CN101934555B - 离心自蔓延陶瓷内衬复合油管端部陶瓷层增韧方法 - Google Patents
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Abstract
一种离心自蔓延陶瓷内衬复合油管端部陶瓷层增韧方法，其特征在于：装料时，油管内两端各20厘米长度范围内布置5％-6％的0.4-0.6μm粒度的3mol％的钇稳定ZrO2与95％-94％的Al+Fe2O3铝热剂混合粉料，管内其余部分仍布置普通Al+Fe2O3铝热剂混合粉料，离心自蔓延高温反应后，在复合油管两端各20厘米长度内生成氧化锆增韧氧化铝陶瓷层，其余部分仍为普通α-Al2O3陶瓷内衬层。本发明使两端陶瓷层具有较高的机械冲击性能和断裂韧性，氧化锆增韧氧化铝陶瓷层的组织由Al2O3颗粒和位于边界上ZrO2组成，硬度为HV1150-1200，厚度为1.7-2.0mm，采用25J落锤冲击20-22次开始出现宏观裂纹或剥落；工艺过程简单，生产效率高；本发明制备的陶瓷内衬复合油管两端陶瓷层的耐冲击效果明显优于α-Al2O3陶瓷内衬层。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心自蔓延陶瓷内衬复合油管两端陶瓷层增韧的方法。
背景技术
油田井下环境十分恶劣，井液温度高且含有H2S、CO2等腐蚀介质，而且在斜井或水平井中抽油杆柱和油管之间的偏磨非常严重，因此腐蚀和磨损是造成油管早期失效的两大原因。出于开采成本考虑，国内外抽油管普遍采用价格低廉的结构钢制油管(N80和J55等型号)，这些油管的耐蚀性和耐磨性差强人意，在苛刻井况下的使用寿命平均不足两年。离心自蔓延高温合成陶瓷内衬复合油管是解决普通抽油管腐蚀和磨损难题的理想途径。离心自蔓延高温合成(SHS)技术制备陶瓷内衬复合管是近年来兴起的一项新型材料合成技术，主要优点是α-Al2O3陶瓷内衬层具有高的硬度和化学稳定性，在防腐耐磨方面陶瓷内衬复合钢管具有极大的优越性。陶瓷内衬复合油管在下井操作过程中，管端经常与装卡工具发生碰撞，此外管接箍上扣过程中，基体钢管变形也会对陶瓷内衬产生挤压和冲击，会造成端部陶瓷内衬的破裂和崩瓷，因此，提高陶瓷内衬层的韧性具有重要工程意义。
发明内容
本发明目的是提供一种离心自蔓延陶瓷内衬复合油管两端陶瓷层增韧的方法，以使两端陶瓷层具有较高的机械冲击性能和断裂韧性。
为实现上述目的，本发明提供一种离心自蔓延陶瓷内衬复合油管端部陶瓷层增韧方法，其特征在于：装料时，油管内两端各20厘米长度范围内布置重量百分比含量为5％-6％的0.4-0.6μm粒度的3mol％的钇稳定ZrO2与重量百分比含量为94％-95％的Al+Fe2O3铝热剂混合粉料，管内其余部分仍布置普通Al+Fe2O3铝热剂混合粉料，离心自蔓延高温反应后，在复合油管两端各20厘米长度内生成氧化锆增韧氧化铝陶瓷层，其余部分仍为普通α-Al2O3陶瓷内衬层。
3mol％的氧化钇稳定氧化锆中的3mol％是指氧化锆的含量，是一种产品规格。
本发明通过在两端各20厘米长度内形成氧化锆增韧氧化铝陶瓷层的结构设计，使两端陶瓷层具有较高的机械冲击性能和断裂韧性，氧化锆增韧氧化铝陶瓷层的组织由Al2O3颗粒和位于边界上ZrO2组成，硬度为HV1150-1200，厚度为1.7-2.0mm，采用25J落锤冲击20-22次开始出现宏观裂纹或剥落；工艺过程简单，生产效率高；本发明制备的陶瓷内衬复合油管两端陶瓷层的耐冲击效果明显优于α-Al2O3陶瓷内衬层。
附图说明
图1为离心自蔓延陶瓷内衬复合油管一端陶瓷层结构示意图；
图2为氧化锆增韧氧化铝陶瓷层的显微组织；
图3为氧化锆增韧氧化铝陶瓷层的X射线衍射图谱。
具体实施方式
图1中：钢管材料 1、铁层 2、氧化锆增韧氧化铝陶瓷层 3、普通氧化铝陶瓷层4。
实施例1
1、混料
按6％重量百分比含量将0.3-0.5μm粒度的3mol％的钇稳定ZrO2粉末与94％重量百分比含量的Al+Fe2O3铝热剂粉末在混料机内充分混合1小时；
2、装料
用装料器将混料布置在水平放置的油管两端各20厘米长度内，油管内其余部分布置普通Al+Fe2O3铝热剂粉末，然后两端加装护帽；
3、离心自蔓延合成
参见ZL200710055681.1。将装好反应物的钢管卡到离心机上，启动离心机，达到预定转速后，在管的一端引燃反应物，冷却后，即在复合油管两端各有20厘米长的氧化锆增韧氧化铝陶瓷层。
实施例2
1、混料
按5％重量百分比含量将0.3-0.5μm粒度的3mol％的钇稳定ZrO2粉末与95％重量百分比含量的Al+Fe2O3铝热剂粉末在混料机内充分混合1小时；
2、装料
用装料器将混料布置在水平放置的油管两端20厘米长度内，油管内其余部分布置普通Al+Fe2O3铝热剂粉末，然后两端加装护帽；
3、离心自蔓延合成
将装好反应物的钢管卡到离心机上，启动离心机，达到预定转速后，在管的一端引燃反应物，冷却后，即在复合油管两端各有20厘米长的氧化锆增韧氧化铝陶瓷层。
试验例1
采用上述方法制备的Φ73mm的N80陶瓷内衬复合油管两端进行25J落锤冲击试验，平均冲击20次后，陶瓷层开裂或崩落，采用10Kg载荷压痕法测量陶瓷层的断裂韧性值为5MPam-1/2。在25J落锤冲击试验条件下，普通Φ73mm的N80陶瓷内衬复合油管陶瓷层，在平均冲击6次后陶瓷层开裂或崩落，压痕法测量陶瓷层的断裂韧性值为1.3MPam-1/2。
试验例2
采用上述方法制备的Φ73mm的J55陶瓷内衬复合油管两端进行25J落锤冲击试验，平均冲击22次后，陶瓷层开裂或崩落，采用10Kg载荷压痕法测量陶瓷层的断裂韧性值为5.3MPm-1/2。在25J落锤冲击试验条件下，普通Φ73mm的J55陶瓷内衬复合油管陶瓷层，在平均冲击3次后陶瓷层开裂或崩落，压痕法测量陶瓷层的断裂韧性值为1.5MPam-1/2。
Claims (1)
1.一种离心自蔓延陶瓷内衬复合油管端部陶瓷层增韧方法，其特征在于：装料时，油管内两端各20厘米长度范围内布置重量百分比含量为5％-6％的0.4-0.6μm粒度的3mol％的钇稳定ZrO2与重量百分比含量为94％-95％的Al+Fe2O3铝热剂混合粉料，管内其余部分仍布置普通Al+Fe2O3铝热剂混合粉料，离心自蔓延高温反应后，在复合油管两端各20厘米长度内生成氧化锆增韧氧化铝陶瓷层，其余部分仍为普通α-Al2O3陶瓷内衬层。
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