防止表层套管倒扣的高强度胶粘剂的研究

王耀光，田　峰，惠　非，艾志刚

(1.中国石油集团石油管工程技术研究院，石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室,陕西　西安　710077；2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司　北京　100101)



·试验研究·

防止表层套管倒扣的高强度胶粘剂的研究

王耀光1，田峰1，惠非2，艾志刚2

(1.中国石油集团石油管工程技术研究院，石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室,陕西西安710077；2.北京隆盛泰科石油管科技有限公司北京100101)

摘要：表层套管固井后，在井下的5-7根套管，钻柱在钻水泥柱时，会带动套管震动可能引起套管扣松动、倒扣甚至发生掉井事故。为了防止此类失效事故的发生，传统的工艺采用铆接或焊接的方法来解决，而目前国外油气田通常采用胶黏剂粘接的方法代替焊接或铆接，本文通过研制一种高强度胶粘剂TGRI-102，对表层套管井下5-7根套管螺纹连接处进行粘接，以防止螺纹松动或倒扣等现象，并依据GB/T 6328-1999、GB/T 6329-1996、GB/T 7124-2008三个标准对该胶黏剂进行了性能评价，并与国外同类产品进行对比，结果表明该产品已经达到了国外同类产品的技术水平。

关键词：防表层套管倒扣; 改性环氧树脂胶粘剂

0引言

为了解决表层套管出现的倒扣或脱扣现象，油田现场传统的解决方法就是铆接或焊接。而随着油田现场对施工效率和安全性要求的提高，国外一些公司开始尝试采用涂抹一种高强度胶粘剂[1]的方法来代替传统的铆接或焊接工艺，该方法简单，易于操作，可防止套管松动并能提高套管柱的连接强度。针对这一新型的作业方式，我们开展该项技术研究，选择粘接强度高的环氧树脂通过丁氰橡胶改性，添加能提高粘接强度的三氧化铝、铝粉等填料形成A组分；以胺类固化剂B组分，AB组分按照一定比例混合，通过在不同温度条件下对比测试该胶粘剂的抗冲击性能、抗剪切性能和抗拉伸性能，试验结果表明该产品已经达到了国外同类产品的技术性能。

1胶粘剂制备

1.1原料、仪器

E51环氧树脂，液体丁腈橡胶[2]，三氧化铝 200目，高岭土1250目、铝粉300目，环氧稀释剂，消泡剂BYK141, 固化剂 882B。

烘箱101A-3，小型搅拌器OA2000，烧杯等玻璃制品、45#钢片

1.2高强度胶粘剂的制备工艺

按照一定比例将环氧树脂、液体丁腈橡胶置于装有温度计和搅拌器的反应器中，加热升温至110℃后，在搅拌状态下保持2个小时；然后降温至60℃，按照比例依次将三氧化铝、铝粉、高岭土、环氧稀释剂和消泡剂加入反应器中，搅拌2小时，倒出后即为粘接剂的待用胶液A组分。使用时与固化剂882B按照100比8的比例进行配比，搅拌均匀即可。

2胶粘剂性能的测试

2.1对比测试项目及测试条件

将制备的高强度胶粘剂与国外某同类产品分别在室温、40℃、80℃和120℃的温度条件下进行固化，固化时间都为24小时,然后在室温条件下依据GB/T 6328-1999 《胶粘剂剪切冲击强度试验方法》标准中对胶粘剂剪切冲击强度的试验方法，采用悬臂梁冲击试验机，在室温条件下依据GB/T 6329-1996《胶粘剂对接接头拉伸强度的测定》标准中对胶粘剂对接接头拉伸强度的测定方法，采用万能拉伸强度试验机，在室温条件下依据GB/T 7124-2008[3]《胶粘剂 拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)》标准中对胶粘剂拉伸剪切强度的测定方法，采用万能电子试验机，测试该胶粘剂的抗剪切冲击强度、抗拉伸强度和抗拉伸剪切强度等性能；并将二者的结果进行对比，以判断新制备的高强度胶粘剂性能。

2.2试验结果

室温条件下胶粘剂的剪切强度、抗拉强度和抗冲击强度，测试结果见表1。

表1　室温固化24 h后2种胶粘剂性能的测试结果

40℃条件下高强胶粘剂的剪切强度、抗拉强度和抗冲击强度，测试结果见表2。

表2　40℃固化24 h后2种胶粘剂性能的测试结果

80℃条件下高强胶粘剂的剪切强度、抗拉强度和抗冲击强度，测试结果见表3。

表3　80℃固化24 h后2种胶粘剂性能的测试结果

120℃条件下高强胶粘剂的剪切强度、抗拉强度和抗冲击强度，测试结果见表4。

表4　120℃固化24 h后2种胶粘剂性能的测试结果

由以上试验结果可以看出，在室温、40℃、80℃和120℃条件下固化时，TGRI-102高强度胶粘剂的抗剪切强度和抗拉伸强度均超过了国外同类产品，而抗冲击强度与之基本接近。

从结果中可以看出，固化温度，对胶粘剂性能有一定的影响，但在40℃以内各项性能指基本稳定，确保了在不同季节和环境中使用时，该产品可以表现出稳定的性能[4]。在120℃条件下固化，反应速度较快，但剪切强度和抗拉伸强度会略有降低。

3结论

新开发的TGRI-102高强度粘接剂通过配方的优化设计，性能评价，并与国外同类产品进行比对测试，结果表明，该产品各项性能已达到或超过国外同类产品，并在投入实际应用的过程可以有效防止套管松动，不仅可以代替传统的铆接或焊接工艺，也可以代替市场上价格较为昂贵的进口产品。

参 考 文 献

[1] 王洪学，郑耀卿，侯一斌，等.高剪切高剥离强度单组份环氧树脂结构胶的研制[J].中国胶粘剂，2008,17(8):19-22.

[2] 谭美军，张娜，王正祥，等.端环氧基液体丁腈橡胶改性环氧树脂结构胶的研究[J].中国胶粘剂，2011,20(4):22-25.

[3] 鄢艳芬，童晓梅.环氧树脂/氨基硅油胶粘剂的制备及其性能分析 [J].武汉生物工程学院学报，2007,3(2):71-74.

[4] 张宝华，叶俊丹，陈斌，等.固化温度对环氧树脂固化物性能的影响 [J].塑料工业，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编辑：葛明君)

中图法分类号：Q433.4

文献标识码：A

文章编号：2096-0077(2016)02-0035-02

第一作者简介：王耀光，男，1965年生，工程师，现在北京隆盛泰科石油管科技有限公司主要从事石油管材的驻厂监造、现场检测、技术咨询工作。E-mail:wangyaoguang@cnpc.com.cn