几种化学热处理工艺的渗层在油井产出液中的腐蚀和摩擦学行为研究

论文摘要

随着我国油田生产的不断发展和油田井产出液含水量的升高,有杆泵采油过程中的腐蚀与管杆偏磨问题越来越严重,而且腐蚀和磨损的交互作用更加大了对有杆泵采油生产的危害,造成巨大的直接和间接经济损失。本文在深入研究渗锌处理工艺对提高材料防腐和耐磨性能的作用的基础上,针对实际生产中使用的抽油管材料,通过摩擦学试验、电化学试验以及金相组织分析,试验研究了渗锌、渗氮和渗氮渗锌复合处理工艺对N80钢在不同含水量的油井产出液中的腐蚀学与摩擦学性能的影响;探讨了温度和时间因素对N80钢渗锌层组织和性能的影响规律,确定了最佳工艺规范;提出了N80钢渗氮渗锌复合处理工艺,以及分别对抽油管/杆进行渗锌、渗氮处理的表面保护新工艺。本论文研究的主要内容和取得的主要成果有:1.对N80钢试样在不同的温度和时间参数下进行渗锌处理,观察渗层的金相组织,分析研究了温度和时间对渗层组织的影响,并研究了温度和时间对渗层生长动力学参数的影响,确定了N80钢的最佳渗锌工艺参数。2.研究了渗氮渗锌复合处理工艺,在N80钢上制备出渗渗锌复合处理层;通过金相分析确定了渗氮渗锌复合处理层的组织结构。3.对渗层腐蚀学特性进行了研究,分别测试了N80钢、N80钢渗锌层、N80渗氮层和N80渗氮渗锌复合渗层在油井产出液废水中的Tafel曲线,测得各种渗层在油井产出液废水中的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度。发现N80渗锌、渗氮以及复合渗的渗层在油井产出液废水中的自腐蚀电位都低于N80钢的自腐蚀电位,可以作为牺牲阳极对N80基体提供保护。渗锌层的自腐蚀电流密度最小,对N80钢的腐蚀防护作用最大。渗氮层的自腐蚀电流密度最大,耐腐蚀性能较差。4.研究了渗锌、渗氮和复合处理工艺对N80钢/GCr15钢摩擦副材料摩擦磨损性能的影响。探讨了N80钢/GCr15摩擦副材料分别进行渗氮、渗锌处理的摩擦学行为,通过研究发现:渗锌试样的磨损率随含水量升高而增大,在75%时最大;渗锌试样和与之对磨的GCr15试样在磨损试验中没有发现明显的腐蚀现象;渗氮试样的摩擦系数和磨损率低于渗锌试样,但是渗氮处理试样在高含水量油井产出液介质里磨损率呈加速增大趋势;渗氮渗锌复合处理试样的摩擦系数和磨损率都比渗锌试样要低;摩擦副材料N80渗氮+GCr15渗锌处理的处理方式能有效降低抽油管材料的磨损率,在低含水量下磨损率与渗氮处理的磨损率相当,在95%的水量下磨损率只有渗氮处理的51.2%,渗锌处理层还可为相互接触的摩擦副材料提供牺牲阳极保护,提高耐腐蚀性能,适合在高含水量下抽油管材料的防护。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景与现实意义
• 1.2 杆式抽油的管杆偏磨产生原理
• 1.2.1 有杆抽油系统的抽油原理
• 1.2.2 管杆偏磨产生的原因
• 1.3 抽油管、杆的腐蚀磨损行为研究的现状
• 1.3.1 力学机理的研究进展
• 1.3.2 抽油管、杆材料的腐蚀行为方面的研究进展
• 1.3.3 抽油管、杆材料摩擦学行为的研究进展
• 1.3.4 渗锌工艺及其在抽油管、杆上应用的研究进展
• 1.4 本文的研究思路
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 N80钢渗锌及渗氮渗锌复合处理工艺研究
• 2.1 N80渗锌工艺及渗层组织研究
• 2.1.1 热扩散渗锌的基本原理
• 2.1.2 渗锌工艺及组织试验方法
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.2 渗氮渗锌复合处理工艺研究
• 2.2.1 离子渗氮的原理
• 2.2.2 复合渗工艺过程
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 第三章 渗层的腐蚀学试验
• 3.1 渗层的腐蚀速率
• 3.2 渗层的电化学阻抗
• 3.3 本章小结
• 第四章 渗层的摩擦学试验
• 4.1 试验材料
• 4.2 试验设备
• 4.3 试验结果及讨论
• 4.3.1 N80钢渗锌后的摩擦学试验
• 4.3.2 N80钢渗氮后的摩擦学试验
• 4.3.3 N80钢渗氮渗锌复合处理后的摩擦学试验
• 4.3.4 N80钢渗氮处理+GCr15渗锌处理的摩擦学试验
• 4.3.5 几种不同化学热处理渗层摩擦学性能比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及研究展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢