表面處理工藝在海洋石油完井工具中應用與實踐

郭福廣

摘 要：表面處理工藝在海洋石油完井工具的使用過程中，可以對一些合金鋼、不銹鋼的材料構成的工具進行處理，主要的技術有QPQ 鹽浴復合處理、電鍍鎢合金、物理氣相沉積。這些技術能夠使下井工具具有耐磨、耐腐蝕等良好的性質。本文出闡述了處理工藝對海洋石油完井工具中的實踐應用。

關鍵詞：表面處理工藝；海洋石油完井工具；應用與實踐

引言：海洋油氣田的開采對我國的經濟社會發展都有重要的意義，當時當前開采工作的工作環境十分惡劣，油氣田中有很多的腐蝕性氣體，二氧化碳、二氧化硫等，還包括一些氯離子、硫離子等腐蝕性的離子，這些都對開采使用的工具產生一定的腐蝕性，并且工具在使用的過程中還要承受拉力、壓力等復雜的變應力。同時，這些工具還有受到泥漿、攜砂漿的沖蝕。在這樣的環境中，要求開采使用的工具能夠具有高強度和高耐磨的性質，還要能夠抵抗腐蝕和沖蝕，為了實現這一點，僅是優化工具的材料是不夠的，還需要通過表面處理技術，提高工具的綜合性能。

1 表面處理技術的基本概況

目前，為了能夠提高工具在海洋石油井下的綜合性能，需要采用表面處理技術加強工具的耐磨和耐沖蝕性、耐腐蝕。當前主要采用的工藝主要有QPQ鹽浴復合處理、電鍍鎢合金、物理氣相沉積等技術，通過多年的實踐和研究，QPQ鹽浴復合處理技術主要是用來解決不銹鋼螺紋粘扣等問題，物理氣相沉積技術可以提高合金鋼和不銹鋼的耐磨和耐沖蝕性，電鍍鎢金技術能夠有效的提高工具的耐腐蝕性。

2 表面處理技術的應用

2.1QPQ鹽浴爐復合處理技術

這種處理技術在使用的過程中有四個步驟，首先要用鹽浴對開出油田的工具進行淡化處理，在淡化處理之后進行第一遍養護處理，然后將工具拋光，最后對拋光后的工具實施第二次氧化。在這個QPQ鹽浴爐復合處理技術中，核心的處理技術是鹽浴氮化處理，實施的技是主要是利用氮化鹽中氰酸根發生分解時可以產生活性氮原子，氮原子能夠滲入到工具當中，與工具發生一定的作用，進而在工具的表面形成一層化合物，該化合物具有很強的耐磨性和抗蝕性，或者是產生一層耐疲勞的擴散層。第二步進行養護處理，養護處理就是將從從氮化爐中獲取的CN -（氰根），當氰根發生反應之后，會在工具的表面呈現出黑色的氧化膜，進而增加了工具的抗腐蝕能力，同時還能夠在一定程度上提高工具的耐磨性。拋光的工藝相對簡單，就是將工具外表形成的氮化物層外面的疏松層去掉。去掉表面的疏松層之后，需要對工具進行二次氧化，這是對工具采用QPQ鹽浴爐復合處理的最后一步，這一步是加固的步驟，能夠加強工具的抗腐蝕性和耐磨性。

2.2表面鍍鎢合金處理技術

這種工藝的應用價值很高，既可以提高開采井下工具的耐磨性又能夠提高其防腐性，這是一種新型的工藝，根據目前在海洋石油完井工具的表面處理技術的應用中看，該技術應用的較為廣泛，受到了廣泛的認可。當前現有的技術得知，電鍍鎢合金后鍍層硬度一般能夠達到1100維氏硬度。對海洋石油完井工具進行鍍鎢合金處理，最主要的是能夠有效的提高工具的耐腐蝕性，以此來降低井中離子和完井液對工具的腐蝕作用。

在這里選取110SS 的井下材料工具進行實驗，對其表面進行鍍鎢合金處理，處理之后，用H 2 S 和 CO 2對其耐腐蝕性進行實驗。材料處于的實驗環境十分惡劣，實驗的環境是不變量，溫度、濕度等自然條件完全相同的環境，將已經進行鍍鎢合金處理的材料和沒有處理的材料放入到同一個模擬環境中，向該環境中通入二氧化碳和二氧化硫氣體，等待168個小時之后，觀察實驗結果。通過對實驗結果的觀察，可以發現兩種材料的腐蝕性大不相同，為了使實踐的結果更具有說服力，可以按照均勻腐蝕速率的計算方法，將兩種材料的耐腐性進行詳細的計算，計算之后在進行結果分析，通過分析可以很清楚的證明，進行鍍鎢合金處理的材料屬于輕度腐蝕，而沒有處理的腐蝕程度十分嚴重，由此可以看出鍍鎢合金處理技術，對海洋石油完井工具的應用的價值。

2.3物理氣相沉積表面處理技術

Physical Vapor Deposition這種技術故名思議是一種物理方式，物理氣相沉積表面處理技術主要是通過物理的方法，處理工具的表面，在工具的表面上形成一層保護膜。這種技術要在真空的條件下進行，沉積的原料有很多中，可以是固體也可以是液體，主要是采用這些材料經過氣化形成的氣態原子、分子或者是將原料通過電離法形成的離子，將原料利用低壓氣體，在完井工具的表面進行沉積，沉積后會形成一種保護工具的薄膜，這種薄膜具有一定的保護工具的特殊功能。目前現有的常用的物理氣相沉積方法有，真空蒸鍍、電弧等離子體鍍、濺射鍍膜、離子鍍膜或者是分子束外延的方法。隨著科學技術的不斷發展，物理氣相沉積技術沉積的物質不單是以往的合金膜和金屬膜，還可以沉積很多新的物質，像陶瓷、半導體、化合物、聚合物等。

3 海洋石油完井技術的未來發展趨勢

完井技術是海洋油井開發過程中的關鍵技術，直接影響著油井開發經濟效益。國外發達國家的常規海洋完井技術已經基本成熟，為了滿足經濟建設對能源的需求，國外發達國家逐步加強了對完井技術的開發與創新，積極探索出多種先進的完井工具及儀器，進一步完善了智能完井系統。海上邊際小油田的開發、稠油熱采的海上完井技術、深水油氣田的開發對全球完井技術提出了更高的要求，因此，我國海油石油開發技術人員應該詳細地分析各個油田的地質特點和油藏特征，結合實踐經驗不斷完善常規完井技術以及配套工藝并不斷創新非常規完井技術是我國海洋石油完井技術的主要發展趨勢，在此基礎上結合未來采油工藝和增產措施的要求，從提升油田經濟壽命角度出發創新與完善油井完井技術體系，我國應該進一步開發智能完井系統的功能，利用計算機技術及時監測油井儲層的產能情況，依據產能變化情況調整完井技術，最終促進油井經濟效益與社會效益最大化的實現。

結束語

海洋石油的開采是新時代我國石油企業的一項重點工作內容，對我國的經濟發展和社會建設都有至關重要的作用，我國也一直重視海洋石油開采的工作。由于其開采的工作環境，開采工具常常受到腐蝕、沖蝕等損壞的現象，工具的損壞對開采工作的進行產生了阻礙，嚴重影響了油田開采工作的效率，而且還加大了該行業的經濟成本。所以相關行業需要提高海洋石油完井工具的可靠性，對工具可靠性產生影響的因素眾多，本文主要是通過表面處理技術的應用闡釋了其對工具綜合性能提高的作用。筆者希望通過自己對工作和技術經驗的分享，能夠有效提高石油開采企業的工作效率，進而促進我國石油企業的可持續發展。

參考文獻

[1]孔學云，嚴孟凱，張亮，左凱，陳勝宏，劉曉峰，齊海濤，李寶龍.QPQ表面處理技術及提高工具耐沖蝕性能試驗研究[J].石油礦場機械，2017，46（03）：41-45.

[2]劉曉峰，孔學云，黨萬恒，梁振琪，閆紳，齊海濤，李寶龍，嚴孟凱.表面處理工藝在海洋石油完井工具中應用與實踐[J].化工設計通訊，2017，43（03）：33-35.

[3]王書亮，付朝政，蘇曉慧，付春艷，劉麗，任呈強.激光表面處理技術在石油工業中的應用現狀與發展趨勢[J].材料保護，2017，50（06）：72-78.

[4]盧玉芝.淺談石油鉆采裝備替代鍍硬鉻的表面處理工藝[J].山東工業技術，2017（10）：38.

[5]劉寶秋.淺談石油鉆采裝備替代鍍硬鉻的表面處理工藝[J].內蒙古石油化工，2016，42（Z1）：75-76.

（作者單位：中海油服油田生產事業部完井中心）