防止表層套管倒扣的高強度膠粘劑的研究

王耀光，田　峰，惠　非，艾志剛

(1.中國石油集團石油管工程技術研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室,陜西　西安　710077；2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司　北京　100101)

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·試驗研究·

防止表層套管倒扣的高強度膠粘劑的研究

王耀光1，田峰1，惠非2，艾志剛2

(1.中國石油集團石油管工程技術研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室,陜西西安710077；2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司北京100101)

摘要：表層套管固井后，在井下的5-7根套管，鉆柱在鉆水泥柱時，會帶動套管震動可能引起套管扣松動、倒扣甚至發生掉井事故。為了防止此類失效事故的發生，傳統的工藝采用鉚接或焊接的方法來解決，而目前國外油氣田通常采用膠黏劑粘接的方法代替焊接或鉚接，本文通過研制一種高強度膠粘劑TGRI-102，對表層套管井下5-7根套管螺紋連接處進行粘接，以防止螺紋松動或倒扣等現象，并依據GB/T 6328-1999、GB/T 6329-1996、GB/T 7124-2008三個標準對該膠黏劑進行了性能評價，并與國外同類產品進行對比，結果表明該產品已經達到了國外同類產品的技術水平。

關鍵詞：防表層套管倒扣; 改性環氧樹脂膠粘劑

0引言

為了解決表層套管出現的倒扣或脫扣現象，油田現場傳統的解決方法就是鉚接或焊接。而隨著油田現場對施工效率和安全性要求的提高，國外一些公司開始嘗試采用涂抹一種高強度膠粘劑[1]的方法來代替傳統的鉚接或焊接工藝，該方法簡單，易于操作，可防止套管松動并能提高套管柱的連接強度。針對這一新型的作業方式，我們開展該項技術研究，選擇粘接強度高的環氧樹脂通過丁氰橡膠改性，添加能提高粘接強度的三氧化鋁、鋁粉等填料形成A組分；以胺類固化劑B組分，AB組分按照一定比例混合，通過在不同溫度條件下對比測試該膠粘劑的抗沖擊性能、抗剪切性能和抗拉伸性能，試驗結果表明該產品已經達到了國外同類產品的技術性能。

1膠粘劑制備

1.1原料、儀器

E51環氧樹脂，液體丁腈橡膠[2]，三氧化鋁 200目，高嶺土1250目、鋁粉300目，環氧稀釋劑，消泡劑BYK141, 固化劑 882B。

烘箱101A-3，小型攪拌器OA2000，燒杯等玻璃制品、45#鋼片

1.2高強度膠粘劑的制備工藝

按照一定比例將環氧樹脂、液體丁腈橡膠置于裝有溫度計和攪拌器的反應器中，加熱升溫至110℃后，在攪拌狀態下保持2個小時；然后降溫至60℃，按照比例依次將三氧化鋁、鋁粉、高嶺土、環氧稀釋劑和消泡劑加入反應器中，攪拌2小時，倒出后即為粘接劑的待用膠液A組分。使用時與固化劑882B按照100比8的比例進行配比，攪拌均勻即可。

2膠粘劑性能的測試

2.1對比測試項目及測試條件

將制備的高強度膠粘劑與國外某同類產品分別在室溫、40℃、80℃和120℃的溫度條件下進行固化，固化時間都為24小時,然后在室溫條件下依據GB/T 6328-1999 《膠粘劑剪切沖擊強度試驗方法》標準中對膠粘劑剪切沖擊強度的試驗方法，采用懸臂梁沖擊試驗機，在室溫條件下依據GB/T 6329-1996《膠粘劑對接接頭拉伸強度的測定》標準中對膠粘劑對接接頭拉伸強度的測定方法，采用萬能拉伸強度試驗機，在室溫條件下依據GB/T 7124-2008[3]《膠粘劑 拉伸剪切強度的測定(剛性材料對剛性材料)》標準中對膠粘劑拉伸剪切強度的測定方法，采用萬能電子試驗機，測試該膠粘劑的抗剪切沖擊強度、抗拉伸強度和抗拉伸剪切強度等性能；并將二者的結果進行對比，以判斷新制備的高強度膠粘劑性能。

2.2試驗結果

室溫條件下膠粘劑的剪切強度、抗拉強度和抗沖擊強度，測試結果見表1。

表1　室溫固化24 h后2種膠粘劑性能的測試結果

40℃條件下高強膠粘劑的剪切強度、抗拉強度和抗沖擊強度，測試結果見表2。

表2　40℃固化24 h后2種膠粘劑性能的測試結果

80℃條件下高強膠粘劑的剪切強度、抗拉強度和抗沖擊強度，測試結果見表3。

表3　80℃固化24 h后2種膠粘劑性能的測試結果

120℃條件下高強膠粘劑的剪切強度、抗拉強度和抗沖擊強度，測試結果見表4。

表4　120℃固化24 h后2種膠粘劑性能的測試結果

由以上試驗結果可以看出，在室溫、40℃、80℃和120℃條件下固化時，TGRI-102高強度膠粘劑的抗剪切強度和抗拉伸強度均超過了國外同類產品，而抗沖擊強度與之基本接近。

從結果中可以看出，固化溫度，對膠粘劑性能有一定的影響，但在40℃以內各項性能指基本穩定，確保了在不同季節和環境中使用時，該產品可以表現出穩定的性能[4]。在120℃條件下固化，反應速度較快，但剪切強度和抗拉伸強度會略有降低。

3結論

新開發的TGRI-102高強度粘接劑通過配方的優化設計，性能評價，并與國外同類產品進行比對測試，結果表明，該產品各項性能已達到或超過國外同類產品，并在投入實際應用的過程可以有效防止套管松動，不僅可以代替傳統的鉚接或焊接工藝，也可以代替市場上價格較為昂貴的進口產品。

參 考 文 獻

[1] 王洪學，鄭耀卿，侯一斌，等.高剪切高剝離強度單組份環氧樹脂結構膠的研制[J].中國膠粘劑，2008,17(8):19-22.

[2] 譚美軍，張娜，王正祥，等.端環氧基液體丁腈橡膠改性環氧樹脂結構膠的研究[J].中國膠粘劑，2011,20(4):22-25.

[3] 鄢艷芬，童曉梅.環氧樹脂/氨基硅油膠粘劑的制備及其性能分析 [J].武漢生物工程學院學報，2007,3(2):71-74.

[4] 張寶華，葉俊丹，陳斌，等.固化溫度對環氧樹脂固化物性能的影響 [J].塑料工業，2009,37(9):64-79.

Research on the High Strength Adhesive to Prevent the Reversing of Surface Casing

WANG Yaoguang1，TIAN Feng1,XI Fei2，AI Zhigang2

(1.CNPCTubularGoodsResearchInstitute,StateKeyLaboratoryforPerformanceandStructureSafetyofPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,Xi′an,Shaanxi710077China;2.BeijingLongshineOilTubalarTecknologeCO.Ltd,Beijing100101China)

Abstract：After cementing surface casing the, when drill string is drilling the cement column, fifth to seventh casing can cause casing revolve in the well, which will cause the casing thread connection loose, back off or fall. In order to prevent the occurrence of the accident, the method of riveting and welding are used, but the foreign oil company develop a high strength adhesive now, which is used to replace welding and riveting. We develop a high strength adhesive, the new adhesive can splice the surface casing and prevent thread loose, back off or fall. In accordance with GB/T 6328-1999、GB/T 6329-1996、GB/T 7124-2008 in different temperature conditions, the new adhesive is tested, the experimental result shows that the performance comparison with similar foreign the high strength adhesive, the new adhesive has reached the same technical level with the foreign adhesive.

Key words：antisurface casing back off；modified epoxy resinadhesive

(收稿日期：2015-12-20編輯：葛明君)

中圖法分類號：Q433.4

文獻標識碼：A

文章編號：2096-0077(2016)02-0035-02

第一作者簡介：王耀光，男，1965年生，工程師，現在北京隆盛泰科石油管科技有限公司主要從事石油管材的駐廠監造、現場檢測、技術咨詢工作。E-mail:wangyaoguang@cnpc.com.cn