陶瓷复膜抗腐蚀技术在井下工具防腐中的应用.pdf

天然气工业2008年4月

陶瓷复膜抗腐蚀技术在井下工具防腐中的应用

李慧黄本生薛屺刘清友。
(1、西南石油大学材料科学与工程学院2．西南石油大学研究生院)

李慧等．陶瓷复膜抗腐蚀技术在井下工具防腐中的应用．天然气工业，2008，28(4)：114—116．
摘要国内外钻井工程中腐蚀研究主要集中在CO、HzS和COz／HzS的腐蚀与防护方面，防腐蚀措施主要
包括选材、控制钻井液、防腐层、电化学保护等。这些防腐措施都有一定的缺陷。将井下工具如封隔器、套管等表
面进行陶瓷复膜处理后，工件形成了致密的陶瓷类膜(几微米到十几微米厚)，模拟腐蚀环境严重的罗家寨气田条
件进行抗腐蚀对比试验。实验表明，陶瓷复膜处理后，N80钢和35CrMo钢在延长实验周期的情况下腐蚀变化很
小，说明抗腐蚀性很稳定。NS0钢气相腐蚀速率从1．23mm／a降到0．0101mm／a，抗腐蚀性提高了12O多倍；液相
腐蚀速率从0．42mm／a降到0．0044mm／a，抗腐蚀性提高了近100倍。35CrMo钢的气相腐蚀速率从0．98mm／a
降到0．0083mm／a；液相腐蚀速率从0．78mm／a降到0．0072mm／a。陶瓷复膜极大地提高了工件的抗腐蚀性。
主题词防腐材料涂层保护技术陶瓷复膜腐蚀套管封隔器

从钻井、完井到地面建设各个环节，笔者在分析场环境的影响，很难实现最佳的防腐效果，而且作业
井下工具的防护的基础上，探讨采用陶瓷复膜抗腐成本较高。
蚀技术，为油气田防腐提供了新的方法和技术。
二、陶瓷复膜技术在井下防腐中的应用

一
、井下工具的防腐技术现状
表面陶瓷复膜抗腐蚀技术是把表面工程技术
在油气勘探开发中抗腐蚀主要有以下方式：①应用到石油工程领域，采用在普通碳钢表面形成陶
使用普通碳钢油管，它成本较低，生产初期基本不增瓷类材料的一种新的防腐蚀措施。由于以金属氧化
加防腐费用，但需频繁更换油管，对油气井生产影响物、氮化物、碳化物为代表的陶瓷类材料，性能十分
很大，且压井作业对储层伤害较大；如何正确地预测优良，具有很高的硬度与耐磨性。同时，由于该类材
普通碳钢油管的使用寿命，也是这种防护方法面临料的电化学惰性以及阻氢能力，使其对油井中各种
的重大难题。②使用抗腐蚀合金管材，防腐效果好，氯离子、HS和CO。腐蚀有极强的阻碍作用。
在其有效期内，无需其他配套措施，对油气井生产作按目前的分类，薄膜制备技术分为：物理气相沉
业无影响，且工艺简单，但合金钢管材的价格较高，积(PVD)，如蒸发、溅射、离子镀、电弧镀、等离子镀、

一般为普通碳钢的几倍，因此初期投资较大，不太适离子团束(ICB)和分子束外延(MBE)等方法；化学
合中低产油气田。③注入缓蚀剂进行防护，主要存气相沉积(CVD)，如气相沉积、液相沉积、电解沉积、
在的问题有：缓蚀剂的有效浓度较低，有效保护期辉光放电沉积和金属有机物化学气相沉积
短；初期投入虽较少，但累计投资成本高；投加缓蚀(MOCVD)等方法。此外，还有很多独持的制备方
剂需要的加药装置过多，管理难度大，不利于安全生法，如离子注入、激光辅助沉积、各种涂敷法等]。
产。④使用普通碳钢管材，对其进行涂覆层保护，防1．抗腐蚀陶瓷膜材料的选择
腐效果好，对油气井生产影响相对较小，工艺较简以Al0。和Zr0为基体的陶瓷材料耐磨蚀这
单，而且成本一般不会很高，但容易出现点蚀，如果种优异性来自于其高硬度和高的抗腐蚀性能。目
出现漏镀现象，则会发生更为严重的局部腐蚀。⑤前，陶瓷材料已逐渐进人油气田并发挥作用，已用在
电化学保护技术，主要用于油套管的防腐_】。]，其操诸如泥浆泵缸套、喷嘴等钻采设备上。但由于陶瓷
作工艺复杂，易受方案设计时所需参数准确度及现材料的先天缺陷，比如高脆性(低的抗弯曲强度)以

作者简介：李慧，女，1979年生，硕士研究生；2003年毕业于中北大学化学工程与工艺专业。地址：(610500)四川省成都市
新都区西南石油大学研究生院o5级o5班。电话：[phone]。E—mail：lihui4152005@126．(2ore

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第28卷第4期天然气工业

及在某些油气田腐蚀介质中形成的陶瓷膜的表面不表1不同条件下腐蚀速率实验结果表mm／a

适应性，阻碍了其在油气田的广泛使用。金属陶瓷。|。罗羼10~NaOH
是在金属化合物为基的一大类材料，由于这类材料
兼具有金属和陶瓷的性能正日益受到人们的关注。
复膜处理复膜处理复膜处理。
鉴于以上原因，选择Ti、Cr、A1的N化物、C化曩_鏊|≮72h)(72。(168
物构成的金属陶瓷作为井下工具用钢材表面抗腐蚀
陶瓷复膜的材料，将所选材料的基本抗腐蚀性能和钢笔。0．。0。1o10o0101
物理性能对比，选择了合适的陶瓷复膜