表面處理工藝在海洋石油完井工具中應(yīng)用與實(shí)踐

郭福廣

摘 要：表面處理工藝在海洋石油完井工具的使用過(guò)程中，可以對(duì)一些合金鋼、不銹鋼的材料構(gòu)成的工具進(jìn)行處理，主要的技術(shù)有QPQ 鹽浴復(fù)合處理、電鍍鎢合金、物理氣相沉積。這些技術(shù)能夠使下井工具具有耐磨、耐腐蝕等良好的性質(zhì)。本文出闡述了處理工藝對(duì)海洋石油完井工具中的實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：表面處理工藝；海洋石油完井工具；應(yīng)用與實(shí)踐

引言：海洋油氣田的開(kāi)采對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都有重要的意義，當(dāng)時(shí)當(dāng)前開(kāi)采工作的工作環(huán)境十分惡劣，油氣田中有很多的腐蝕性氣體，二氧化碳、二氧化硫等，還包括一些氯離子、硫離子等腐蝕性的離子，這些都對(duì)開(kāi)采使用的工具產(chǎn)生一定的腐蝕性，并且工具在使用的過(guò)程中還要承受拉力、壓力等復(fù)雜的變應(yīng)力。同時(shí)，這些工具還有受到泥漿、攜砂漿的沖蝕。在這樣的環(huán)境中，要求開(kāi)采使用的工具能夠具有高強(qiáng)度和高耐磨的性質(zhì)，還要能夠抵抗腐蝕和沖蝕，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，僅是優(yōu)化工具的材料是不夠的，還需要通過(guò)表面處理技術(shù)，提高工具的綜合性能。

1 表面處理技術(shù)的基本概況

目前，為了能夠提高工具在海洋石油井下的綜合性能，需要采用表面處理技術(shù)加強(qiáng)工具的耐磨和耐沖蝕性、耐腐蝕。當(dāng)前主要采用的工藝主要有QPQ鹽浴復(fù)合處理、電鍍鎢合金、物理氣相沉積等技術(shù)，通過(guò)多年的實(shí)踐和研究，QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)主要是用來(lái)解決不銹鋼螺紋粘扣等問(wèn)題，物理氣相沉積技術(shù)可以提高合金鋼和不銹鋼的耐磨和耐沖蝕性，電鍍鎢金技術(shù)能夠有效的提高工具的耐腐蝕性。

2 表面處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1QPQ鹽浴爐復(fù)合處理技術(shù)

這種處理技術(shù)在使用的過(guò)程中有四個(gè)步驟，首先要用鹽浴對(duì)開(kāi)出油田的工具進(jìn)行淡化處理，在淡化處理之后進(jìn)行第一遍養(yǎng)護(hù)處理，然后將工具拋光，最后對(duì)拋光后的工具實(shí)施第二次氧化。在這個(gè)QPQ鹽浴爐復(fù)合處理技術(shù)中，核心的處理技術(shù)是鹽浴氮化處理，實(shí)施的技是主要是利用氮化鹽中氰酸根發(fā)生分解時(shí)可以產(chǎn)生活性氮原子，氮原子能夠滲入到工具當(dāng)中，與工具發(fā)生一定的作用，進(jìn)而在工具的表面形成一層化合物，該化合物具有很強(qiáng)的耐磨性和抗蝕性，或者是產(chǎn)生一層耐疲勞的擴(kuò)散層。第二步進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，養(yǎng)護(hù)處理就是將從從氮化爐中獲取的CN -（氰根），當(dāng)氰根發(fā)生反應(yīng)之后，會(huì)在工具的表面呈現(xiàn)出黑色的氧化膜，進(jìn)而增加了工具的抗腐蝕能力，同時(shí)還能夠在一定程度上提高工具的耐磨性。拋光的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，就是將工具外表形成的氮化物層外面的疏松層去掉。去掉表面的疏松層之后，需要對(duì)工具進(jìn)行二次氧化，這是對(duì)工具采用QPQ鹽浴爐復(fù)合處理的最后一步，這一步是加固的步驟，能夠加強(qiáng)工具的抗腐蝕性和耐磨性。

2.2表面鍍鎢合金處理技術(shù)

這種工藝的應(yīng)用價(jià)值很高，既可以提高開(kāi)采井下工具的耐磨性又能夠提高其防腐性，這是一種新型的工藝，根據(jù)目前在海洋石油完井工具的表面處理技術(shù)的應(yīng)用中看，該技術(shù)應(yīng)用的較為廣泛，受到了廣泛的認(rèn)可。當(dāng)前現(xiàn)有的技術(shù)得知，電鍍鎢合金后鍍層硬度一般能夠達(dá)到1100維氏硬度。對(duì)海洋石油完井工具進(jìn)行鍍鎢合金處理，最主要的是能夠有效的提高工具的耐腐蝕性，以此來(lái)降低井中離子和完井液對(duì)工具的腐蝕作用。

在這里選取110SS 的井下材料工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)其表面進(jìn)行鍍鎢合金處理，處理之后，用H 2 S 和 CO 2對(duì)其耐腐蝕性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。材料處于的實(shí)驗(yàn)環(huán)境十分惡劣，實(shí)驗(yàn)的環(huán)境是不變量，溫度、濕度等自然條件完全相同的環(huán)境，將已經(jīng)進(jìn)行鍍鎢合金處理的材料和沒(méi)有處理的材料放入到同一個(gè)模擬環(huán)境中，向該環(huán)境中通入二氧化碳和二氧化硫氣體，等待168個(gè)小時(shí)之后，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察，可以發(fā)現(xiàn)兩種材料的腐蝕性大不相同，為了使實(shí)踐的結(jié)果更具有說(shuō)服力，可以按照均勻腐蝕速率的計(jì)算方法，將兩種材料的耐腐性進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，計(jì)算之后在進(jìn)行結(jié)果分析，通過(guò)分析可以很清楚的證明，進(jìn)行鍍鎢合金處理的材料屬于輕度腐蝕，而沒(méi)有處理的腐蝕程度十分嚴(yán)重，由此可以看出鍍鎢合金處理技術(shù)，對(duì)海洋石油完井工具的應(yīng)用的價(jià)值。

2.3物理氣相沉積表面處理技術(shù)

Physical Vapor Deposition這種技術(shù)故名思議是一種物理方式，物理氣相沉積表面處理技術(shù)主要是通過(guò)物理的方法，處理工具的表面，在工具的表面上形成一層保護(hù)膜。這種技術(shù)要在真空的條件下進(jìn)行，沉積的原料有很多中，可以是固體也可以是液體，主要是采用這些材料經(jīng)過(guò)氣化形成的氣態(tài)原子、分子或者是將原料通過(guò)電離法形成的離子，將原料利用低壓氣體，在完井工具的表面進(jìn)行沉積，沉積后會(huì)形成一種保護(hù)工具的薄膜，這種薄膜具有一定的保護(hù)工具的特殊功能。目前現(xiàn)有的常用的物理氣相沉積方法有，真空蒸鍍、電弧等離子體鍍、濺射鍍膜、離子鍍膜或者是分子束外延的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，物理氣相沉積技術(shù)沉積的物質(zhì)不單是以往的合金膜和金屬膜，還可以沉積很多新的物質(zhì)，像陶瓷、半導(dǎo)體、化合物、聚合物等。

3 海洋石油完井技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

完井技術(shù)是海洋油井開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響著油井開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的常規(guī)海洋完井技術(shù)已經(jīng)基本成熟，為了滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)能源的需求，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家逐步加強(qiáng)了對(duì)完井技術(shù)的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，積極探索出多種先進(jìn)的完井工具及儀器，進(jìn)一步完善了智能完井系統(tǒng)。海上邊際小油田的開(kāi)發(fā)、稠油熱采的海上完井技術(shù)、深水油氣田的開(kāi)發(fā)對(duì)全球完井技術(shù)提出了更高的要求，因此，我國(guó)海油石油開(kāi)發(fā)技術(shù)人員應(yīng)該詳細(xì)地分析各個(gè)油田的地質(zhì)特點(diǎn)和油藏特征，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷完善常規(guī)完井技術(shù)以及配套工藝并不斷創(chuàng)新非常規(guī)完井技術(shù)是我國(guó)海洋石油完井技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合未來(lái)采油工藝和增產(chǎn)措施的要求，從提升油田經(jīng)濟(jì)壽命角度出發(fā)創(chuàng)新與完善油井完井技術(shù)體系，我國(guó)應(yīng)該進(jìn)一步開(kāi)發(fā)智能完井系統(tǒng)的功能，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及時(shí)監(jiān)測(cè)油井儲(chǔ)層的產(chǎn)能情況，依據(jù)產(chǎn)能變化情況調(diào)整完井技術(shù)，最終促進(jìn)油井經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益最大化的實(shí)現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

海洋石油的開(kāi)采是新時(shí)代我國(guó)石油企業(yè)的一項(xiàng)重點(diǎn)工作內(nèi)容，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)都有至關(guān)重要的作用，我國(guó)也一直重視海洋石油開(kāi)采的工作。由于其開(kāi)采的工作環(huán)境，開(kāi)采工具常常受到腐蝕、沖蝕等損壞的現(xiàn)象，工具的損壞對(duì)開(kāi)采工作的進(jìn)行產(chǎn)生了阻礙，嚴(yán)重影響了油田開(kāi)采工作的效率，而且還加大了該行業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。所以相關(guān)行業(yè)需要提高海洋石油完井工具的可靠性，對(duì)工具可靠性產(chǎn)生影響的因素眾多，本文主要是通過(guò)表面處理技術(shù)的應(yīng)用闡釋了其對(duì)工具綜合性能提高的作用。筆者希望通過(guò)自己對(duì)工作和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的分享，能夠有效提高石油開(kāi)采企業(yè)的工作效率，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：中海油服油田生產(chǎn)事業(yè)部完井中心）