2021年石油钻具螺纹刷镀铜核心技术.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   江苏常州（213011）
摘要  本文综述了石油钻具螺纹镀铜多种镀覆方法优劣，关键介绍了石油钻具螺纹电刷镀使用阳极、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、疏导泥浆关键工具，工作中钻具和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题研究对降低钻具使用费用含相关键实际意义。  中国外关键采取对螺纹表面进行表面感应淬火强化处理，以增加螺纹牙强度和硬度，采取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，有多个镀覆方法可供选择：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，以后把螺纹头和钻杆管体进行焊接，该工艺采取电镀槽及今年电镀设备，因为环境保护问题，电镀上马困难。电刷镀能够不将螺纹头和钻杆管体分割，工艺灵活，钻具螺纹较重，在现场电刷镀施工能够节省运费。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全部是程序控制，避免了手工操作而影响镀层质量，但投入太大。现在在中国进行批量生产镀覆方法关键是电镀、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特点基础上研究出来一个新技术，处理了镀层均匀性问题，均匀镀层对提升钻具螺纹防磨和减磨性能含有主动作用，有待关键发展。多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
很好
很好
差
高
低
低
差
流镀
较差
很好
较差
较高
较高
较高
较差
自动摩擦电喷镀
很好
很好
很好
较高
高
较高
差
手工电刷镀
好
较差
很好
较低
低
高
好
自动电刷镀
好
差
很好
较低
高
高
差
中国现在投入批量生产方法关键是电镀和手工电刷镀，本文关键介绍石油钻杆螺纹电刷镀铜阳极、包裹材料、溶液及工艺。
 
1.         电刷镀阳极选择
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，仿形螺纹也轻易被电化学腐蚀掉。刷镀中需要常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轻易被化学腐蚀缺点，使用寿命大大延长。
螺纹刷镀铜即使采取了和钻具螺纹仿形阳极，但因为其包裹了绒布，其阳极扣形角就变成了钝角，阳极和钻具螺纹接触后，阴阳极间距不一样，造成刷镀铜后钻具螺纹牙顶、牙侧、牙根部镀层厚度很不均匀，牙顶镀层最厚，牙根部镀层最薄，最大差20倍。
为了处理刷镀铜后钻具螺纹牙顶、牙侧、牙根部镀层厚度不均匀问题，研制出了单片金属组合阳极，多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、底均匀性仍然不好，单片金属组合阳极有待关键研发。
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