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管柱是油气田钻采工程中最重要的下井工具,它主要包括油管、套管和钻杆。管柱的腐蚀主要由油气田酸性气体(H2S、CO2)引起的。为了提高含硫气井中管柱的抗硫化氢、抗酸性的能力,从它们的腐蚀机理出发,分析了硫化氢、二氧化碳的腐蚀条件以及腐蚀所形成的产物,并根据油气井中温度高、安装时管柱外表面所受到的磨损和工具的挟持作用,从而确定本次试验的喷涂方法,喷涂材料、磨粒磨损试验和腐蚀试验等参数。
本次研究采用热喷涂技术(火焰喷涂,火焰喷涂后重熔,超音速火焰喷涂),在油管N80材料的外表面喷涂一层厚度大约为500μm的抗硫化氢、抗酸性比较强的Ni合金粉末材料,部分作磨粒磨损试验的涂层用45#钢作基体材料,通过液相腐蚀的方法证明Ni基合金涂层具有耐腐蚀性能,通过磨粒磨损试验检验Ni基合金涂层具有的耐磨性能。试验表明:温度为60℃,在硫化氢、二氧化碳和5%氯离子组成的饱和溶液中,腐蚀的时间为72小时,火焰喷涂后重熔的NY60涂层的耐腐蚀性约为N80的110倍;温度为60℃,在硫化氢和二氧化碳组成的饱和溶液中,腐蚀时间为72小时,火焰喷涂后重熔的NY60涂层的耐腐蚀性约为N80的220倍。在磨粒磨损试验中,在同种磨粒磨损参数条件下,火焰喷涂后重熔的NY60涂层的耐磨粒磨损性能约为N80的4倍。
在涂层检测方面,利用扫描电镜(SEM)观察各种不同喷涂方法的涂层的腐蚀和磨粒磨损之后的断面组织形貌;利用能谱分析(EDS)的方法检测各种不同涂层和基本材料腐蚀之后涂层中或者材料表面的腐蚀产物;利用X射线衍射分析(XRD)的方法分析各种不同喷涂方法所形成的涂层的相变情况;利用显微Hv硬度计对涂层和基本材料的硬度进行测试。检测发现:火焰喷涂的NY20涂层中S的含量为20.34%,超音速火焰喷涂的NY20涂层中S的含量为13.29%,而火焰喷涂后重熔NY58涂层中不含硫。通过一列试验,并从实用性、安全可靠性和工艺可操作性方面综合考虑,对NY60采用火焰喷涂后重熔的涂层用于油气井中管柱的外表面防腐比较合理。