长庆油田斜井防偏磨技术研究

2012-10-23奚运涛李曼平侯正孝孙雨来付彩利任福建

天然气与石油 2012年6期

关键词：自润滑长庆油田摩擦系数

奚运涛李曼平侯正孝孙雨来付彩利任福建

1.“中国石油”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.中国石油长庆油田公司第五采油厂，陕西西安 710069

4.中国石油长庆油田公司第二采油技术服务处，甘肃庆城 745100

5.中国石油管道公司中原输油气分公司，山东德州 253020

0 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，能使地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，大幅度提高油气产量，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＞30°时，由于水平位移较大，钻井时轨迹难以精确控制，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6 800余口，占总采油井数的20%左右。虽然采取了一些常规防偏磨措施，如使用扶正器、扶正杆、防磨接箍或井口安装多功能悬绳器等，但效果均不明显，未能有效延长检泵周期，使得这类斜井的偏磨防治工作成为亟待解决的难题。

针对以上问题，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技术手段。

1 涂层及实验

1.1 涂料配方及加工工艺

自润滑抗磨耐蚀内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，涂料冷却固化后形成，涂层厚度600～800μm。该涂料以环氧树脂为主，加入石墨等固体微粉，提高涂层在高温环境下的自润滑和耐磨损性能。

1.2 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。根据NACE TM0171标准，采用美国Cortest高温高压釜对N80管材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 高温高压腐蚀试验条件

表2 高温高压腐蚀介质组成

采用JDQP-2型球盘磨损试验机评价N80管材和涂层的摩擦系数。试验条件为：摩擦副为20CrMo钢球，载荷1 000 g，测量半径5mm，转速254 r/min，试验时间30min。

采用SLM-200型往复磨蚀试验机进行管杆往复对磨试验，评价涂层的抗磨损性能。为对比分析涂层油管的耐磨损性能，选取4种油管进行往复磨损试验，4种油管分别为N80管材、J55管材、氮化油管和涂层油管。摩擦副为抽油杆常用材料20CrMo。试验冲程：110 mm；试验冲次：100次／min；侧向载荷：400 N；对磨4×105次；介质为油田采出水（矿化度32 463mg/L）；试验温度：85℃。

2 结果及分析

2.1 显微结构分析

耐磨涂料的微观形貌见图1。涂料主要由细密粉末和不规则耐磨颗粒组成，无其它杂质。

涂层油管内表面的SEM形貌见图2。由图2可知，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。

2.2 耐腐蚀性能

图1 耐磨涂料的微观形貌

图2 涂层油管内表面的SEM形貌

涂层在酸性腐蚀介质下，经过168 h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168 h高温高压试验后，N80管材试样失重为0.012 8 g，而涂层油管试样失重仅为0.001 9 g，耐腐蚀性能较N80管材提高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，结果表明附着力仍达到行业标准1级要求，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。

2.3 摩擦系数测定

N80管材和涂层油管的球盘磨损试验结果见图3。

图3 N80管材和涂层油管表面的摩擦系数随时间变化曲线

由图3可知，在相同摩擦副下，N80管材的摩擦系数随时间变化曲线跳动较大，平均摩擦系数为0.61；涂层油管的摩擦系数随时间曲线变化平稳，平均摩擦系数为0.15，较N80管材降低了75.79%。说明N80管材表面耐磨性差，而涂层显著降低了N80管材的摩擦系数，具有自润滑和减摩作用。

采用JSM6360LV型扫描电子显微镜，对磨损后的试样进行显微观察，见图4。由图4可知，无涂层的N80管材表面磨损后出现较深的沟槽，沟内可见白色磨屑分布，表明磨损机理为粘着磨损；涂层油管表面平整，仅有一些方向相同的浅磨痕存在，说明表面磨损轻微，磨损机理以滑动磨损为主，证明该涂层具有很好的自润滑作用［7～8］。