新型納米涂料作為注水井分注管柱內防涂料應用研究

紀艷娟，鄒俊松，許志剛，張 峰

（1.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州 225009；2.中國石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都 225265）

江蘇油田開發已進入高含水開發階段，有32 個油田投入注水開發，共有注水井795 口，其中分層注水井356 口，占注水井總數的44.8 %。由于長期注污水，井況不斷變差，注水管柱的腐蝕狀況日趨嚴重，對油田生產造成不利影響，注水管柱的腐蝕防護已成為急需解決的問題。

江蘇油田分注井普遍采用內涂層油管來進行防腐，涂層是環氧樹脂類，長期受水力沖刷的影響，涂層硬度不夠，尤其在油管接頭處易脫落；采取納米增注措施時，涂層脫落嚴重，易堵塞水嘴。

隨著科技的發展，一批新型的內防腐涂料面世，選用其中的新型納米涂料來進行室內試驗，評價其是否可以用于油井分注管柱的內防腐。

1 新型涂料簡介

納米涂料厚度為1 μm～10 μm，環氧類樹脂粉末涂料的涂膜厚度為50 μm～60 μm，納米涂料明顯薄于傳統的環氧樹脂類涂料。傳統涂料的主要成分為高分子樹脂，而納米防腐涂料的成分為納米氧化物溶膠。因此，與傳統防腐涂料相比，具有優異的防腐性能、滿足對尺寸精度的要求、高硬度、高透明、耐溶劑。應用納米防腐涂料，金屬表面處理工藝非常簡單，從而降低了生產成本，大大提高了工效；應用納米防腐涂料，無廢水、廢氣、廢渣排放，生產工藝為綠色清潔工藝，產品也是綠色的。

2 實驗研究

2.1 涂層工藝

新型納米料的涂層工藝：基材→脫脂→水洗→風切（烘干）→涂裝涂層（浸泡/涂刷）→烘烤/常溫固化→成品，但時間要延長。這套涂層工藝簡單，而傳統的涂層工藝步驟繁瑣，工藝有16 步之多。

2.2 樣品預處理

新型納米涂料是A 組分和B 組分，均為液體狀態，按照不同的比例混合攪拌均勻即可使用。選用與油管材料N80 鋼材制成的掛片，按照上述涂層工藝進行，成品可進行以下性能測試。新型納米涂料共有5 個樣品，記為1#、2#、3#、4#、5#。

2.3 防腐性能測定

根據GB/T《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》進行，目標為＜0.076 mm/a，污水取自江蘇油田腐蝕較嚴重的HS 污水處理站。

2.4 防垢性能測試

配置模擬水，取6 個250 mL 磨口瓶，分別加入100 mL 蒸餾水，50 mL 陽離子水，搖勻后，再加入50 mL陰離子水，搖勻，將空白掛片、表面分別涂有5 種涂料的掛片一一放入瓶中，將6 個瓶子放入110 ℃烘箱中，觀察掛片表面結垢情況。

2.5 涂層潤濕性測定

采用OCA 光學接觸角測量儀進行涂層表面測定，以蒸餾水為介質，涂層表面潤濕角越小，潤濕性越好。

2.6 硬度測試

涂料硬度測定采用GB/T 6739-1996《涂膜硬度鉛筆測定法》，標準規定了試驗機法和手動法兩種方法，采用其中的手動法。

2.7 涂層表面情況

掃描電鏡（SEM）分析和AMF 分析。

3 實驗結果與分析

3.1 防腐性能

由表1 可以看出，有涂層的腐蝕率均小于0.076 mm/a，選用其中防腐效果較好的進行耐酸堿試驗。

表1 原水條件下涂料的防腐性能測試

表2 酸堿條件下的涂料防腐性能測試

由表2 可以看出，三種涂料在原水中均有較好的防腐效果，在酸堿中防腐效果變差，相比較而言，4#是三種涂料中較好的一種，但腐蝕率也是超過0.076 mm/a，說明防腐涂料不適應在酸化作業時使用。

3.2 防垢性能

2 天后，表面沒有涂層的掛片表面有垢晶析出，有涂層的表面沒有垢晶，說明涂料具有防垢效果（見圖1）。

圖1 防垢試驗圖片

表3 涂層表面潤濕角

3.3 潤濕性能

表3 顯示，涂層后，表面潤濕角變大，由弱親水轉為弱疏水，降低水的流動阻力。

3.4 硬度測試

新型納米涂料的硬度較高，均大于環氧樹脂涂層的硬度（2H）。

表4 涂料硬度測試

3.5 涂層表面

圖2 SEM 照片

由圖2 可見，在40 μm 鏡頭下，納米涂層表面依然是很光滑。

4 結論

（1）與油田現用的環氧樹脂類涂料相比，新型納米涂料具有厚度薄、耐高溫、硬度較高的特點。

（2）新型納米材料為水溶性的，可以通過浸泡即可完成表面處理，在分注工具防腐方面具有內襯工程塑料等其他防腐方法無法比擬的優點。

（3）新型納米涂料可以用于注水井分注管柱，尤其是分注工具的防腐。

［1］ 國家標準GB/T 6739-1996［S］. 涂膜硬度鉛筆測定法，1996.

［2］ 國家標準GB/T18175-2000［S］.水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法，2000.