專利名稱：離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管端部陶瓷層增韌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管兩端陶瓷層增韌的方法。
背景技術(shù)：
油田井下環(huán)境十分惡劣，井液溫度高且含有H2S、CO2等腐蝕介質(zhì)，而且在斜井或水 平井中抽油桿柱和油管之間的偏磨非常嚴重，因此腐蝕和磨損是造成油管早期失效的兩大 原因。出于開采成本考慮，國內(nèi)外抽油管普遍采用價格低廉的結(jié)構(gòu)鋼制油管(N80和J55等 型號)，這些油管的耐蝕性和耐磨性差強人意，在苛刻井況下的使用壽命平均不足兩年。離 心自蔓延高溫合成陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管是解決普通抽油管腐蝕和磨損難題的理想途徑。離心 自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)制備陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管是近年來興起的一項新型材料合成技術(shù)， 主要優(yōu)點是α -Al2O3陶瓷內(nèi)襯層具有高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，在防腐耐磨方面陶瓷內(nèi)襯復(fù) 合鋼管具有極大的優(yōu)越性。陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管在下井操作過程中，管端經(jīng)常與裝卡工具發(fā) 生碰撞，此外管接箍上扣過程中，基體鋼管變形也會對陶瓷內(nèi)襯產(chǎn)生擠壓和沖擊，會造成端 部陶瓷內(nèi)襯的破裂和崩瓷，因此，提高陶瓷內(nèi)襯層的韌性具有重要工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管兩端陶瓷層增韌的方法，以 使兩端陶瓷層具有較高的機械沖擊性能和斷裂韌性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管端部陶瓷層增 韌方法，其特征在于裝料時，油管內(nèi)兩端各20厘米長度范圍內(nèi)布置重量百分比含量為 5% -6%的0. 4-0. 6 μ m粒度的3mol%的氧化釔穩(wěn)定&02與重量百分比含量為94% -95% 的Al+Fe203鋁熱劑混合粉料，管內(nèi)其余部分仍布置普通Al+Fe203鋁熱劑混合粉料，離心自蔓 延高溫反應(yīng)后，在復(fù)合油管兩端各20厘米長度內(nèi)生成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層，其余部分 仍為普通α-Al2O3陶瓷內(nèi)襯層。3mol %的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯中的3mol %是指氧化鋯的含量，是一種產(chǎn)品規(guī)格。本發(fā)明通過在兩端各20厘米長度內(nèi)形成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層的結(jié)構(gòu)設(shè)計， 使兩端陶瓷層具有較高的機械沖擊性能和斷裂韌性，氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層的組織由 Al2O3顆粒和位于邊界上&02組成，硬度為HVl 150-1200，厚度為1. 7-2. 0mm，采用25J落錘 沖擊20-22次開始出現(xiàn)宏觀裂紋或剝落；工藝過程簡單，生產(chǎn)效率高；本發(fā)明制備的陶瓷內(nèi) 襯復(fù)合油管兩端陶瓷層的耐沖擊效果明顯優(yōu)于α -Al2O3陶瓷內(nèi)襯層。


圖1為離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管一端陶瓷層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層的顯微組織；圖3為氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式圖1中鋼管材料1、鐵層2、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層3、普通氧化鋁陶瓷層4。實施例11、混料按6%重量百分比含量將0. 3-0. 5 μ m粒度的3mol %的氧化釔穩(wěn)定粉末與 94%重量百分比含量的Al+Fe203鋁熱劑粉末在混料機內(nèi)充分混合1小時；2、裝料用裝料器將混料布置在水平放置的油管兩端各20厘米長度內(nèi)，油管內(nèi)其余部分 布置普通Al+Fe203鋁熱劑粉末，然后兩端加裝護帽；3、離心自蔓延合成參見ZL200710055681. 1。將裝好反應(yīng)物的鋼管卡到離心機上，啟動離心機，達到預(yù) 定轉(zhuǎn)速后，在管的一端引燃反應(yīng)物，冷卻后，即在復(fù)合油管兩端各有20厘米長的氧化鋯增 韌氧化鋁陶瓷層。實施例21、混料按5%重量百分比含量將0. 3-0. 5 μ m粒度的3mol %的氧化釔穩(wěn)定粉末與 95%重量百分比含量的Al+Fe203鋁熱劑粉末在混料機內(nèi)充分混合1小時；2、裝料用裝料器將混料布置在水平放置的油管兩端20厘米長度內(nèi)，油管內(nèi)其余部分布 置普通Al+Fe203鋁熱劑粉末，然后兩端加裝護帽；3、離心自蔓延合成將裝好反應(yīng)物的鋼管卡到離心機上，啟動離心機，達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，在管的一端引 燃反應(yīng)物，冷卻后，即在復(fù)合油管兩端各有20厘米長的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層。試驗例1采用上述方法制備的Φ73mm的N80陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管兩端進行25J落錘沖擊試 驗，平均沖擊20次后，陶瓷層開裂或崩落，采用IOKg載荷壓痕法測量陶瓷層的斷裂韌性值 為5MPam_"2。在25J落錘沖擊試驗條件下，普通Φ73πιπι的Ν80陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管陶瓷層， 在平均沖擊6次后陶瓷層開裂或崩落，壓痕法測量陶瓷層的斷裂韌性值為1. 3ΜΡ__"2。試驗例2采用上述方法制備的Φ73πιπι的J55陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管兩端進行25J落錘沖擊試 驗，平均沖擊22次后，陶瓷層開裂或崩落，采用IOKg載荷壓痕法測量陶瓷層的斷裂韌性值 為5. 3ΜΡΠΓ1氣在25J落錘沖擊試驗條件下，普通Φ73mm的J55陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管陶瓷層， 在平均沖擊3次后陶瓷層開裂或崩落，壓痕法測量陶瓷層的斷裂韌性值為1. 5ΜΡ__"2。
權(quán)利要求
一種離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管端部陶瓷層增韌方法，其特征在于裝料時，油管內(nèi)兩端各20厘米長度范圍內(nèi)布置重量百分比含量為5％ 6％的0.4 0.6μm粒度的3mol％的氧化釔穩(wěn)定ZrO2與重量百分比含量為94％ 95％的Al+Fe2O3鋁熱劑混合粉料，管內(nèi)其余部分仍布置普通Al+Fe2O3鋁熱劑混合粉料，離心自蔓延高溫反應(yīng)后，在復(fù)合油管兩端各20厘米長度內(nèi)生成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層，其余部分仍為普通α Al2O3陶瓷內(nèi)襯層。
全文摘要
一種離心自蔓延陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管端部陶瓷層增韌方法，其特征在于裝料時，油管內(nèi)兩端各20厘米長度范圍內(nèi)布置5％-6％的0.4-0.6μm粒度的3mol％的氧化釔穩(wěn)定ZrO2與95％-94％的Al+Fe2O3鋁熱劑混合粉料，管內(nèi)其余部分仍布置普通Al+Fe2O3鋁熱劑混合粉料，離心自蔓延高溫反應(yīng)后，在復(fù)合油管兩端各20厘米長度內(nèi)生成氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層，其余部分仍為普通α-Al2O3陶瓷內(nèi)襯層。本發(fā)明使兩端陶瓷層具有較高的機械沖擊性能和斷裂韌性，氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷層的組織由Al2O3顆粒和位于邊界上ZrO2組成，硬度為HV1150-1200，厚度為1.7-2.0mm，采用25J落錘沖擊20-22次開始出現(xiàn)宏觀裂紋或剝落；工藝過程簡單，生產(chǎn)效率高；本發(fā)明制備的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管兩端陶瓷層的耐沖擊效果明顯優(yōu)于α-Al2O3陶瓷內(nèi)襯層。
文檔編號B28B21/92GK101934555SQ20101025677
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者仲光哲, 孫世杰, 李振杰, 楊永利 申請人:楊永利