長慶油田斜井防偏磨技術研究

2012-10-23 07:34:18奚運濤李曼平侯正孝孫雨來付彩利任福建

天然氣與石油 2012年6期

奚運濤李曼平侯正孝孫雨來付彩利任福建

1.“中國石油”長慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安710021

2.低滲透氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710021

3.中國石油長慶油田公司第五采油廠，陜西西安 710069

4.中國石油長慶油田公司第二采油技術服務處，甘肅慶城 745100

5.中國石油管道公司中原輸油氣分公司，山東德州 253020

0 前言

定向井技術是當今世界石油勘探開發領域最先進的鉆井技術之一，能使地下條件受到限制的油氣資源得到經濟、有效的開發，大幅度提高油氣產量，降低鉆井成本［1］。近年來，長慶油田95%以上為定向井開發。當井斜角＞30°時，由于水平位移較大，鉆井時軌跡難以精確控制，導致井眼軌跡復雜，管桿磨損嚴重［2～4］。目前長慶油田共有該類斜井6 800余口，占總采油井數的20%左右。雖然采取了一些常規防偏磨措施，如使用扶正器、扶正桿、防磨接箍或井口安裝多功能懸繩器等，但效果均不明顯，未能有效延長檢泵周期，使得這類斜井的偏磨防治工作成為亟待解決的難題。

針對以上問題，研發了一種自潤滑抗磨耐蝕內涂層油管，通過室內及現場試驗，評價了該涂層油管的各項性能及應用效果，為解決大斜度井的偏磨問題提供了一種有效技術手段。

1 涂層及實驗

1.1 涂料配方及加工工藝

自潤滑抗磨耐蝕內涂層是通過靜電噴涂方法［5］將耐磨涂料噴涂于鋼制油管內壁，涂料冷卻固化后形成，涂層厚度600～800μm。該涂料以環氧樹脂為主，加入石墨等固體微粉，提高涂層在高溫環境下的自潤滑和耐磨損性能。

1.2 實驗內容

采用JSM6360LV型掃描電子顯微鏡（SEM），對涂料和涂層油管內表面的顯微結構進行分析。根據NACE TM0171標準，采用美國Cortest高溫高壓釜對N80管材和涂層試樣進行高溫高壓腐蝕試驗評價［6］。試樣條件見表1，腐蝕介質組成見表2。

表1 高溫高壓腐蝕試驗條件

表2 高溫高壓腐蝕介質組成

采用JDQP-2型球盤磨損試驗機評價N80管材和涂層的摩擦系數。試驗條件為：摩擦副為20CrMo鋼球，載荷1 000 g，測量半徑5mm，轉速254 r/min，試驗時間30min。

采用SLM-200型往復磨蝕試驗機進行管桿往復對磨試驗，評價涂層的抗磨損性能。為對比分析涂層油管的耐磨損性能，選取4種油管進行往復磨損試驗，4種油管分別為N80管材、J55管材、氮化油管和涂層油管。摩擦副為抽油桿常用材料20CrMo。試驗沖程：110 mm；試驗沖次：100次／min；側向載荷：400 N；對磨4×105次；介質為油田采出水（礦化度32 463mg/L）；試驗溫度：85℃。

2 結果及分析

2.1 顯微結構分析

耐磨涂料的微觀形貌見圖1。涂料主要由細密粉末和不規則耐磨顆粒組成，無其它雜質。

涂層油管內表面的SEM形貌見圖2。由圖2可知，涂層表面放大120倍后，涂層呈網狀交聯，整體性好，耐磨顆粒分布其中，結合緊密。

2.2 耐腐蝕性能

圖1 耐磨涂料的微觀形貌

圖2 涂層油管內表面的SEM形貌

涂層在酸性腐蝕介質下，經過168 h高溫高壓試驗后，涂層外觀無變化，未發現變軟、膨脹和內部起泡或疏松等現象。經過168 h高溫高壓試驗后，N80管材試樣失重為0.012 8 g，而涂層油管試樣失重僅為0.001 9 g，耐腐蝕性能較N80管材提高5倍以上。

用挑撥法對腐蝕試驗后涂層試樣的附著力進行測試，結果表明附著力仍達到行業標準1級要求，說明涂層在高溫、高壓、高礦化度條件下，具有良好的耐腐蝕性能和較高的結合強度。

2.3 摩擦系數測定

N80管材和涂層油管的球盤磨損試驗結果見圖3。

圖3 N80管材和涂層油管表面的摩擦系數隨時間變化曲線

由圖3可知，在相同摩擦副下，N80管材的摩擦系數隨時間變化曲線跳動較大，平均摩擦系數為0.61；涂層油管的摩擦系數隨時間曲線變化平穩，平均摩擦系數為0.15，較N80管材降低了75.79%。說明N80管材表面耐磨性差，而涂層顯著降低了N80管材的摩擦系數，具有自潤滑和減摩作用。

采用JSM6360LV型掃描電子顯微鏡，對磨損后的試樣進行顯微觀察，見圖4。由圖4可知，無涂層的N80管材表面磨損后出現較深的溝槽，溝內可見白色磨屑分布，表明磨損機理為粘著磨損；涂層油管表面平整，僅有一些方向相同的淺磨痕存在，說明表面磨損輕微，磨損機理以滑動磨損為主，證明該涂層具有很好的自潤滑作用［7～8］。