环氧涂层外防腐套管附着力现场检测方法探讨

陈安德，陈 汉，刘小齐，杨永霞，郭煜锴

中国石油长庆油田分公司技术监测中心 （陕西 西安 710018）

中国石油长庆油田分公司所处的陕甘宁盆地，地下情况复杂，由于腐蚀性水层的存在，使套管腐蚀严重。套管防腐关系到油井寿命，直接影响油气田的效益开发，为适应油田大规模开发需要，延长油水井寿命，应用了套管防腐技术，其中环氧涂层外防腐是目前套管外防腐的主要工艺技术。近年来，随着外防腐套管的需求使用量不断增多，对其质量监管力度也不断提高。

在外防腐套管质量检测中，涂层附着力是检测的一项重要性能指标。涂层附着力是指涂膜与被涂物体表面之间通过物理或化学作用相互黏结的能力，是一种界面作用力[1]，如果附着力不够将导致涂层脱落，无法起到有效防腐保护作用，因此进行附着力检测有着极其重要的意义。本文介绍了4种附着力检测方法，通过方法比较及现场测试分析，确认了适合于现场检测环氧涂层外防腐套管的最佳附着力检测方法。

图1 划X法附着力等级

1 涂层附着力检测方法及适用范围

1.1 划X法

在待检样品的选定区域，用尖锐刀具沿直线稳定地在漆膜上切割两条相交直线至底材，划线长40 mm，夹角为30°～45°，未划至金属底材试验失败。取75 mm长的压敏胶带，把胶带牢固粘在切割线上，在（90士30）s内，以180°从漆膜表面匀速撕开胶带，观察胶带拉开后的涂层的状态，评定附着力级别。标准中评定了6个附着力等级（图1），分别是：5A，没有脱落或脱皮；4A，沿刀痕有脱皮或脱落的痕迹；3A，刀痕两边都有缺口状脱落达1.6 mm；2A，刀痕两边都有缺口状脱落达3.2 mm；1A，胶带下X区域内大部分脱落；0A，脱落面积超过了X区域。一般附着力达到3A～5A级可以接受。该方法适用于干膜厚度＞125μm的涂层，检测不受涂层厚度及样品外观形状的限制，检测工具简单，适用性广，但只能评测附着力等级，不能具体量化。

1.2 划格法

试验采用具有6个切割刃口的划格仪，刀刃间隙为1 mm、2 mm或3 mm。持划格仪手柄，将刀刃垂直于待检样品平面，用均匀的压力平稳的拉动3～4 cm，割痕划至底材，未划至金属底材试验失败，然后将划格仪旋转90°，在割划的切口上进行切割，形成格阵图形。用软毛刷轻轻地清扫割痕，在切割区域贴上3 m胶带，然后快速拉开[2]。目视或使用放大镜检查检测区域并进行对比评定等级，其分级标准描述见表1。该方法适用于干膜厚度≤250μm的涂层，可以直观地评测附着力等级，但不能具体量化。

表1 划格法附着力测定分级标准

1.3 拉开法

将胶黏剂涂抹到金属试柱上，然后将试柱紧密压在测试涂层表面，充分固化后，用刀具围着试柱切割涂层至底材，用拉拔仪以均匀的且不超过1 MPa/s的速度，在试样的黏结面上施加垂直均匀的拉力，以测定涂层间或涂层与底材间的附着破坏时所需的力[3]。拉开法附着力试验方法属剥落试验方法，能用数据准确地表示漆膜附着力，通过测量所得到的数据，反映出准确的附着力性能比[4-6]。

1.4 划圈法

将制备好的漆膜样板固定在附着力测定仪上，在转针上添加砝码确保能够划透涂膜，未划至金属底材试验失败，按顺时针方向匀速摇动手柄，划出标准图长为（7.5±0.5）cm的划痕，用漆刷除去划痕上的漆屑，以四倍放大镜检查划痕并评级[7]。评定分为7个等级（图2），分别是1、2、3、4、5、6、7级。该方法需要在检验前制作漆膜样板，并且需待漆膜实干后在恒温恒湿条件下才能进行附着力测定，只能评测附着力等级，不能具体量化。

通过对这4种附着力检测方法的阐述及对比分析（表2），可以得出划圈法、拉开法适用于实验室检测，划X法、划格法适用于现场或实验室检测，对于套管外防腐现场检验应使用划X法或划格法。

2 现行标准中存在的问题

目前环氧涂层外防腐套管生产加工标准为企业标准，标准中要求环氧涂层厚度≥250μm，现场附着力检测方法为划格法。但是在划格法试验标准中该方法适用于涂层厚度≤250μm，不适用环氧涂层外防腐套管。而通过表2分析发现划X法适用于该厚度的环氧涂层外防腐套管附着力检测。

图2 标准划痕等级

3 环氧涂层外防腐套管附着力对比分析

由于划格法和划X法两个标准中对涂层厚度要求差距较大，且试验方法不同，为验证两个检测方法的适用性，在现场随机抽取一组样品进行对比试验。

3.1 样品准备

在生产现场在已生产加工完成96 h的成品环氧涂层外防腐套管中随机抽取5根样品，样品编号分别为01～05，分别对每根套管两头及管体随机各取4个区域，分别表示为A～D。在附着力试验前分别对每个准备检测区域进行外观检查，均无明显缺陷，并进行了涂层厚度检测。

3.2 附着力试验分析

分别使用划格法和划X法对抽取的样品进行附着力检测，检测结果见表3。

从以上试验结果可以看出，第1根套管样品环氧涂层厚度在250μm左右时，用两种方法检测结果基本一致，均为合格。在第2、3、4、5根套管外防腐层附着力检测时，划格法部分检测区域试验失败，且随着涂层厚度的增加附着力检测失败的几率逐渐增加。而划X法在任一厚度均能完成试验，能准确检测出附着力等级。

对以上结果进行原因分析：

1）在进行划格法检测时，发现由于划格仪齿形为平面，套管外形为圆形，沿着套管轴线方向进行切割，划出的齿痕中间深两侧浅，两侧4条切割线基本不能划透至底材（图3）。另外，随着环氧涂层厚度增加（＞250μm），在使用划格法检测时刀具很难划至金属底材（图4），导致检测失败。而且如果使用较大力非正常方法将涂层划至底材，会出现整个涂层被六连齿结构刀具拖掉的现象（图5、图6），出现结果的误判。

表2 附着力检测方法适用范围

表3 附着力检测结果对比表

图3 两侧未划透

图4 未划透

2）在用划X法进行检测时，由于检测仅需要划两条交叉的线段，不受套管外观形状、涂层厚度的影响，均能完成检测，通过比对可以评出准确附着力等级。

图5 划格仪刀头

图6 涂层被划拖掉

通过以上检测结果的分析，得出划X法更适用于涂层厚度＞250μm的环氧涂层外防腐套管附着力检测。

4 结束语

每年防腐套管使用量不断增大，其涂层质量直接影响油井生产寿命，如果附着力不够将可能导致涂层脱落，无法起到有效防腐保护作用，因此正确的检测方式是保证产品质量的重要手段。对于油田环氧涂层外防腐套管生产现场防腐层厚度大于250μm的，应采用划X法进行附着力检测。