专利名称：封闭式循环加热热磷化装置及磷化方法
技术领域：
本发明涉及钻具螺纹磷化技术领域，确切地说涉及一种对无法实施整体浸入式热
磷化的钻具螺纹进行磷化处理的装置和磷化方法。
背景技术：
在我国陆上油田，各管具公司(或管子站)对新加工接头螺纹和钻杆钻铤修扣后 的螺纹表面处理普遍使用镀铜或冷磷化工艺。 一般性使用中能够满足实际需要。但是，镀 铜工艺在提高螺纹耐磨和防粘扣性能方面，因现场涂镀速度慢影响涂层厚度而效果不佳； 冷磷化工艺简便，但磷化效果不及热磷化。尤其是当需磷化的钻具因体积大而无法放置在 室内，只能在室外作业时更不能满足冷磷化工艺的需要。冷磷化要求温度为15摄氏度，我 国西北地区室外平均气温多数时间低于此；冷磷化工件从磷化液中取出后，钝化过程仍在 进行，不可雨淋，也不宜在室外采用；作业方式为手工刷涂，对螺纹这样的复杂表面结构，往 往刷涂不均匀。以上因素均对磷化结果有不良影响。 在对壳牌公司的钻杆螺纹加工中，按照NS-1标准及美国格兰特钻杆螺纹修理授 权最低技术条件，要求对修理后的螺纹进行高温热磷化。高温热磷化的优点是膜抗蚀力强、 结合力好，采用浸泡式工艺效果最佳。浸泡式适合对未与管体焊接、表面无污染的新钻具接 头磷化，因此被钻具生产厂家广泛采用。但对长度达10米，外表面和水眼内有涂层、锈蚀等 杂质污染的整体钻杆，螺纹修理后如何进行热磷化，目前没有定型的装置和设备。据了解， 目前国内钻具修理企业普遍采用开放喷淋式热磷化，此方式因温度恒定困难、药液喷淋不 匀等问题，不是最佳的高温热磷化方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种适用于长度为IO米以上，外表面和水眼
内有涂层、锈蚀等杂质污染的整体钻杆螺纹修理后进行热磷化处理的封闭式循环加热热磷
化装置，同时本发明提供了该装置的磷化方法，本发明可控制温度、压力和流量对螺纹进行
半浸泡式磷化，解决了热磷化中温度恒定困难、药液喷淋不匀的技术问题。 本发明是通过采用下述技术方案实现的 —种封闭式循环加热热磷化装置，其特征在于包括流体加热器、磷化池、加热控 制器、喷头、循环管路、橡胶挡圈和胶塞，所述流体加热器和磷化池之间经循环管路连接，喷 头固定在磷化池上方，循环管路的出水口连接所述喷头，钻杆经管架支承并设置在磷化池 上方，胶塞安装在钻杆水眼内，橡胶挡圈套接在钻杆接头上，橡胶挡圈内壁与所述喷头外壁 紧密接触，螺纹伸入至喷头与橡胶挡圈形成的空腔内，加热控制器与流体加热器连接。
所述磷化池为两个，管架位于两磷化池之间，钻杆经管架支承并水平放置在两磷 化池之上。 所述喷头的个数为六个，两磷化池上方均各设有三个，喷头在磷化池上方均匀排 列。
所述磷化池为双层不锈钢结构，双层不锈钢之间填充有保温材料层，磷化池底部设有回水管线接口和废液排放口。
封闭式循环加热热磷化装置的磷化方法，其特征在于步骤如下 a、把橡胶挡圈套装在钻杆待磷化接头一端，移动磷化池，使磷化池上方的喷头外壁与橡胶挡圈内壁紧密接触； b、开启循环管路阀门，启动循环管路中的循环泵，待压力升至0.8Mpa循环畅通时，启动流体加热器，当流体加热器将磷化池中的磷化液加热至95t:时，打开喷头阀门，关小循环管路中的空载回液管阀门，进行磷化作业，磷化时间10-20分钟；
c、磷化完成后，开大循环管路中的空载回液管阀门，关闭喷头阀门，关闭流体加热器，待磷化液液温降至8(TC以下时关闭循环泵； 本方法进一步的技术方案是在a步骤前还有螺纹清洁和清洗步骤，先对钻杆螺纹进行清洁处理，并对螺纹部位清洗干净。 本方法进一步的技术方案是在a步骤前先用胶塞堵住钻杆水眼。 本方法进一步的技术方案是在螺纹清洁和清洗步骤与安装挡圈步骤之间，还要用
胶塞堵住钻杆水眼。 本方法进一步的技术方案是在c步骤后还有如下步骤先对磷化后的钻杆螺纹进行水洗处理，再取下橡胶挡圈和胶塞，然后对钻杆螺纹进行干燥、检验和涂油处理。
本发明专利的有益效果表现在 1、与现有技术相比，由于本发明采用"流体加热器和磷化池之间经循环管路连接，喷头固定在磷化池上方，循环管路的出水口连接所述喷头，钻杆经管架支承并设置在磷化池上方，胶塞安装在钻杆水眼内，橡胶挡圈套接在钻杆接头上，橡胶挡圈内壁与所述喷头外壁紧密接触，螺纹伸入至喷头与橡胶挡圈形成的空腔内，加热控制器与流体加热器连接"形成封闭式循环加热热磷化装置，适用于对无法实施整体浸入式热磷化的钻具螺纹进行磷化处理，可以对整体钻杆在水平放置下进行高温热磷化处理，尤其适于对长度为10米以上，外表面和水眼内有涂层、锈蚀等杂质污染的整体钻杆螺纹修理后进行热磷化处理，并可控制温度、压力和流量对螺纹进行半浸泡式磷化，解决了热磷化中温度恒定困难、药液喷淋不匀的技术问题。 2、与现有技术中将整根钻具浸泡磷化时需对管体做除锈、除污、脱脂等处理相比，本方案可免除这些工序，而直接对钻具螺纹部分采用喷头与橡胶挡圈形成的空腔进行喷淋和局部浸泡结合磷化，兼具喷淋式磷化和浸泡式磷化的主要优点磷化处理时间短，成膜反应速度快，生产效率高，浸泡式磷化获得的磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。喷头的个数为六个，两磷化池上方均各设有三个，喷头在磷化池上方均匀排列。这样就可一次性同时磷化3根钻具共6个螺纹。 3、本方案体积小，药液消耗少，封闭加热，人员危害风险降低。操作简单，可移动，适合各种厂区作业环境。 4、喷头和橡胶挡圈配合形成一个近似封闭的小磷化池，钻具螺纹在其中实现局部浸泡，解决了药液喷淋不匀的问题。 5、本方法采用abc等磷化步骤，磷化方法简单，在钻杆水平放置的情况下，通过磷化池、流体加热器、喷头、橡胶挡圈等组件配合，实现了对螺纹喷淋和局部浸泡结合磷化。避
4免了喷淋式磷化温度恒定困难、药液喷淋不匀的缺点；避免了浸泡式磷化占地大、耗能高、需对管体进行除锈、除污、脱脂等处理的缺点。解决了钻具修理企业对旧钻具修理后进行高温热磷化的常见问题。
下面将结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明，其中
图1为本发明的结构示意图
图2为磷化方法的工艺流程图
图中标记 1 、流体加热器，2、磷化池，3、球阀，4、喷头，5、循环管路，6、橡胶挡圈，7、胶塞，8、管架，9、钻杆。
具体实施方式
实施例1 参照说明书附图l，本发明公开了一种封闭式循环加热热磷化装置，包括流体加热器1、磷化池2、加热控制器、喷头4、循环管路5、橡胶挡圈6和胶塞7，所述流体加热器1和磷化池2之间经循环管路5连接，喷头4固定在磷化池2上方，循环管路5的出水口连接所述喷头4，钻杆9经管架8支承并设置在磷化池2上方，胶塞7安装在钻杆9水眼内，橡胶挡圈6套接在钻杆9接头上，橡胶挡圈6内壁与所述喷头4外壁紧密接触，螺纹伸入至喷头4与橡胶挡圈6形成的空腔内，加热控制器与流体加热器1连接。所述磷化池2为两个，管架8位于两磷化池2之间，钻杆9经管架8支承并水平放置在两磷化池2之上。所述喷头4的个数为六个，两磷化池2上方均各设有三个，喷头4在磷化池2上方均匀排列。所述磷化池2为双层不锈钢结构，双层不锈钢之间填充有保温材料层，磷化池2底部设有回水管线接口和废液排放口。
实施例2 本发明的一较佳具体实施方式
如下 双层不锈钢磷化池2，夹层中填充保温材料，池底有回水管线接口和废液排放口 。流体加热器1和循环管路5均采用市售的具有耐酸、耐高温功能流体加热器1和循环管路5，可在半小时内将药液加热至97摄氏度，药液通过循环管路5在流体加热器1和磷化池2之间循环使用。加热控制器采用市售的加热控制器，由电控柜和温控系统两部分组成，温控系统可设置加热时间、温度，温度达到设定后自动停止加热，系统压力、温度、流量异常时自动切断加热电源并发出声音和灯光警报。根据磷化钻具的接头外径和水眼内径制作橡胶挡圈6和胶塞7，作业时，将橡胶挡圈6紧密固定在钻具需磷化一端，防止药液喷溅；用胶塞7堵住水眼，防止药液流失和水眼内的杂质进入磷化池2。不锈钢喷头4，作业时，喷头4罩在螺纹外，前端与橡胶挡圈6接触，形成一个空腔，药液喷出后在此空腔内一定程度积存，对螺纹形成浸泡。 磷化池2，喷头4固定在磷化池2上，通过循环管路5与流体加热器1连接；
流体加热器1及加热控制器，开启后可对磷化池2内的药液循环加热到指定的温度；
待磷化的钻杆9螺纹，磷化前将橡胶挡圈6固定在钻杆9接头上，并用胶塞7堵住钻杆9水眼，移动磷化池2，使喷头4与钻杆9前端的橡胶挡圈6紧密接触，形成一个可浸泡螺纹的空腔，待药液配比和加热达标后，实施磷化。
操作过程如下 1.用水眼堵塞器即胶塞7堵塞钻杆9水眼。把橡胶挡圈6装在钻杆9待磷化接头一端，移动磷化池2，使磷化喷头4与橡胶挡圈6紧密接触。
2.开启循环管路5阀门。 3.启动循环管路5中的循环泵，待压力升至0. 8Mpa循环通畅时，启动加热器。 4.当磷化液加热至95t:时，打开磷化喷头4阀门，关小循环管路5中的空载回液
管阀门，进行磷化作业。 5.热磷化时间10 20分钟。 6.磷化完成后，开大空载回液管阀门，关闭磷化喷头4阀门。
7.关闭加热器，待液温降至8(TC以下时关闭循环泵。
实施例3 本方法的具体磷化步骤如下 a、把橡胶挡圈6套装在钻杆9待磷化接头一端，移动磷化池2，使磷化池2上方的喷头4外壁与橡胶挡圈6内壁紧密接触； b、开启循环管路5阀门，启动循环管路5中的循环泵，待压力升至0. 8Mpa循环畅通时，启动流体加热器1，当流体加热器1将磷化池2中的磷化液加热至95t:时，打开喷头4阀门，关小循环管路5中的空载回液管阀门，进行磷化作业，磷化时间10-20分钟；
c、磷化完成后，开大循环管路5中的空载回液管阀门，关闭喷头4阀门，关闭流体加热器l，待磷化液液温降至8(TC以下时关闭循环泵。
实施例4 作为本方法的一较佳实施方式，在实施例3的基础上，参照说明书附图2，在a步骤前还有螺纹清洁和清洗步骤，先对钻杆9螺纹进行清洁处理，并对螺纹部位清洗干净。在螺纹清洁和清洗步骤与安装挡圈步骤之间，还要用胶塞7堵住钻杆9水眼。在c步骤后还有如下步骤先对磷化后的钻杆9螺纹进行水洗处理，再取下橡胶挡圈6和胶塞7，然后对钻杆9螺纹进行干燥、检验和涂油处理。其中，清洁、清洗、干燥、检验和涂油为本领域的常规处理，在此不赘述。
权利要求
一种封闭式循环加热热磷化装置，其特征在于包括流体加热器(1)、磷化池(2)、加热控制器、喷头(4)、循环管路(5)、橡胶挡圈(6)和胶塞(7)，所述流体加热器(1)和磷化池(2)之间经循环管路(5)连接，喷头(4)固定在磷化池(2)上方，循环管路(5)的出水口连接所述喷头(4)，钻杆(9)经管架(8)支承并设置在磷化池(2)上方，胶塞(7)安装在钻杆(9)水眼内，橡胶挡圈(6)套接在钻杆(9)接头上，橡胶挡圈(6)内壁与所述喷头(4)外壁紧密接触，螺纹伸入至喷头(4)与橡胶挡圈(6)形成的空腔内，加热控制器与流体加热器(1)连接。
2. 根据权利要求l所述的封闭式循环加热热磷化装置，其特征在于所述磷化池(2) 为两个，管架(8)位于两磷化池(2)之间，钻杆(9)经管架(8)支承并水平放置在两磷化池(2) 之上。
3. 根据权利要求2所述的封闭式循环加热热磷化装置，其特征在于所述喷头(4)的 个数为六个，两磷化池(2)上方均各设有三个，喷头(4)在磷化池(2)上方均匀排列。
4. 根据权利要求l所述的封闭式循环加热热磷化装置，其特征在于所述磷化池(2) 为双层不锈钢结构，双层不锈钢之间填充有保温材料层，磷化池(2)底部设有回水管线接 口和废液排放口。
5. 如权利要求1所述的封闭式循环加热热磷化装置的磷化方法，其特征在于步骤如下a、 把橡胶挡圈(6)套装在钻杆(9)待磷化接头一端，移动磷化池(2)，使磷化池(2)上 方的喷头(4)外壁与橡胶挡圈(6)内壁紧密接触；b、 开启循环管路(5)阀门，启动循环管路(5)中的循环泵，待压力升至0.8Mpa循环畅 通时，启动流体加热器(l)，当流体加热器(1)将磷化池(2)中的磷化液加热至95t:时，打 开喷头(4)阀门，关小循环管路(5)中的空载回液管阀门，进行磷化作业，磷化时间10-20 分钟；c、 磷化完成后，开大循环管路(5)中的空载回液管阀门，关闭喷头(4)阀门，关闭流体 加热器(l)，待磷化液液温降至8(TC以下时关闭循环泵。
6. 根据权利要求5所述的封闭式循环加热热磷化装置的磷化方法，其特征在于在a 步骤前还有螺纹清洁和清洗步骤，先对钻杆(9)螺纹进行清洁处理，并对螺纹部位清洗干 净。
7. 根据权利要求5所述的封闭式循环加热热磷化装置的磷化方法，其特征在于在a 步骤前先用胶塞(7)堵住钻杆(9)水眼。
8. 根据权利要求6所述的封闭式循环加热热磷化装置的磷化方法，其特征在于在螺 纹清洁和清洗步骤与安装挡圈步骤之间，还要用胶塞(7)堵住钻杆(9)水眼。
9. 根据权利要求5所述的封闭式循环加热热磷化装置的磷化方法，其特征在于在c 步骤后还有如下步骤先对磷化后的钻杆(9)螺纹进行水洗处理，再取下橡胶挡圈(6)和胶 塞(7)，然后对钻杆(9)螺纹进行干燥、检验和涂油处理。
全文摘要
本发明公开了一种封闭式循环加热热磷化装置及磷化方法，涉及钻具螺纹磷化技术领域，包括流体加热器、磷化池、加热控制器、喷头、循环管路、橡胶挡圈和胶塞，所述流体加热器和磷化池之间经循环管路连接，喷头固定在磷化池上方，循环管路的出水口连接所述喷头，钻杆经管架支承并设置在磷化池上方，胶塞安装在钻杆水眼内，橡胶挡圈套接在钻杆接头上，橡胶挡圈内壁与所述喷头外壁紧密接触，螺纹伸入至喷头与橡胶挡圈形成的空腔内，加热控制器与流体加热器连接。本发明可控制温度、压力和流量对螺纹进行半浸泡式磷化，解决了热磷化中温度恒定困难、药液喷淋不匀的技术问题。
文档编号C23C22/07GK101696497SQ20091016798
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者何玉忠, 刘庆杰, 刘瑞军, 刘生平, 张长博, 李培梅, 李润苗, 杨国荣 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司;