高耐磨性防腐涂料在鉆桿中的應(yīng)用

張桂新，黃 斐，胡建修，蔡 全

（1.河北華油一機(jī)圖博涂層有限公司，河北青縣062658；2.渤海石油裝備第一機(jī)械廠，河北青縣062658 3.中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司，江蘇徐州221008） ①

高耐磨性防腐涂料在鉆桿中的應(yīng)用

張桂新1，黃 斐2，胡建修2，蔡 全3

（1.河北華油一機(jī)圖博涂層有限公司，河北青縣062658；2.渤海石油裝備第一機(jī)械廠，河北青縣062658 3.中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司，江蘇徐州221008）①

對(duì)改性環(huán)氧酚醛樹脂（TK－34XT）內(nèi)涂層的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，介紹了該涂層的優(yōu)點(diǎn)及其在油田的應(yīng)用。通過附著力、耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、粗糙度、耐磨性和機(jī)械性能等試驗(yàn)，研究了該涂層的性能特點(diǎn)，表明該涂層性能指標(biāo)可滿足鉆井工藝要求。

鉆桿；內(nèi)涂層；附著力；耐磨性

防腐涂料對(duì)鉆桿壁起到了很好的防護(hù)作用［1－8］。隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了定向井、超深井、腐蝕氣井等，鉆采工況越來越復(fù)雜，要求鉆采技術(shù)和裝備水平不斷提升，對(duì)石油專用管性能的要求也越來越高。為了提高鉆桿的性能，延長(zhǎng)其使用壽命，要求內(nèi)涂層既要有良好的防腐性能又要有良好的耐磨性能，以保護(hù)管體不受腐蝕介質(zhì)的侵蝕和機(jī)械磨損。

TK－34XT涂料是由美國(guó)Tuboscope公司研制的新型涂料，該涂料在不改變?cè)蟹栏阅艿幕A(chǔ)上，加入了提高耐磨性的添加劑，大幅提高了涂層的耐磨性能，從而更大程度地延長(zhǎng)了鉆桿的使用壽命，降低了用戶的生產(chǎn)成本。

1 TK－34XT涂層工藝

1.1 工藝流程

TK－34XT涂層工藝流程如圖1所示。

圖1 TK－34XT涂層工藝流程

1.2 關(guān)鍵工藝

1.2.1 面漆涂料的放置和攪拌

由于加入了耐磨材料，在存放過程中定期倒置。噴涂前，采用特殊的攪拌器和攪拌方法，使面漆涂料完全攪拌均勻。

1.2.2 面漆噴涂和烘烤

TK－34XT涂料與傳統(tǒng)涂料相比，其粘度和觸變指數(shù)較低，需要采用特殊的噴涂參數(shù)和烘烤工藝進(jìn)行涂層作業(yè)，以保證噴涂質(zhì)量。

1.3 優(yōu)點(diǎn)

1） 與傳統(tǒng)涂層屬于同一涂層系列，生產(chǎn)設(shè)備相同，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究后可形成批量生產(chǎn)。

2） 由于在涂層配方中加入了耐磨材料，在不改變涂層固有性能的同時(shí)大大增加了涂層的耐磨性能。

如下圖所示，找?guī)坠?jié)5號(hào)干電池，將錫紙剪成10 cm長(zhǎng)、1 cm寬，中間為1 mm～2 mm寬的長(zhǎng)條狀，然后將其一端連接電源正極，另一端連接電源負(fù)極，一段時(shí)間后可以看到錫紙燃燒起來了，說明錫紙真的能導(dǎo)電。

3） TK－34XT涂料固含量比傳統(tǒng)涂層高，因此涂料利用率較高。

2 涂層試驗(yàn)

TK－34XT涂料采用特有工藝涂敷到鉆桿內(nèi)壁，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)對(duì)涂層進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果證明TK－34XT涂層完全可以在鉆桿防腐中使用。

2.1 附著力

石油鉆桿在鉆井過程中會(huì)使用一些工具（例如鋼絲繩等），在起下過程中會(huì)對(duì)涂層造成劃傷，如果涂層附著力差，腐蝕介質(zhì)會(huì)沿著劃傷的部分浸入基體，從而造成涂層的脫落，以至涂層失效，因此涂層附著力是評(píng)價(jià)涂層質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)依據(jù)SY／T0544—2010采用刀挑法判定TK－34XT涂層的附著力，如圖2所示。

圖2 附著力試驗(yàn)

經(jīng)試驗(yàn)，采用刀挑法未能從金屬基體挑起涂層，只有刀痕劃到的地方才露出金屬基體，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定涂層的附著力為A級(jí)，達(dá)到指標(biāo)要求的附著力在B級(jí)以上，涂層附著力合格。

2.2 耐酸堿性

鉆井使用的泥漿有酸性和堿性泥漿，甚至在鉆井過程中會(huì)對(duì)油井進(jìn)行酸化、壓裂等作業(yè)，故涂層鉆桿應(yīng)在各種酸性和堿性條件下做浸泡試驗(yàn)，試驗(yàn)表明TK－34XT涂層能適應(yīng)多種酸堿條件的工況環(huán)境。試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 耐酸堿試驗(yàn)結(jié)果

2.3 粗糙度

光滑的表面可以減小阻力，對(duì)于鉆桿而言，內(nèi)壁光滑可以減少阻力［9］，降低鉆井能耗。采用精密儀器在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院做了粗糙度試驗(yàn)，結(jié)果表明TK－34XT涂層粗糙度可以達(dá)到Ra＝0.78μm，沒有經(jīng)過加工的管體內(nèi)壁達(dá)到了40μm，因此內(nèi)涂層鉆桿的粗糙度降低了近50倍。試驗(yàn)結(jié)果如表2。

2.4 耐磨性

鉆桿使用環(huán)境非常惡劣，并且經(jīng)常含有砂礫、泥漿等雜物，耐磨性是一個(gè)非常重要的參數(shù)。采用ASTM D－4060型標(biāo)準(zhǔn)泰伯爾磨耗儀測(cè)試耐磨性，在載荷10kN的情況下旋轉(zhuǎn)1 000圈，所得結(jié)果如表3。

表2 粗糙度試驗(yàn)結(jié)果

表3 耐磨性試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，在同樣試驗(yàn)條件下，TK34－XT的耐磨性在厚度和質(zhì)量上其損失量均大幅降低，為粉末涂層的1／3、液體涂層的1／6，因此TK－34XT涂層耐磨性大幅增加。

2.5 耐高溫高壓

鉆桿經(jīng)常在高溫高壓高腐蝕條件下使用，對(duì)涂層的要求非常高，模擬井下環(huán)境進(jìn)行高溫高壓釜試驗(yàn)。按照標(biāo)準(zhǔn)要求取pH＝12.5的NaOH溶液3.3 L，在溫度為148℃，試驗(yàn)壓力為70MPa的條件下恒溫、恒壓下保持16h，取出試片，經(jīng)觀測(cè)試片顏色輕微變深，涂層表面無變化，采用刀挑法測(cè)試涂層附著力，涂層未脫落，附著力仍為A級(jí)。

2.6 抗扭轉(zhuǎn)性

鉆桿在使用過程中要承受非常大的扭矩，涂層的抗扭性能是評(píng)價(jià)鉆桿涂層的一個(gè)非常重要的機(jī)械性能參數(shù)，在涂層鉆桿上取一段鉆桿送往專業(yè)的檢測(cè)公司，在施加到鉆桿的抗扭極限時(shí)評(píng)價(jià)內(nèi)涂層，經(jīng)觀察涂層完好，表面無裂紋和脫落。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2006年引進(jìn)TK－34XT涂層后，開始進(jìn)行工藝試驗(yàn)和油田試用。截至2010－12，已經(jīng)涂覆20多萬m鉆桿，發(fā)往國(guó)內(nèi)外各大油田，創(chuàng)造了非常好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。涂層產(chǎn)品使用效果良好，得到了用戶的好評(píng)。

4 結(jié)論

TK－34XT涂層具有良好的防腐性能和耐磨性能，在磨損比較大的環(huán)境中使用時(shí)能有效地減少涂層的磨損，可有效防止各種腐蝕介質(zhì)對(duì)鉆桿管材基體的侵蝕，延長(zhǎng)了鉆桿的使用壽命，為用戶帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 張彥軍，張麗萍，韓文禮，等.油井管腐蝕現(xiàn)狀與防護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［C］／／全國(guó)重防腐蝕涂裝技術(shù)交流會(huì)，2007.

［2］ 李建平，張 帆，郝士明，等.LN209井PC400內(nèi)涂層油管應(yīng)用研究［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2004，16（3）：165－168.

［3］ 姜 毅，董曉煥，楊海恩，等.用DPC內(nèi)涂層套管控制油水井內(nèi)腐蝕研究［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2006，23（3）：45－46.

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［9］ 潘德奇，張桂新，唐魁娟.PC－300，PC－400油管內(nèi)涂層的防蠟實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［J］.石油鉆采工藝，2000，22（1）：64－66.

Application of High Abrasion Resistance in Drill Pipe

ZHANG Gui－xin1，HUANG Fei2，HU Jian－xiu2，CAI Quan3
（1.Hebei Huayou Yiji Tuboscope Coating Co.，Ltd.，Qingxian062658，China；2.No.1 Machinery Works of CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Qingxian062658，China；3.SINOPEC Pipeline Storage ＆Transportation Corporation，Xuzhou221008，China）

The production technology of modified epoxy phenolics coating（TK－34XT）was studied，the coating advantages of traditional coating was compared.Theperformancecharacteristics

drill pipe；internal coating；adhesion；abrasion resistance

1001－3482（2011）12－0080－03

TE921.2

B

2011－06－31

張桂新（1964－），女，河北青縣人，高級(jí)工程師，主要從事石油專用管防腐技術(shù)與企業(yè)管理工作，E－mail：xin－cn＠126.com。of the coating were studied through the adhesion，corrosive，high temperature resistance，roughness，abrasion resistance and mechanical properties of the coating.The coating meets the technological requirements of drilling.