Способ создания защитного диффузионного покрытия наружной и внутренней поверхности трубы и ее резьбовых участков и насосно-компрессорная труба

Авторы патента:

C23C10/52 - с диффундированием более чем одного элемента в одну стадию

Владельцы патента RU 2284368:

Арустамов Сергей Сергеевич (RU)
Проскуркин Евгений Васильевич (UA)
Евдокимов Виталий Семенович (RU)

Изобретение относится к способу изготовления и конструкции труб нефтяного сортамента, используемых преимущественно при обустройстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а именно насосно-компрессорных труб диаметром 60-114 мм, обсадных труб диаметром 114-508 мм и других труб. Способ включает обработку резьбовых участков и примыкающих к ним поверхностей трубы путем изотермической выдержки в диффузионной смеси и последующее охлаждение на воздухе. Диффузионная смесь содержит металлический порошок, состоящий из смеси порошков цинка, меди и алюминия зернистостью 0,1-0,5 мм, при следующем содержании компонентов в диффузионной смеси, мас.%: цинк 25-40, медь 0,045-0,075, алюминий 0,175-0,225, инертный наполнитель - остальное. Изотермическую выдержку проводят в течение 1,0-3,0 часов при температуре 440±10°С с получением защитного покрытия толщиной 30-80 мкм. Защитное покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-0,6, алюминий 0,2-0,3. Покрытие имеет микротвердость, определенную по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды в пределах 4500-5250 МПа. Предложенная насосно-компрессорная труба содержит корпус с по меньшей мере одним участком резьбы с защитным покрытием. Защитное покрытие получено вышеуказанным способом. Техническим результатом изобретения является получение покрытия, обеспечивающего повышение коррозионной стойкости и герметичности резьбовых участков труб. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Трубы нефтяного сортамента в трубной колонне должны отвечать требованиям высокой устойчивости против коррозии и условию хорошей многократной свинчиваемости.

Известно, что по трубам нефтяного сортамента транспортируется под большим давлением многокомпонентная нефтесодержащая среда, состоящая из нефти, газа, воды и различных примесей, в виде взвешенных твердых частиц, под действием которых происходит интенсивная коррозия и абразивный износ металла труб и муфт. При этом наиболее интенсивно идут процессы коррозии и эрозионного износа в зоне резьбовых соединений труб, что приводит к размыву резьбы, нарушению герметичности резьбового соединения «труба-муфта» и в конечном итоге к разгерметизации колонн труб и остановке скважин.

Известно применение оцинкованных труб, в которых резьбовые участки подвергают специальной термической обработке. В этом случае после термической обработки резьбовых участков образуется структурно-однородное цинковое покрытие, (см., например, Проскуркин Е.В., Горбунов Н.С. Диффузионные цинковые покрытия. М.: Металлургия, 1972, с.248).

Недостатком такой трубы является низкая твердость полученного цинкового покрытия, ведущая к быстрому износу резьбового соединения трубы.

Наиболее близким аналогом к предложенному способу является способ получения защитного диффузионного покрытия на резьбовых участках стальной трубы и примыкающих к ним поверхностях, включающий обработку резьбовых участков путем изотермической выдержки в диффузионной смеси, содержащей металлический порошок и порошок инертного наполнителя, и последующее охлаждение на воздухе (RU 2221898 С2, МПК 8 С 23 С 10/34, 20.01.2004, с.3, абзац 3, 5 снизу, формула).

Задачей изобретения является получение защитного покрытия на резьбовых участках насосно-компрессорных, бурильных и др. труб, обеспечивающего повышение коррозионной стойкости и герметичности резьбовых участков насосно-компрессорных труб.

Поставленная задача решается за счет того, что при осуществлении предлагаемого способа получения защитного диффузионного покрытия на резьбовых участках стальной трубы и примыкающих к ним поверхностях, включающего обработку резьбовых участков путем изотермической выдержки в диффузионной смеси, содержащей металлический порошок и порошок инертного наполнителя, и последующее охлаждение на воздухе. Согласно данному изобретению используют диффузионную смесь, содержащую металлический порошок, состоящий из смеси порошков цинка, меди и алюминия зернистостью 0,1-0,5 мм и инертный наполнитель, при следующем содержании компонентов в диффузионной смеси, мас.%: цинк 25-40, медь 0,045-0,075, алюминий 0,175-0,225, инертный наполнитель - остальное. В качестве инертного наполнителя используют глинозем или кварцевый песок с зернистостью 0,15-0,7 мм. Изотермическую выдержку проводят в течение 1,0-3,0 часов при температуре 440±10°С с получением защитного покрытия толщиной 30-80 мкм, содержащего следующие компоненты, мас.%: железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-0,6, алюминий 0,2-0,3. Полученное покрытие имеет микротвердость, определенную по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды (по Виккерсу), в пределах 4500-5250 МПа.

Кроме того, поставленная задача решается за счет того, что перед заполнением контейнера диффузионной смесью, смесь перемешивают для придания ее частицам скатанной формы. Это позволяет обеспечить надежный отвод газов при проведении процесса создания защитного диффузионного покрытия.

Задача по созданию насосно-компрессорной трубы с защитным покрытием, содержащей корпус с по меньшей мере одним участком резьбы с защитным покрытием, полученным способом, включающим обработку резьбовых участков и примыкающих к ним поверхностей путем изотермической выдержки в диффузионной смеси, содержащей металлический порошок и порошок инертного наполнителя, и последующее охлаждение на воздухе. Согласно данному изобретению используют диффузионную смесь, содержащую металлический порошок, состоящий из смеси порошков цинка, меди и алюминия зернистостью 0,1-0,5 мм и инертный наполнитель, при следующем содержании компонентов в диффузионной смеси, мас.%: цинк 25-40, медь 0,045-0,075, алюминий 0,175-0,225, инертный наполнитель - остальное. В качестве инертного наполнителя используют глинозем или кварцевый песок с зернистостью 0,15-0,7 мм. Изотермическую выдержку проводят в течение 1,0-3,0 часов при температуре 440±10°С с получением защитного покрытия толщиной 30-80 мкм, содержащего следующие компоненты, мас.%: железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-0,6, алюминий 0,2-0,3. Полученное покрытие имеет микротвердость, определенную по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды (по Виккерсу), в пределах 4500-5250 МПа.

Технический результат от применения предложенного способа нанесения защитного диффузионного покрытия на резьбовые участки и примыкающие к ним поверхности насосно-компрессорных и обсадных труб, а также от применения указанных труб с описанным защитным покрытием заключается в увеличении срока службы труб и, как следствие, в повышении производительности и снижении стоимости работ при газонефтедобыче.

Защитное покрытие с указанным выше составом не склонно к старению, что свойственно защитным слоям из полимерных материалов, растрескиванию, характерному для стеклоэмалевых и силикатных материалов, а также менее подвержено разрушению слоя за счет потери атомов цинка из-за возникновения гальванической пары Fe-Zn, чем при создании защитного железоцинкового покрытия, в эксплуатационных условиях играет роль твердой смазки для резьбовой пары «муфта-труба».

Для получения защитного покрытия на резьбовой поверхности стальной бурильной трубы резьбовые участки стальной трубы и примыкающие к ним поверхности помещают в контейнеры с диффузионной смесью. Диффузионная смесь состоит из смеси цинкового, медного и алюминиевого порошка зернистостью 0,1-0,5 мм и инертного наполнителя - кварцевого песка или глинозема зернистостью 0,15-0,70 мм.

Приготавливают диффузионную смесь, содержащую смесь металлических порошков и инертного наполнителя, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк	25-40
Медь	0,045-0,075
Алюминий	0,175-0,225
Инертный наполнитель	остальное.

Сначала приготавливают смесь металлических порошков перемешиванием в мешалке для получения скатанной формы частиц и просеивают через сито с размером ячейки 0,5 мм. Инертный наполнитель перемешивают и просеивают отдельно через сито с размером ячейки 0,7 мм. Затем обе составляющие части диффузионной смеси объединяют и вновь перемешивают. Стальную трубу с резьбовыми концами и примыкающими к ним поверхностями, помещенными в контейнеры с диффузионной смесью, загружают в печь и производят покрытие защитным слоем путем изотермической выдержки при температуре 440±10°С в течение от 1,0 до 3,0 часов с последующим охлаждением на воздухе.

В зависимости от температуры, размеров трубы, времени выдержки и других параметров поверхность защитного покрытия будет содержать следующие компоненты, мас.%: железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-0,6, алюминий 0,2-0,3. Толщина покрытия в зависимости от времени изотермической выдержки может быть получена в пределах от 30 до 80 мкм.

Содержание ингредиентов и режим выполнения процесса приведен в табл.1.

В таблице 2 приведены результаты измерения микротвердости поверхностного защитного слоя для различных материалов.

Измерение микротвердости проводили вдавливанием алмазных наконечников по ГОСТ 9450-76 «Измерение стандарт микротвердости вдавливанием алмазных наконечников». Настоящий стандарт определяет измерение микротвердости металлов и сплавов методом восстановленного отпечатка четырехгранной пирамидой с квадратным основанием (по Виккерсу). Этот метод является стандартным при измерении защитных слоев, в частности из железоцинкового покрытия. Нагрузка на индентор при измерении микротвердости составляла 10 г.

Таким образом, изготовленная в соответствии с предлагаемым способом насосно-компрессорная или бурильная труба позволяет получить заявленный технический результат, заключающийся в увеличении срока службы, производительности и снижении стоимости работ при нефтегазодобыче.

Таблица 1.
Параметры диффузионного покрытия	Образующийся слой защитного покрытия
Температура Обработки, °С	Продолжит. Обработки, час.	Содержание металл. ингредиентов в дифф. смеси, % (по массе)	Толщина, мкм.	Содержание ингредиентов в покрытии, % (по массе)	Твердость, МПа
Zn	Cu	Al	Zn	Fe	Cu	Al
440±10	1,0	25-40	0,045-0,075	0,175-0,225	30,0	93,4	6,0	0,4	0,2	4500
440±10	3,0	25-40	0,045-0,075	0,175-0,225	80,0	84,1	15,0	0,6	0,3	5250
Таблица 2.
№п/п	Вид (тип) защитного слоя	Микротвердость защитного слоя, МПа
1.	Слой из цинкжелезомедноалюминиевого сплава	4500-5250
2.	Гальванический цинковый слой	300-380
3.	Металлизационный цинковый слой	200-280
4.	Фосфатный защитный слой	150-250
5.	Сталь 5СП	1422-470
6.	Сталь 20	2265-2540
7.	Сталь 22А «селект»	3138-3187

1. Способ получения защитного диффузионного покрытия на резьбовых участках стальной трубы и примыкающих к ним поверхностях, включающий обработку резьбовых участков и примыкающих к ним поверхностей трубы путем изотермической выдержки в диффузионной смеси, содержащей металлический порошок и порошок инертного наполнителя, и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что используют диффузионную смесь, содержащую металлический порошок, состоящий из смеси порошков цинка, меди и алюминия зернистостью 0,1-0,5 мм, при следующем содержании компонентов в диффузионной смеси, мас.%: цинк 25-40, медь 0,045-0,075, алюминий 0,175-0,225, инертный наполнитель - остальное, изотермическую выдержку проводят в течение 1,0-3,0 ч при температуре 440±10°С с получением защитного покрытия толщиной 30-80 мкм, содержащего следующие компоненты, мас.%: железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-0,6, алюминий 0,2-0,3, при этом покрытие имеет микротвердость, определенную по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды в пределах 4500-5250 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед помещением резьбовых участков трубы и примыкающих к ним поверхностей в диффузионную смесь, смесь перемешивают для придания ее частицам скатанной формы.

3. Насосно-компрессорная труба, содержащая корпус с по меньшей мере одним участком резьбы с защитным покрытием, отличающаяся тем, что защитное покрытие получено способом по п.1.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и эксплуатации трубопроводов в нефтегазодобывающей промышленности. .

Металлическая труба с внутренним покрытием // 2221962

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и эксплуатации трубопроводов. .

Способ защиты от коррозии сварного шва и околошовной зоны соединения металлического трубопровода // 2205323

Изобретение относится к трубопроводной арматуре. .

Способ антикоррозионной защиты сварных стыков трубопроводов с внутренним покрытием // 2162188

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и ремонте трубопроводов, предназначенных для транспортирования воды в системах холодного и горячего водоснабжения коммунального хозяйства, а также для транспортирования нефти, нефтепродуктов, газов, различных агрессивных сред.

Способ нанесения антикоррозионного покрытия на внутреннюю поверхность трубы // 2137976

Устройство для нанесения антикоррозионного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода // 1368560

Изобретение относится к эксплуатации магистральных трубопроводов, в частности к защите водопроводов от коррозии, и позволяет повысить производительность за счет увеличения скорости нанесения коррозионно-стойкого вещества на заищщаемую поверхность.

Способ диффузионного цинкалюминирования металлических материалов в псевдоожиженном слое // 2277608

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости металлических материалов.

Смесь для термодиффузионного насыщения изделий из бронз // 2125116

Изобретение относится к области металлургии. .

Порошкообразный состав для диффузионного никельалитирования медных изделий // 2094526

Способ химико-термической обработки стальных изделий // 2078848

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий. .

Состав для алюмоцирконосилицирования стали и сплавов // 2048604

Состав для комплексной химико-термической обработки твердосплавного инструмента // 2044107

Суспензия для алюмосилицирования металлических деталей // 2032764

Изобретение относится к металлургии, в частности к химикотермической обработке металлических деталей. .

Состав для комплексного насыщения стальных изделий, работающих при высоких температурах // 2015204

Изобретение относится к металлургии, а именно к порошковым составам для диффузионного многокомпонентного насыщения деталей термического производства. .

Состав для отжига никель-фосфорных химических покрытий на титановых сплавах // 2015203

Способ получения покрытий на поверхности стальных изделий // 2009271

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в частности к способам получения жаростойких покрытий на поверхности стальных изделий, в том числе муфелей, радиационных труб и других элементов печного оборудования.

Способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа // 2406782

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из порошковых материалов на основе железа

Способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов // 2462535

Изобретение относится к металлургии, в частности к разделу химико-термической обработки деталей

Способ диффузионного нанесения защитного покрытия из сплава циркония и кремния на поверхность стальных изделий // 2564646

Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных изделий и может быть использовано, преимущественно, при производстве систем водяного охлаждения, систем холодного и горячего водоснабжения. Способ диффузионного нанесения защитного покрытия из сплава циркония и кремния на поверхность стальных изделий включает подготовку диффузионной среды из смеси порошков, содержащих пассивирующие элементы в виде циркония и кремния, обеспечение контакта стальных изделий с диффузионной средой, нагрев стальных изделий с диффузионной средой до температуры восстановления упомянутых пассивирующих элементов, составляющей 900-950°C, последующее охлаждение и извлечение стальных изделий из отработанной диффузионной среды, содержащей упомянутые пассивирующие элементы. Для подготовки диффузионной среды используют 60-65% цирконового концентрата, имеющего в своем составе пассивирующие элементы в виде циркония и кремния, 15-20% чистого фторцирконата кальция и 15-20% чистого флюорита, полученную смесь переводят в твердожидкое состояние с образованием расплавленных фторидов и оксидных твердых растворов. Затем полученные расплавленные фториды и оксидные твердые растворы в течение 15-30 минут подвергают активированию током при напряжении 42-50 В с образованием нестабильного твердого электролита на основе оксидов циркония и кремния, содержащего фторцирконат и фторид кальция по границам зерен. Затем упомянутый электролит подвергают медленному охлаждению до образования монолитного состояния, после чего охлажденный упомянутый электролит размалывают до состояния порошка. Обеспечивают контакт стальных изделий с диффузионной средой путем засыпки полученной порошковой смесью стальных изделий. Охлаждение стальных изделий в диффузионной смеси проводят до температуры 400-450°C. Обеспечивается увеличение безремонтного срока службы стальных изделий с защитным покрытием до срока службы основного сооружения за счет увеличения толщины защитного слоя, а также обеспечение его экономической чистоты. 1 табл., 2пр.

Способ формирования защитного покрытия на поверхности металлической детали // 2579404

Изобретение относится к способу формирования на поверхности металлической детали защитного покрытия, содержащего алюминий и цирконий. Проводят этапы, на которых деталь и карбюризатор из сплава алюминия вводят в контакт с газом при температуре обработки в камере обработки, при этом газ содержит газ-носитель и активатор, активатор взаимодействует с карбюризатором с образованием газообразного галогенида алюминия, который разлагается на поверхности детали с осаждением на нее металлического алюминия. Активатор содержит соль циркония, полученную из гранулированной соли циркония, при этом реакции диссоциации соли циркония протекают в интервале температур диссоциации с образованием на поверхности детали покрытия из металлического Zr. Осуществляют постепенный нагрев детали, карбюризатора и гранул соли циркония в камере, начиная от комнатной температуры до температуры обработки. Давление в камере обработки поддерживают повышенным по сравнению с атмосферным без циркуляции газа-носителя в интервале температур, соответствующем реакциям диссоциации соли циркония. Обеспечивают циркуляцию газа-носителя через камеру после превышения температуры в камере интервала температур диссоциации соли циркония, формируют на поверхности диффузный алюминирующий слой, формируют дополнительный алюминирующий слой на диффузном алюминирующем слое, сформированном на поверхности металлической детали. Цирконий осаждают на межфазной границе между диффузным алюминирующим слоем и дополнительным алюминирующим слоем. Обеспечивается увеличенный срок службы изделия за счет улучшения его коррозионной стойкости. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы // 2583222

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, включающий нанесение на поверхность при помощи высокотемпературных нанесений порошка металлов с эффектом памяти формы и термомеханическую обработку полученного покрытия, предусматривающую пластическую деформацию покрытия, проводимую по этапам, и отжиг, причем отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации, а закалку проводят после этапов термомеханической обработки с последующим охлаждением в жидком азоте, в качестве порошка, наносимого на поверхность, используют смесь титана (Ti), никеля (Ni) и циркония (Zr), а само нанесение порошка осуществляют путем диффузионной металлизации, при этом пластическую деформацию полученного покрытия проводят в пять этапов, на первом этапе в интервале температур 400-450°C со степенью пластической деформации ε≥2,5%, на втором этапе в интервале температур 480-500°C со степенью пластической деформации ε≥5%, на третьем этапе в интервале температур 500-520°C со степенью пластической деформации ε≥7%, на четвертом этапе в интервале температур 520-550°C со степенью пластической деформации ε≥12%, на пятом этапе в интервале температур 550-600°C со степенью пластической деформации ε≥15%. Технический результат: получение наноструктурированного покрытия TiNiZr с эффектом памяти формы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.