防止表層套管倒扣的高強(qiáng)度膠粘劑的研究

王耀光，田　峰，惠　非，艾志剛

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西　西安　710077；2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司　北京　100101)

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·試驗(yàn)研究·

防止表層套管倒扣的高強(qiáng)度膠粘劑的研究

王耀光1，田峰1，惠非2，艾志剛2

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710077；2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司北京100101)

摘要：表層套管固井后，在井下的5-7根套管，鉆柱在鉆水泥柱時(shí)，會(huì)帶動(dòng)套管震動(dòng)可能引起套管扣松動(dòng)、倒扣甚至發(fā)生掉井事故。為了防止此類失效事故的發(fā)生，傳統(tǒng)的工藝采用鉚接或焊接的方法來解決，而目前國外油氣田通常采用膠黏劑粘接的方法代替焊接或鉚接，本文通過研制一種高強(qiáng)度膠粘劑TGRI-102，對(duì)表層套管井下5-7根套管螺紋連接處進(jìn)行粘接，以防止螺紋松動(dòng)或倒扣等現(xiàn)象，并依據(jù)GB/T 6328-1999、GB/T 6329-1996、GB/T 7124-2008三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該膠黏劑進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，并與國外同類產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明該產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：防表層套管倒扣; 改性環(huán)氧樹脂膠粘劑

0引言

為了解決表層套管出現(xiàn)的倒扣或脫扣現(xiàn)象，油田現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)的解決方法就是鉚接或焊接。而隨著油田現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工效率和安全性要求的提高，國外一些公司開始嘗試采用涂抹一種高強(qiáng)度膠粘劑[1]的方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接或焊接工藝，該方法簡單，易于操作，可防止套管松動(dòng)并能提高套管柱的連接強(qiáng)度。針對(duì)這一新型的作業(yè)方式，我們開展該項(xiàng)技術(shù)研究，選擇粘接強(qiáng)度高的環(huán)氧樹脂通過丁氰橡膠改性，添加能提高粘接強(qiáng)度的三氧化鋁、鋁粉等填料形成A組分；以胺類固化劑B組分，AB組分按照一定比例混合，通過在不同溫度條件下對(duì)比測(cè)試該膠粘劑的抗沖擊性能、抗剪切性能和抗拉伸性能，試驗(yàn)結(jié)果表明該產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)性能。

1膠粘劑制備

1.1原料、儀器

E51環(huán)氧樹脂，液體丁腈橡膠[2]，三氧化鋁 200目，高嶺土1250目、鋁粉300目，環(huán)氧稀釋劑，消泡劑BYK141, 固化劑 882B。

烘箱101A-3，小型攪拌器OA2000，燒杯等玻璃制品、45#鋼片

1.2高強(qiáng)度膠粘劑的制備工藝

按照一定比例將環(huán)氧樹脂、液體丁腈橡膠置于裝有溫度計(jì)和攪拌器的反應(yīng)器中，加熱升溫至110℃后，在攪拌狀態(tài)下保持2個(gè)小時(shí)；然后降溫至60℃，按照比例依次將三氧化鋁、鋁粉、高嶺土、環(huán)氧稀釋劑和消泡劑加入反應(yīng)器中，攪拌2小時(shí)，倒出后即為粘接劑的待用膠液A組分。使用時(shí)與固化劑882B按照100比8的比例進(jìn)行配比，攪拌均勻即可。

2膠粘劑性能的測(cè)試

2.1對(duì)比測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試條件

將制備的高強(qiáng)度膠粘劑與國外某同類產(chǎn)品分別在室溫、40℃、80℃和120℃的溫度條件下進(jìn)行固化，固化時(shí)間都為24小時(shí),然后在室溫條件下依據(jù)GB/T 6328-1999 《膠粘劑剪切沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)膠粘劑剪切沖擊強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，采用懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，在室溫條件下依據(jù)GB/T 6329-1996《膠粘劑對(duì)接接頭拉伸強(qiáng)度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)膠粘劑對(duì)接接頭拉伸強(qiáng)度的測(cè)定方法，采用萬能拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，在室溫條件下依據(jù)GB/T 7124-2008[3]《膠粘劑 拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定(剛性材料對(duì)剛性材料)》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定方法，采用萬能電子試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試該膠粘劑的抗剪切沖擊強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度和抗拉伸剪切強(qiáng)度等性能；并將二者的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以判斷新制備的高強(qiáng)度膠粘劑性能。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

室溫條件下膠粘劑的剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　室溫固化24 h后2種膠粘劑性能的測(cè)試結(jié)果

40℃條件下高強(qiáng)膠粘劑的剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2　40℃固化24 h后2種膠粘劑性能的測(cè)試結(jié)果

80℃條件下高強(qiáng)膠粘劑的剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3　80℃固化24 h后2種膠粘劑性能的測(cè)試結(jié)果

120℃條件下高強(qiáng)膠粘劑的剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4　120℃固化24 h后2種膠粘劑性能的測(cè)試結(jié)果

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在室溫、40℃、80℃和120℃條件下固化時(shí)，TGRI-102高強(qiáng)度膠粘劑的抗剪切強(qiáng)度和抗拉伸強(qiáng)度均超過了國外同類產(chǎn)品，而抗沖擊強(qiáng)度與之基本接近。

從結(jié)果中可以看出，固化溫度，對(duì)膠粘劑性能有一定的影響，但在40℃以內(nèi)各項(xiàng)性能指基本穩(wěn)定，確保了在不同季節(jié)和環(huán)境中使用時(shí)，該產(chǎn)品可以表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能[4]。在120℃條件下固化，反應(yīng)速度較快，但剪切強(qiáng)度和抗拉伸強(qiáng)度會(huì)略有降低。

3結(jié)論

新開發(fā)的TGRI-102高強(qiáng)度粘接劑通過配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)，性能評(píng)價(jià)，并與國外同類產(chǎn)品進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，結(jié)果表明，該產(chǎn)品各項(xiàng)性能已達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品，并在投入實(shí)際應(yīng)用的過程可以有效防止套管松動(dòng)，不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接或焊接工藝，也可以代替市場(chǎng)上價(jià)格較為昂貴的進(jìn)口產(chǎn)品。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王洪學(xué)，鄭耀卿，侯一斌，等.高剪切高剝離強(qiáng)度單組份環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的研制[J].中國膠粘劑，2008,17(8):19-22.

[2] 譚美軍，張娜，王正祥，等.端環(huán)氧基液體丁腈橡膠改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的研究[J].中國膠粘劑，2011,20(4):22-25.

[3] 鄢艷芬，童曉梅.環(huán)氧樹脂/氨基硅油膠粘劑的制備及其性能分析 [J].武漢生物工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,3(2):71-74.

[4] 張寶華，葉俊丹，陳斌，等.固化溫度對(duì)環(huán)氧樹脂固化物性能的影響 [J].塑料工業(yè)，2009,37(9):64-79.

Research on the High Strength Adhesive to Prevent the Reversing of Surface Casing

WANG Yaoguang1，TIAN Feng1,XI Fei2，AI Zhigang2

(1.CNPCTubularGoodsResearchInstitute,StateKeyLaboratoryforPerformanceandStructureSafetyofPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,Xi′an,Shaanxi710077China;2.BeijingLongshineOilTubalarTecknologeCO.Ltd,Beijing100101China)

Abstract：After cementing surface casing the, when drill string is drilling the cement column, fifth to seventh casing can cause casing revolve in the well, which will cause the casing thread connection loose, back off or fall. In order to prevent the occurrence of the accident, the method of riveting and welding are used, but the foreign oil company develop a high strength adhesive now, which is used to replace welding and riveting. We develop a high strength adhesive, the new adhesive can splice the surface casing and prevent thread loose, back off or fall. In accordance with GB/T 6328-1999、GB/T 6329-1996、GB/T 7124-2008 in different temperature conditions, the new adhesive is tested, the experimental result shows that the performance comparison with similar foreign the high strength adhesive, the new adhesive has reached the same technical level with the foreign adhesive.

Key words：antisurface casing back off；modified epoxy resinadhesive

(收稿日期：2015-12-20編輯：葛明君)

中圖法分類號(hào)：Q433.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0077(2016)02-0035-02

第一作者簡介：王耀光，男，1965年生，工程師，現(xiàn)在北京隆盛泰科石油管科技有限公司主要從事石油管材的駐廠監(jiān)造、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、技術(shù)咨詢工作。E-mail:wangyaoguang@cnpc.com.cn