石油钻具螺纹刷镀铜技术.doc

石油钻具螺纹刷镀铜技术薛伯生南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司   江苏常州()摘要  本文综述了石油钻具螺纹镀铜的各种镀覆方法的优劣,重点介绍了石油钻具螺纹电刷镀使用的阳极、包裹材料、溶液及工艺。关键词  钻具螺纹  电刷镀    钻具是石油钻井施工中传输动力、疏导泥浆的重要工具,工作中钻具与钻具之间大扭矩上卸扣很频繁,泥浆介质对其也有一定程度的侵蚀,造成钻具螺纹腐蚀和磨损严重。石油钻具螺纹在设计时要求进行防腐减磨处理,实际使用时更需要对其进行防腐减磨防护,开展钻具螺纹防护技术专项研究对降低钻具使用费用具有重要的实际意义。  国内外主要采用对螺纹表面进行表面感应淬火强化处理,以增加螺纹牙的强度和硬度,采用镀铜方法对石油钻杆螺纹进行防腐减磨防护。石油钻杆螺纹镀铜,有多种镀覆方法可供选择:电镀、流镀、自动摩擦电喷镀、手工电刷镀、自动电刷镀。电镀是把螺纹头放入电镀槽中浸镀,而后把螺纹头与钻杆管体进行焊接,该工艺采用电镀槽及今年电镀设备,由于环保问题,电镀上马困难。电刷镀可以不将螺纹头与钻杆管体分割,工艺灵活,钻具螺纹较重,在现场电刷镀施工可以节省运费。手工电刷镀设备简单,投入少,上马快。自动电刷镀、自动摩擦电喷镀各道工序都是程序控制,避免了手工操作而影响镀层质量,但投入太大。目前在国内进行批量生产的镀覆方法主要是电镀、电刷镀。自动摩擦电喷镀是在总结了电刷镀、流镀和摩擦电喷镀技术的特点基础上研究出来的一种新技术,解决了镀层均匀性问题,均匀的镀层对提高钻具螺纹防磨和减磨性能具有积极的作用,有待重点发展。各种镀覆方法优缺点比较见表1。表1工艺方法镀层外观螺纹大小头镀层厚度均匀性齿顶、侧、底镀层厚度均匀性镀覆效率工装成本镀覆成本工艺灵活性电镀较好较好差高低低差流镀较差较好较差较高较高较高较差自动摩擦电喷镀较好较好较好较高高较高差手工电刷镀好较差较好较低低高好自动电刷镀好差较好较低高高差国内目前投入批量生产的方法主要是电镀和手工电刷镀,本文主要介绍石油钻杆螺纹电刷镀铜的阳极、包裹材料、溶液及工艺。 1.         电刷镀阳极的选择钻具螺纹刷镀铜最初是使用绒布包裹石墨作为仿形阳极,工作中绒布极易被钻具螺纹磨穿,而造成阴阳极短路,仿形螺纹也容易被电化学腐蚀掉。刷镀中需要经常进行仿形石墨阳极修扣和重新包裹,工作效率低。仿形金属阳极克服了石墨阳极容易被化学腐蚀的缺点,使用寿命大大延长。螺纹刷镀铜虽然采用了与钻具螺纹仿形的阳极,但由于其包裹了绒布,其阳极扣形角就变成了钝角,阳极与钻具螺纹接触后,阴阳极间距不同,造成刷镀铜后钻具螺纹牙顶、牙侧、牙根部的镀层厚度很不均匀,牙顶镀层最厚,牙根部镀层最薄,最大差20倍。为了解决刷镀铜后钻具螺纹牙顶、牙侧、牙根部的镀层厚度不均匀的问题,研制出了单片金属组合阳极,各种阳极优缺点比较见表2。仿形阳极制作成本较高,镀层厚度齿顶、侧、底均匀性依然不好,单片金属组合阳极有待重点研发。表2阳极材料制作成本使用寿命刷镀速度镀层厚度齿顶、侧、底均匀性仿形石墨阳极较高短慢差仿形金属阳极较高较长较快差单片金属组合阳极较低长较快较好 2.         电刷镀阳极包裹材料的选择螺纹刷镀过程中,阳极与螺纹面相对运动,尤其是螺纹齿顶棱角与阳极包裹材料直接摩擦,包裹材料更容易破损,螺纹刷镀包裹材料除了具备一般包裹材料的性能如耐酸碱性、抗氧化性、吸水性外