油管内涂层防腐技术应用

摘　要: 2006年下半年天然气事业部采气工程部开始了油管防腐调研,经过深入的调查研究后确定使用3SB扣内涂层普通油管来替代进口的13Cr油管的方案,并组织了油管内涂层防腐技术抗腐蚀实验和3SB扣密封效果的实验。为今年YH23 - 1 - 22井和YH23 - 1 - 10井使用3SB扣内涂层普通油管提供了理论和事实依据。实验检测情况和现场应用情况都证明使用3SB扣内涂层普通油管来代替进口的13Cr油管是完全可行的,这一技术的成功应用不但可以节约采油、采气成本,也可以降低对进口13Cr油管的依赖程度。

关键词: 防腐; 内涂层油管; 气密封

2006年在牙哈凝析气田隐患治理中对起出的所有油管都进行了仔细检查,检查发现所有井都存在不同程度的腐蚀,并且部分井腐蚀严重,为了解决牙哈凝析气田的油管腐蚀问题,在2006年的牙哈凝析气田隐患治理过程中都采用进口的13Cr油管。进口的13Cr油管价格昂贵。

为了降低作业成本, 2006年下半年天然气事业部采气工程部就开始了油管防腐调研,经过深入的调查研究后确定使用3SB扣内涂层普通油管来替代进口的13Cr油管的方案,并组织了油管内涂层防腐技术抗腐蚀实验和3SB扣密封效果的实验。为今年YH23 - 1 - 22井和YH23 - 1 - 10井使用3SB扣内涂层普通油管提供了理论和事实依据。

一、原理及方法

1. 油管内涂层工艺流程

2. 涂料的基本性能

2.1　涂料选型(见表1)

2. 2　ATC2000T涂料的性能

(1)与基体的附着力强。由于环氧树脂分子会有羟基和环氧基,氧桥对基体界面上金属电子具有强的吸引力,加酚醛固化时,活跃的环氧基能够和金属表面的游历价键反应,形成化学键结合,所以附着力极强。

　(2)涂层韧性强。环氧酚醛固化后形成了三维网状立体型高分子聚合物、刚性的苯环及短的柔性羟键,使涂层塑性和韧性即综合性能非常好。这种性能能保证涂层有比金属高的塑性变形能力,在发生金属基体延伸时,不会出现因涂层变形能力差而导致的涂层裂纹。

(3)耐腐蚀性能好。涂层中三种结构的搭配使涂层非常致密,并且三维网状立体型高分子聚合物有非常好的隔离作用,可以消弱羟基的亲水作用,涂层性能稳定。因此水和其它介质难以对涂层产生破坏作用,也难以渗透涂层。

(4)耐高温、耐冲击性能好。由于固化后涂层中既有刚性的苯环又有短的柔性羟键,同时涂料中引入的具有高耐腐蚀和耐温性的SiO2 等无机物,形成无机- 有机结构高分子化合物,这个结构化合物不含羟基和酸基,而代之的—Si—O—Si这个最强的化学链使涂层具有更高的漆膜密度。这些化合物整体提升了涂层的耐腐蚀和耐高温性能和涂层的耐冲击性能。

(5)涂层光洁度高。良好的结构匹配导致了涂层很好的光洁度,因此,涂层防垢和防腊性能好。

2. 3　AOC - 2000J涂料的性能

(1)抗渗透能力强。①涂料中的填料与树脂分子之间以化学键合与化学吸附相结合,阻塞了腐蚀介质渗透通道。

②微小的纳米金属聚合物粒子具有填充空穴的作用,由于纳米金属聚合物根本不溶于水,水、氧和其它离子不能透过颗粒本身,只能绕道渗透,延长了渗透路线,起迷宫效应; ③纳米金属聚合物有憎水性,通常的极性介质和离子很难通过涂膜。因此纳米金属聚合物涂层较普通涂层耐沸水性高,在沸水中工业应用五年,涂层无变化。因其高抗渗透性,可抗汞的渗透。

(2)附着力强。纳米金属聚合物涂料对于金属、混凝土、木材、玻璃、塑料等不同材质均有优良的附着力。①因为纳米金属聚合物的引入增加了活性羟基、醚键数量对涂覆面形成了化学吸附; ②所选树脂固化时体积收缩很小,内应力不高; ③树脂中的醚键使分子链柔软便于旋转,可消除内应力,所以附着力高。因附着力高,可以制成超薄涂层(10～20μm) ,用于保护支护柱。也可做成修补剂,可任意进行机械加工。

(3)耐腐蚀性能好。①一般涂层的破坏都是由于腐蚀介质沿分子和填料间的界面或树脂分子间的界面而进行的,纳米金属聚合物涂料用化学键合与化学吸附阻塞了这些通道; ②涂层抗渗透能力强,减缓腐蚀速度; ③金属本身耐蚀性好; ④化学键合与化学吸附作用,阻止水、氧及其它腐蚀介质的取代作用,使其不易发生腐蚀反应,所以耐腐蚀性能好。

3. 3SB扣油管涂层方案

3. 1　涂装前处理

全管体作喷砂处理,粗糙度为50～75μm,以确保涂层附着力。

3. 2　涂层结构及技术要求

管体涂层干膜厚度为125～225μm。公、母扣螺纹部位及密封结合面部分由纳米高耐磨防腐涂料组成,干膜厚度为10～20μm。

油管管体内壁全部和接箍中间部位采用ATC - 2000T涂料进行涂层,公、母扣螺纹和密封结合面采用AOC - 2000J涂料进行涂层,以确保整个管体涂层的连续,达到防腐效果。

3. 3　公扣端涂层方案

在端面的2～3扣和靠近管体的2～3扣,喷涂一层AOC- 2000J涂料,涂层厚度在15～20μm,涂层耐温在120℃。

3. 4　母扣端涂层方案

接箍的密封突台采用与管体同种涂层ATC - 2000T涂料,涂层厚度在120μm左右,涂层耐温在140℃,接箍的密

封突台两侧的2～3扣,喷涂AOC - 2000J 涂料,保证了管体涂层的连续性, 涂层厚度在15～20μm,涂层耐温在120℃。

二、实验情况

1. ATC - 2000T涂层的检测性能

在CO2 分压为3. 5 MPa,温度为160℃,压力为35 MPa的地层水中可以保持浸泡360 h不变化;在CO2 分压为1MPa,氯离子浓度为150 000 mg/L, pH值在510～515,温度为140℃,压力为35 MPa的地层水中可以浸泡一周不变化;

在80℃的油田污水中浸泡100 d涂层无变化;在90℃的15%HCl溶液中浸泡12 h涂层无变化;经过1 000 h盐雾侵蚀后涂层性能保持为1级;烘箱中180℃保持144 h涂层均完好无损;在CO2 含量为10% , H2 S含量为15% , 温度为100℃,压力为30～35MPa的地层水中浸泡一周不变化。

2. ¢73 - P110 - 5. 51 - 3SB油管上扣扭矩和气密封性

3SB扣内涂层油管的上扣扭矩在2 200～2 600 N. M范围内均能密封;

3SB扣内涂层油管的上扣扭矩在2200N. M的情况下进行35MPa的气密封性能试压是合格的。

三、现场应用情况

目前已经在YH23 - 1 - 22井使用了3SB扣内涂层油管,YH23 - 1 - 10也准备使用3SB扣内涂层油管。

　YH23 - 1 - 22井在2007年上半年的隐患治理中使用了3SB扣内涂层普通油管,该井自5月19日作业完毕投产后一直生产至今,从生产曲线上可以看到套压一直稳定在5 ～6MPa之间,生产情况也很稳定。说明3SB扣内涂层普通油管的气密封性能和抗腐蚀性能还是可以的。

实验和现场使用情况都证明了3SB扣内涂层油管可以用来代替13Cr油管达到防腐的目的。这一技术的成功应用不但可以节约成本,也可以降低对进口13Cr油管的依赖程度。