自润滑抗磨耐蚀涂层油管防偏磨技术研究-天然气与石油.doc

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1、长庆油田斜井防偏磨技术研究奚运涛1,2李曼平3侯正孝4孙雨来1,2付彩利1,2（1.长庆油田公司油气工艺研究院，陕西西安，710021；2.低渗透气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安，710021；3.长庆油田公司第五采油厂，陕西西安，710069；4.长庆油田公司第二采油技术服务处，甘肃庆城，745100）摘要：近年来随着长庆油田大斜度井和井眼轨迹复杂井的日益增多，导致油井管杆偏磨严重，修井频繁，而常规扶正防磨技术又不适应这类井况。为了解决以上问题，研发了一种自润滑抗磨耐蚀涂层油管，报告了该涂层的配方、加工工艺及特点，对涂层的微观组织、耐磨损性能和耐腐蚀性能进行

2、了研究。结果表明，该涂层组织细密，耐蚀性能优，具有减摩和抗磨作用，可以提高油管寿命4倍以上，显著延长油管磨损周期。关键词：斜井；偏磨；自润滑；涂层；油管中圈分类号：TE931.2文献标识码：A1前言定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它可以使地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本[1]。近年来，长庆油田95%以上为定向井开发。当井斜角大于30°时，由于水平位移较大，钻井时轨迹难以精确控制，易导致井眼轨迹复杂，管杆磨损严重[2-4]。目前长庆油田共有该类斜井6800余口，占总采油井数的20%左右。虽

3、然采取了一些常规防偏磨措施，如增下扶正器、扶正杆、防磨接箍、井口安装多功能悬绳器等，但治理效果均不明显，未能有效延长检泵周期，使得该斜井的井筒防治工作成为了一个亟待解决的难题。针对以上问题，本文研发了一种自润滑抗磨耐蚀内涂层油管，通过室内及现场试验，评价了该涂层油管的各项性能及应用效果，为解决大斜度井的偏磨问题提供了一种有效的技术手段。2涂层及实验2.1涂料配方及加工工艺自润滑抗磨耐蚀涂层是通过静电喷涂方法[5]，将耐磨涂料喷涂于钢制油管内壁,6待冷却固化后形成的，涂层厚度600~800微米。该涂料以环氧树脂为主，加入了石墨等固体微粉，用以提高涂层在高温环境下的自

4、润滑和耐磨损性能。2.2实验内容采用JSM6360LV型扫描电子显微镜（SEM），对涂料和涂层油管内表面的显微结构进行分析。依据NACETM0171标准，采用美国Cortest高温高压釜对N80和涂层试样进行高温高压腐蚀试验评价[6]。试样条件见表1，腐蚀介质组成见表2。表1腐蚀试验条件Tab1.Theconditionsofcorrosiontests试验条件温度/℃压力/MPa时间/hpHPCO2分压/MPa总矿化度mg/l数值130201685.2332849.8表2腐蚀介质组成Tab2.Thecomponentsofcorrosionsolutions介质

5、组成Na++K+mg/lCa2+mg/lMg2+mg/lHCO3-mg/lSO42-mg/lCl-mg/lFe2+mg/lCO32-mg/l含量11314889172961362.5188395.3303采用JDQP-2型球盘磨损试验机评价了J55基材和涂层的摩擦系数。试验条件为：摩擦副为20CrMo钢球，载荷1000g，测量半径5mm，转速254r/min，试验时间30min。采用SLM-200型往复磨蚀试验机进行了管杆往复对磨试验，评价涂层的抗磨损性能。为了对比分析涂层油管的耐磨损性能，选取了4种油管进行往复磨损试验，4种油管分别为N80、J55、氮化油管和涂

6、层油管。摩擦副为抽油杆常用材料20CrMo。试验冲程：110mm；试验冲次：100次／min；侧向载荷：400N；对磨40万次；介质为油田采出水（矿化度32463mg/L）；试验温度：85℃。3结果及分析3.1显微结构分析图1所示为耐磨涂料的微观形貌。可以看出，涂料主要由细密粉末和不规则耐磨颗粒组成，无其它杂质。图2所示为涂层油管内表面的SEM形貌。由图可以看到，涂层表面放大120倍后，涂层呈网状交联，整体性好，耐磨颗粒分布其中，结合紧密。6图1涂料的微观形貌图2涂层的微观形貌Fig1.ThemorphologyofcoatingmaterialFig2.Them

7、icrostructureofcoatingsurface3.2耐腐蚀性能涂层在酸性腐蚀介质下，经过168h高温高压试验后，涂层外观无变化，未发现变软、膨胀和内部起泡或疏松等现象。经过168h高温高压试验后，N80试样失重为0.0128g，而涂层油管失重仅为0.0019g，耐腐蚀性能较N80提高5倍以上。用挑拨法对腐蚀试验后涂层试样的附着力进行测试，结果表明，附着力仍然可以达到行业标准1级的要求。说明涂层在高温、高压、高矿化度条件下，具有良好的耐腐蚀性能和较高的结合强度。3.3摩擦系数测定N80基材和涂层油管的球盘磨损试验结果见图3所示。图3两种油管表面的摩擦系数

8、随时间的变