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高耐磨性防腐涂料在钻杆中的应用

2011-12-11张桂新胡建修

石油矿场机械 2011年12期
关键词:青县附着力耐磨性

张桂新,黄 斐,胡建修,蔡 全

(1.河北华油一机图博涂层有限公司,河北青县062658;2.渤海石油装备第一机械厂,河北青县062658 3.中石化管道储运公司,江苏徐州221008) ①

高耐磨性防腐涂料在钻杆中的应用

张桂新1,黄 斐2,胡建修2,蔡 全3

(1.河北华油一机图博涂层有限公司,河北青县062658;2.渤海石油装备第一机械厂,河北青县062658 3.中石化管道储运公司,江苏徐州221008)①

对改性环氧酚醛树脂(TK-34XT)内涂层的生产工艺进行了研究,介绍了该涂层的优点及其在油田的应用。通过附着力、耐化学腐蚀性、耐高温性、粗糙度、耐磨性和机械性能等试验,研究了该涂层的性能特点,表明该涂层性能指标可满足钻井工艺要求。

钻杆;内涂层;附着力;耐磨性

防腐涂料对钻杆壁起到了很好的防护作用[1-8]。随着石油工业的不断发展,出现了定向井、超深井、腐蚀气井等,钻采工况越来越复杂,要求钻采技术和装备水平不断提升,对石油专用管性能的要求也越来越高。为了提高钻杆的性能,延长其使用寿命,要求内涂层既要有良好的防腐性能又要有良好的耐磨性能,以保护管体不受腐蚀介质的侵蚀和机械磨损。

TK-34XT涂料是由美国Tuboscope公司研制的新型涂料,该涂料在不改变原有防腐性能的基础上,加入了提高耐磨性的添加剂,大幅提高了涂层的耐磨性能,从而更大程度地延长了钻杆的使用寿命,降低了用户的生产成本。

1 TK-34XT涂层工艺

1.1 工艺流程

TK-34XT涂层工艺流程如图1所示。

图1 TK-34XT涂层工艺流程

1.2 关键工艺

1.2.1 面漆涂料的放置和搅拌

由于加入了耐磨材料,在存放过程中定期倒置。喷涂前,采用特殊的搅拌器和搅拌方法,使面漆涂料完全搅拌均匀。

1.2.2 面漆喷涂和烘烤

TK-34XT涂料与传统涂料相比,其粘度和触变指数较低,需要采用特殊的喷涂参数和烘烤工艺进行涂层作业,以保证喷涂质量。

1.3 优点

1) 与传统涂层属于同一涂层系列,生产设备相同,对工艺参数进行试验研究后可形成批量生产。

2) 由于在涂层配方中加入了耐磨材料,在不改变涂层固有性能的同时大大增加了涂层的耐磨性能。

如下图所示,找几节5号干电池,将锡纸剪成10 cm长、1 cm宽,中间为1 mm~2 mm宽的长条状,然后将其一端连接电源正极,另一端连接电源负极,一段时间后可以看到锡纸燃烧起来了,说明锡纸真的能导电。

3) TK-34XT涂料固含量比传统涂层高,因此涂料利用率较高。

2 涂层试验

TK-34XT涂料采用特有工艺涂敷到钻杆内壁,进行了一系列试验对涂层进行了评价,结果证明TK-34XT涂层完全可以在钻杆防腐中使用。

2.1 附着力

石油钻杆在钻井过程中会使用一些工具(例如钢丝绳等),在起下过程中会对涂层造成划伤,如果涂层附着力差,腐蚀介质会沿着划伤的部分浸入基体,从而造成涂层的脱落,以至涂层失效,因此涂层附着力是评价涂层质量的重要标准。本试验依据SY/T0544—2010采用刀挑法判定TK-34XT涂层的附着力,如图2所示。

图2 附着力试验

经试验,采用刀挑法未能从金属基体挑起涂层,只有刀痕划到的地方才露出金属基体,依据标准判定涂层的附着力为A级,达到指标要求的附着力在B级以上,涂层附着力合格。

2.2 耐酸碱性

钻井使用的泥浆有酸性和碱性泥浆,甚至在钻井过程中会对油井进行酸化、压裂等作业,故涂层钻杆应在各种酸性和碱性条件下做浸泡试验,试验表明TK-34XT涂层能适应多种酸碱条件的工况环境。试验结果如表1。

表1 耐酸碱试验结果

2.3 粗糙度

光滑的表面可以减小阻力,对于钻杆而言,内壁光滑可以减少阻力[9],降低钻井能耗。采用精密仪器在中国计量科学研究院做了粗糙度试验,结果表明TK-34XT涂层粗糙度可以达到Ra=0.78μm,没有经过加工的管体内壁达到了40μm,因此内涂层钻杆的粗糙度降低了近50倍。试验结果如表2。

2.4 耐磨性

钻杆使用环境非常恶劣,并且经常含有砂砾、泥浆等杂物,耐磨性是一个非常重要的参数。采用ASTM D-4060型标准泰伯尔磨耗仪测试耐磨性,在载荷10kN的情况下旋转1 000圈,所得结果如表3。

表2 粗糙度试验结果

表3 耐磨性试验结果

由表3可以看出,在同样试验条件下,TK34-XT的耐磨性在厚度和质量上其损失量均大幅降低,为粉末涂层的1/3、液体涂层的1/6,因此TK-34XT涂层耐磨性大幅增加。

2.5 耐高温高压

钻杆经常在高温高压高腐蚀条件下使用,对涂层的要求非常高,模拟井下环境进行高温高压釜试验。按照标准要求取pH=12.5的NaOH溶液3.3 L,在温度为148℃,试验压力为70MPa的条件下恒温、恒压下保持16h,取出试片,经观测试片颜色轻微变深,涂层表面无变化,采用刀挑法测试涂层附着力,涂层未脱落,附着力仍为A级。

2.6 抗扭转性

钻杆在使用过程中要承受非常大的扭矩,涂层的抗扭性能是评价钻杆涂层的一个非常重要的机械性能参数,在涂层钻杆上取一段钻杆送往专业的检测公司,在施加到钻杆的抗扭极限时评价内涂层,经观察涂层完好,表面无裂纹和脱落。

3 现场应用情况

2006年引进TK-34XT涂层后,开始进行工艺试验和油田试用。截至2010-12,已经涂覆20多万m钻杆,发往国内外各大油田,创造了非常好的经济和社会效益。涂层产品使用效果良好,得到了用户的好评。

4 结论

TK-34XT涂层具有良好的防腐性能和耐磨性能,在磨损比较大的环境中使用时能有效地减少涂层的磨损,可有效防止各种腐蚀介质对钻杆管材基体的侵蚀,延长了钻杆的使用寿命,为用户带来了较好的经济效益。

[1] 张彦军,张丽萍,韩文礼,等.油井管腐蚀现状与防护技术发展趋势[C]//全国重防腐蚀涂装技术交流会,2007.

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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

张桂新(1964-),女,河北青县人,高级工程师,主要从事石油专用管防腐技术与企业管理工作,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.

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