環氧涂層外防腐套管附著力現場檢測方法探討

陳安德，陳 漢，劉小齊，楊永霞，郭煜鍇

中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

中國石油長慶油田分公司所處的陜甘寧盆地，地下情況復雜，由于腐蝕性水層的存在，使套管腐蝕嚴重。套管防腐關系到油井壽命，直接影響油氣田的效益開發，為適應油田大規模開發需要，延長油水井壽命，應用了套管防腐技術，其中環氧涂層外防腐是目前套管外防腐的主要工藝技術。近年來，隨著外防腐套管的需求使用量不斷增多，對其質量監管力度也不斷提高。

在外防腐套管質量檢測中，涂層附著力是檢測的一項重要性能指標。涂層附著力是指涂膜與被涂物體表面之間通過物理或化學作用相互黏結的能力，是一種界面作用力[1]，如果附著力不夠將導致涂層脫落，無法起到有效防腐保護作用，因此進行附著力檢測有著極其重要的意義。本文介紹了4種附著力檢測方法，通過方法比較及現場測試分析，確認了適合于現場檢測環氧涂層外防腐套管的最佳附著力檢測方法。

圖1 劃X法附著力等級

1 涂層附著力檢測方法及適用范圍

1.1 劃X法

在待檢樣品的選定區域，用尖銳刀具沿直線穩定地在漆膜上切割兩條相交直線至底材，劃線長40 mm，夾角為30°～45°，未劃至金屬底材試驗失敗。取75 mm長的壓敏膠帶，把膠帶牢固粘在切割線上，在（90士30）s內，以180°從漆膜表面勻速撕開膠帶，觀察膠帶拉開后的涂層的狀態，評定附著力級別。標準中評定了6個附著力等級（圖1），分別是：5A，沒有脫落或脫皮；4A，沿刀痕有脫皮或脫落的痕跡；3A，刀痕兩邊都有缺口狀脫落達1.6 mm；2A，刀痕兩邊都有缺口狀脫落達3.2 mm；1A，膠帶下X區域內大部分脫落；0A，脫落面積超過了X區域。一般附著力達到3A～5A級可以接受。該方法適用于干膜厚度＞125μm的涂層，檢測不受涂層厚度及樣品外觀形狀的限制，檢測工具簡單，適用性廣，但只能評測附著力等級，不能具體量化。

1.2 劃格法

試驗采用具有6個切割刃口的劃格儀，刀刃間隙為1 mm、2 mm或3 mm。持劃格儀手柄，將刀刃垂直于待檢樣品平面，用均勻的壓力平穩的拉動3～4 cm，割痕劃至底材，未劃至金屬底材試驗失敗，然后將劃格儀旋轉90°，在割劃的切口上進行切割，形成格陣圖形。用軟毛刷輕輕地清掃割痕，在切割區域貼上3 m膠帶，然后快速拉開[2]。目視或使用放大鏡檢查檢測區域并進行對比評定等級，其分級標準描述見表1。該方法適用于干膜厚度≤250μm的涂層，可以直觀地評測附著力等級，但不能具體量化。

表1 劃格法附著力測定分級標準

1.3 拉開法

將膠黏劑涂抹到金屬試柱上，然后將試柱緊密壓在測試涂層表面，充分固化后，用刀具圍著試柱切割涂層至底材，用拉拔儀以均勻的且不超過1 MPa/s的速度，在試樣的黏結面上施加垂直均勻的拉力，以測定涂層間或涂層與底材間的附著破壞時所需的力[3]。拉開法附著力試驗方法屬剝落試驗方法，能用數據準確地表示漆膜附著力，通過測量所得到的數據，反映出準確的附著力性能比[4-6]。

1.4 劃圈法

將制備好的漆膜樣板固定在附著力測定儀上，在轉針上添加砝碼確保能夠劃透涂膜，未劃至金屬底材試驗失敗，按順時針方向勻速搖動手柄，劃出標準圖長為（7.5±0.5）cm的劃痕，用漆刷除去劃痕上的漆屑，以四倍放大鏡檢查劃痕并評級[7]。評定分為7個等級（圖2），分別是1、2、3、4、5、6、7級。該方法需要在檢驗前制作漆膜樣板，并且需待漆膜實干后在恒溫恒濕條件下才能進行附著力測定，只能評測附著力等級，不能具體量化。

通過對這4種附著力檢測方法的闡述及對比分析（表2），可以得出劃圈法、拉開法適用于實驗室檢測，劃X法、劃格法適用于現場或實驗室檢測，對于套管外防腐現場檢驗應使用劃X法或劃格法。

2 現行標準中存在的問題

目前環氧涂層外防腐套管生產加工標準為企業標準，標準中要求環氧涂層厚度≥250μm，現場附著力檢測方法為劃格法。但是在劃格法試驗標準中該方法適用于涂層厚度≤250μm，不適用環氧涂層外防腐套管。而通過表2分析發現劃X法適用于該厚度的環氧涂層外防腐套管附著力檢測。

圖2 標準劃痕等級

3 環氧涂層外防腐套管附著力對比分析

由于劃格法和劃X法兩個標準中對涂層厚度要求差距較大，且試驗方法不同，為驗證兩個檢測方法的適用性，在現場隨機抽取一組樣品進行對比試驗。

3.1 樣品準備

在生產現場在已生產加工完成96 h的成品環氧涂層外防腐套管中隨機抽取5根樣品，樣品編號分別為01～05，分別對每根套管兩頭及管體隨機各取4個區域，分別表示為A～D。在附著力試驗前分別對每個準備檢測區域進行外觀檢查，均無明顯缺陷，并進行了涂層厚度檢測。

3.2 附著力試驗分析

分別使用劃格法和劃X法對抽取的樣品進行附著力檢測，檢測結果見表3。

從以上試驗結果可以看出，第1根套管樣品環氧涂層厚度在250μm左右時，用兩種方法檢測結果基本一致，均為合格。在第2、3、4、5根套管外防腐層附著力檢測時，劃格法部分檢測區域試驗失敗，且隨著涂層厚度的增加附著力檢測失敗的幾率逐漸增加。而劃X法在任一厚度均能完成試驗，能準確檢測出附著力等級。

對以上結果進行原因分析：

1）在進行劃格法檢測時，發現由于劃格儀齒形為平面，套管外形為圓形，沿著套管軸線方向進行切割，劃出的齒痕中間深兩側淺，兩側4條切割線基本不能劃透至底材（圖3）。另外，隨著環氧涂層厚度增加（＞250μm），在使用劃格法檢測時刀具很難劃至金屬底材（圖4），導致檢測失敗。而且如果使用較大力非正常方法將涂層劃至底材，會出現整個涂層被六連齒結構刀具拖掉的現象（圖5、圖6），出現結果的誤判。

表2 附著力檢測方法適用范圍

表3 附著力檢測結果對比表

圖3 兩側未劃透

圖4 未劃透

2）在用劃X法進行檢測時，由于檢測僅需要劃兩條交叉的線段，不受套管外觀形狀、涂層厚度的影響，均能完成檢測，通過比對可以評出準確附著力等級。

圖5 劃格儀刀頭

圖6 涂層被劃拖掉

通過以上檢測結果的分析，得出劃X法更適用于涂層厚度＞250μm的環氧涂層外防腐套管附著力檢測。

4 結束語

每年防腐套管使用量不斷增大，其涂層質量直接影響油井生產壽命，如果附著力不夠將可能導致涂層脫落，無法起到有效防腐保護作用，因此正確的檢測方式是保證產品質量的重要手段。對于油田環氧涂層外防腐套管生產現場防腐層厚度大于250μm的，應采用劃X法進行附著力檢測。