高耐磨性防腐涂料在钻杆中的应用

张桂新，黄 斐，胡建修，蔡 全

（1.河北华油一机图博涂层有限公司，河北青县062658；2.渤海石油装备第一机械厂，河北青县062658 3.中石化管道储运公司，江苏徐州221008） ①

高耐磨性防腐涂料在钻杆中的应用

张桂新1，黄 斐2，胡建修2，蔡 全3

（1.河北华油一机图博涂层有限公司，河北青县062658；2.渤海石油装备第一机械厂，河北青县062658 3.中石化管道储运公司，江苏徐州221008）①

对改性环氧酚醛树脂（TK－34XT）内涂层的生产工艺进行了研究，介绍了该涂层的优点及其在油田的应用。通过附着力、耐化学腐蚀性、耐高温性、粗糙度、耐磨性和机械性能等试验，研究了该涂层的性能特点，表明该涂层性能指标可满足钻井工艺要求。

钻杆；内涂层；附着力；耐磨性

防腐涂料对钻杆壁起到了很好的防护作用［1－8］。随着石油工业的不断发展，出现了定向井、超深井、腐蚀气井等，钻采工况越来越复杂，要求钻采技术和装备水平不断提升，对石油专用管性能的要求也越来越高。为了提高钻杆的性能，延长其使用寿命，要求内涂层既要有良好的防腐性能又要有良好的耐磨性能，以保护管体不受腐蚀介质的侵蚀和机械磨损。

TK－34XT涂料是由美国Tuboscope公司研制的新型涂料，该涂料在不改变原有防腐性能的基础上，加入了提高耐磨性的添加剂，大幅提高了涂层的耐磨性能，从而更大程度地延长了钻杆的使用寿命，降低了用户的生产成本。

1 TK－34XT涂层工艺

1.1 工艺流程

TK－34XT涂层工艺流程如图1所示。

图1 TK－34XT涂层工艺流程

1.2 关键工艺

1.2.1 面漆涂料的放置和搅拌

由于加入了耐磨材料，在存放过程中定期倒置。喷涂前，采用特殊的搅拌器和搅拌方法，使面漆涂料完全搅拌均匀。

1.2.2 面漆喷涂和烘烤

TK－34XT涂料与传统涂料相比，其粘度和触变指数较低，需要采用特殊的喷涂参数和烘烤工艺进行涂层作业，以保证喷涂质量。

1.3 优点

1） 与传统涂层属于同一涂层系列，生产设备相同，对工艺参数进行试验研究后可形成批量生产。

2） 由于在涂层配方中加入了耐磨材料，在不改变涂层固有性能的同时大大增加了涂层的耐磨性能。

如下图所示，找几节5号干电池，将锡纸剪成10 cm长、1 cm宽，中间为1 mm～2 mm宽的长条状，然后将其一端连接电源正极，另一端连接电源负极，一段时间后可以看到锡纸燃烧起来了，说明锡纸真的能导电。

3） TK－34XT涂料固含量比传统涂层高，因此涂料利用率较高。

2 涂层试验

TK－34XT涂料采用特有工艺涂敷到钻杆内壁，进行了一系列试验对涂层进行了评价，结果证明TK－34XT涂层完全可以在钻杆防腐中使用。

2.1 附着力

石油钻杆在钻井过程中会使用一些工具（例如钢丝绳等），在起下过程中会对涂层造成划伤，如果涂层附着力差，腐蚀介质会沿着划伤的部分浸入基体，从而造成涂层的脱落，以至涂层失效，因此涂层附着力是评价涂层质量的重要标准。本试验依据SY／T0544—2010采用刀挑法判定TK－34XT涂层的附着力，如图2所示。

图2 附着力试验

经试验，采用刀挑法未能从金属基体挑起涂层，只有刀痕划到的地方才露出金属基体，依据标准判定涂层的附着力为A级，达到指标要求的附着力在B级以上，涂层附着力合格。

2.2 耐酸碱性

钻井使用的泥浆有酸性和碱性泥浆，甚至在钻井过程中会对油井进行酸化、压裂等作业，故涂层钻杆应在各种酸性和碱性条件下做浸泡试验，试验表明TK－34XT涂层能适应多种酸碱条件的工况环境。试验结果如表1。

表1 耐酸碱试验结果

2.3 粗糙度

光滑的表面可以减小阻力，对于钻杆而言，内壁光滑可以减少阻力［9］，降低钻井能耗。采用精密仪器在中国计量科学研究院做了粗糙度试验，结果表明TK－34XT涂层粗糙度可以达到Ra＝0.78μm，没有经过加工的管体内壁达到了40μm，因此内涂层钻杆的粗糙度降低了近50倍。试验结果如表2。

2.4 耐磨性

钻杆使用环境非常恶劣，并且经常含有砂砾、泥浆等杂物，耐磨性是一个非常重要的参数。采用ASTM D－4060型标准泰伯尔磨耗仪测试耐磨性，在载荷10kN的情况下旋转1 000圈，所得结果如表3。

表2 粗糙度试验结果

表3 耐磨性试验结果

由表3可以看出，在同样试验条件下，TK34－XT的耐磨性在厚度和质量上其损失量均大幅降低，为粉末涂层的1／3、液体涂层的1／6，因此TK－34XT涂层耐磨性大幅增加。

2.5 耐高温高压

钻杆经常在高温高压高腐蚀条件下使用，对涂层的要求非常高，模拟井下环境进行高温高压釜试验。按照标准要求取pH＝12.5的NaOH溶液3.3 L，在温度为148℃，试验压力为70MPa的条件下恒温、恒压下保持16h，取出试片，经观测试片颜色轻微变深，涂层表面无变化，采用刀挑法测试涂层附着力，涂层未脱落，附着力仍为A级。

2.6 抗扭转性

钻杆在使用过程中要承受非常大的扭矩，涂层的抗扭性能是评价钻杆涂层的一个非常重要的机械性能参数，在涂层钻杆上取一段钻杆送往专业的检测公司，在施加到钻杆的抗扭极限时评价内涂层，经观察涂层完好，表面无裂纹和脱落。

3 现场应用情况

2006年引进TK－34XT涂层后，开始进行工艺试验和油田试用。截至2010－12，已经涂覆20多万m钻杆，发往国内外各大油田，创造了非常好的经济和社会效益。涂层产品使用效果良好，得到了用户的好评。

4 结论

TK－34XT涂层具有良好的防腐性能和耐磨性能，在磨损比较大的环境中使用时能有效地减少涂层的磨损，可有效防止各种腐蚀介质对钻杆管材基体的侵蚀，延长了钻杆的使用寿命，为用户带来了较好的经济效益。

［1］ 张彦军，张丽萍，韩文礼，等.油井管腐蚀现状与防护技术发展趋势［C］／／全国重防腐蚀涂装技术交流会，2007.

［2］ 李建平，张 帆，郝士明，等.LN209井PC400内涂层油管应用研究［J］.腐蚀科学与防护技术，2004，16（3）：165－168.

［3］ 姜 毅，董晓焕，杨海恩，等.用DPC内涂层套管控制油水井内腐蚀研究［J］.石油化工腐蚀与防护，2006，23（3）：45－46.

［4］ 刘 伟，李秀竹，刘亚茹.快速挤注工艺配套装置的研制与应用［J］.石油矿场机械，2010，39（3）：76－78.

［5］ 吴耀达，沈于森，安 健，等.P110陶瓷内衬复合油管管端感应加热强化处理［J］.石油矿场机械，2010，39（7）：60－63.

［6］ 崔 奋，杨卫星，王国正，等.粉末喷涂技术在防腐油管上的应用［J］.石油矿场机械，2010，39（6）：76－79.

［7］ 陈立强，孙雨来，陈长风，等.N80油管在模拟凝析气田多相流环境中的CO2腐蚀行为研究［J］.石油矿场机械，2010，39（10）：55－59.

［8］ 谢春雨，何 畏，徐 彤.TiN／TiSiN复合涂层的耐磨性能研究［J］.石油矿场机械，2008，37（2）：8－11.

［9］ 潘德奇，张桂新，唐魁娟.PC－300，PC－400油管内涂层的防蜡实践与认识［J］.石油钻采工艺，2000，22（1）：64－66.

Application of High Abrasion Resistance in Drill Pipe

ZHANG Gui－xin1，HUANG Fei2，HU Jian－xiu2，CAI Quan3
（1.Hebei Huayou Yiji Tuboscope Coating Co.，Ltd.，Qingxian062658，China；2.No.1 Machinery Works of CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Qingxian062658，China；3.SINOPEC Pipeline Storage ＆Transportation Corporation，Xuzhou221008，China）

The production technology of modified epoxy phenolics coating（TK－34XT）was studied，the coating advantages of traditional coating was compared.Theperformancecharacteristics

drill pipe；internal coating；adhesion；abrasion resistance

1001－3482（2011）12－0080－03

TE921.2

B

2011－06－31

张桂新（1964－），女，河北青县人，高级工程师，主要从事石油专用管防腐技术与企业管理工作，E－mail：xin－cn＠126.com。of the coating were studied through the adhesion，corrosive，high temperature resistance，roughness，abrasion resistance and mechanical properties of the coating.The coating meets the technological requirements of drilling.