
240mm，喷涂粉体为Ni60，粉体粒径10
‑
40μm，送粉量为25
‑
50g/min，获得Ni60涂层厚度为0.3
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0.5mm。
[0022]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(7)热处理：对形成热喷涂涂层的铝合金管材进行T6热处理，且热处理温度为450
‑
500℃，热处理时间2
‑
5小时。
[0023]进一步的，所述的高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法：步骤(8)封孔处理：热处理后将所述铝合金管材加热至100
‑
150℃，然后浸渗在酚醛树脂溶液中1
‑
2小时进行封孔，获得高强耐蚀铝合金钻杆。
[0024]本专利技术提供的高强耐蚀铝合金钻杆制备方法，采用了喷射成形技术快速凝固细化晶粒的方法，使晶粒得到了有效的细化制备出平均粒径约10
‑
15μm细晶粒锭坯，而且晶界界面清晰、界面无析出物；通过半固态加工使喷射增材制造坯料精确成形，并使其高性能得以保持；通过在铝合金钻杆表面热喷涂Ni60涂层与铝合金基体结合强度、耐腐蚀性和耐磨性好，应用于石油和勘探领域，可以从根本上解决当前我国对此种先进铝合金钻杆的迫切需求，也为设计和制造新型高性能超高强7xxx系铝合金结构材料提供新的思路和方法。
[0025]一种高强耐蚀铝合金钻杆，其特征在于，采用权上述的制备方法制得。本专利技术制备的是一种600MPa级屈服强度的高强耐蚀铝合金钻杆；所制备的铝合金钻杆具有高强度(屈
服强度和抗拉强度高)、高硬度以及耐盐雾腐蚀(在盐雾环境具有明显的耐腐蚀性能)等优点。
[0026]本专利技术的的有益效果：
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)铝合金精炼及浇注：将7xxx系铝合金铸锭进行精炼，去除铸锭中的氧化物和杂质；然后将精炼好的铝合金金属液快速浇注到用于喷射成形的坩埚中并保温；(2)喷射成形：将所述坩埚中的铝合金金属液经过雾化、高压喷射、均匀沉积、快速凝固四个阶段，在承料板上形成晶粒细小的铝合金坯锭；(3)双动反向挤压：将所述铝合金坯锭加热至半固态，然后采用双动反向挤压工艺进行致密化处理及无缝铝合金管材挤压成形；(4)表面酸洗及喷砂：对所述铝合金管材进行酸洗，去除表面氧化皮，然后再进行喷砂处理，使表面毛化；(5)超声清洗：对表面毛化后的所述铝合金管材进行超声清洗，去除表面杂质；(6)超音速火焰热喷涂：对超声清洗后的铝合金管材进行超音速火焰热喷涂，形成热喷涂涂层；(7)热处理：对形成热喷涂涂层的铝合金管材进行T6热处理；(8)封孔处理：热处理后将铝合金管材加热，然后浸渗在树脂溶液中进行封孔，获得高强耐蚀铝合金钻杆。2.根据权利要求1所述的一种高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，其特征在于，步骤(1)铝合金精炼及浇注：将7xxx系铝合金铸锭进行精炼，并采用铝钇合金作为精炼剂去除铸锭中的氧化物和杂质；然后将精炼好的铝合金金属液快速浇注到用于喷射成形的坩埚设备中并在650
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750℃下保温；其中所述的7xxx系铝合金为7075或7055。3.根据权利要求1所述的一种高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，其特征在于，步骤(2)喷射成形：中所述的高压喷射采用1
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2MPa的惰性气体，沉积率10
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50Kg/h，铝合金坯锭的晶粒粒径10
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15μm。4.根据权利要求1所述的一种高强耐蚀铝合金钻杆的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述双动反向挤压工艺：挤压温度为550
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650℃，挤压力为1500
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3000MPa，挤压比15
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25，挤压速度8

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽，李小平，卢雅琳，秦青丰，王云壮，王壮壮，王晨阳，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：