高耐磨性防腐涂料在鉆桿中的應用

張桂新，黃 斐，胡建修，蔡 全

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

高耐磨性防腐涂料在鉆桿中的應用

張桂新1，黃 斐2，胡建修2，蔡 全3

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

對改性環氧酚醛樹脂（TK－34XT）內涂層的生產工藝進行了研究，介紹了該涂層的優點及其在油田的應用。通過附著力、耐化學腐蝕性、耐高溫性、粗糙度、耐磨性和機械性能等試驗，研究了該涂層的性能特點，表明該涂層性能指標可滿足鉆井工藝要求。

鉆桿；內涂層；附著力；耐磨性

防腐涂料對鉆桿壁起到了很好的防護作用［1－8］。隨著石油工業的不斷發展，出現了定向井、超深井、腐蝕氣井等，鉆采工況越來越復雜，要求鉆采技術和裝備水平不斷提升，對石油專用管性能的要求也越來越高。為了提高鉆桿的性能，延長其使用壽命，要求內涂層既要有良好的防腐性能又要有良好的耐磨性能，以保護管體不受腐蝕介質的侵蝕和機械磨損。

TK－34XT涂料是由美國Tuboscope公司研制的新型涂料，該涂料在不改變原有防腐性能的基礎上，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了鉆桿的使用壽命，降低了用戶的生產成本。

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涂料與傳統涂料相比，其粘度和觸變指數較低，需要采用特殊的噴涂參數和烘烤工藝進行涂層作業，以保證噴涂質量。

1.3 優點

1） 與傳統涂層屬于同一涂層系列，生產設備相同，對工藝參數進行試驗研究后可形成批量生產。

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大大增加了涂層的耐磨性能。

如下圖所示，找幾節5號干電池，將錫紙剪成10 cm長、1 cm寬，中間為1 mm～2 mm寬的長條狀，然后將其一端連接電源正極，另一端連接電源負極，一段時間后可以看到錫紙燃燒起來了，說明錫紙真的能導電。

3） TK－34XT涂料固含量比傳統涂層高，因此涂料利用率較高。

2 涂層試驗

TK－34XT涂料采用特有工藝涂敷到鉆桿內壁，進行了一系列試驗對涂層進行了評價，結果證明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使用一些工具（例如鋼絲繩等），在起下過程中會對涂層造成劃傷，如果涂層附著力差，腐蝕介質會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價涂層質量的重要標準。本試驗依據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

經試驗，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，依據標準判定涂層的附著力為A級，達到指標要求的附著力在B級以上，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對油井進行酸化、壓裂等作業，故涂層鉆桿應在各種酸性和堿性條件下做浸泡試驗，試驗表明TK－34XT涂層能適應多種酸堿條件的工況環境。試驗結果如表1。

表1 耐酸堿試驗結果

2.3 粗糙度

光滑的表面可以減小阻力，對于鉆桿而言，內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計量科學研究院做了粗糙度試驗，結果表明TK－34XT涂層粗糙度可以達到Ra＝0.78μm，沒有經過加工的管體內壁達到了40μm，因此內涂層鉆桿的粗糙度降低了近50倍。試驗結果如表2。

2.4 耐磨性

鉆桿使用環境非常惡劣，并且經常含有砂礫、泥漿等雜物，耐磨性是一個非常重要的參數。采用ASTM D－4060型標準泰伯爾磨耗儀測試耐磨性，在載荷10kN的情況下旋轉1 000圈，所得結果如表3。

表2 粗糙度試驗結果

表3 耐磨性試驗結果

由表3可以看出，在同樣試驗條件下，TK34－XT的耐磨性在厚度和質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

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

2.6 抗扭轉性

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價鉆桿涂層的一個非常重要的機械性能參數，在涂層鉆桿上取一段鉆桿送往專業的檢測公司，在施加到鉆桿的抗扭極限時評價內涂層，經觀察涂層完好，表面無裂紋和脫落。

3 現場應用情況

2006年引進TK－34XT涂層后，開始進行工藝試驗和油田試用。截至2010－12，已經涂覆20多萬m鉆桿，發往國內外各大油田，創造了非常好的經濟和社會效益。涂層產品使用效果良好，得到了用戶的好評。

4 結論

TK－34XT涂層具有良好的防腐性能和耐磨性能，在磨損比較大的環境中使用時能有效地減少涂層的磨損，可有效防止各種腐蝕介質對鉆桿管材基體的侵蝕，延長了鉆桿的使用壽命，為用戶帶來了較好的經濟效益。

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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

張桂新（1964－），女，河北青縣人，高級工程師，主要從事石油專用管防腐技術與企業管理工作，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.