油管的双层复合防腐工艺简介

油管的双层复合防腐工艺简介孟凯峰 张文慧大庆油田庆新实业公司丈庆油田开普化I有用公司摘要：探讨了油管防腐的新工艺关键词：油管；磷化：浸漆；双层复合防腐一、项日的日的和意义 油田注入井在生产过程中，由于受水质、地质、介质等多方面因素影响，普通注水管柱在下井一定时间后出现严重腐蚀结垢现象，不仅影响生产的正常进行，而且大大增加了 生产作业成本。喇嘛甸油田的问题尤为突出，采油六厂近些年来直在研究探讨解决途径。 双层复合防腐油管正是针对这一问题而提出的种新型油管防腐结构它可以对各种 状况的油管进行彻底的去垢除锈，做双层复合防腐后，重新下井使用。它的应用可以增强 管柱的抗腐防垢能力，延长管柱的使用寿命，降低注水磨阻，提高注水效率，大大降低生产和作业成本，对油田经济效益的提高具有十分积极的意义。二、技术现状及发展趋势 目前，油田上常见的油管防腐方法主要有以下几类：l、金属镀层防腐，就是在油管表面通过化学镀、电镀、高温氧化等工艺生成一层金属 氧化物或盐类，包括镀镍、氧化、磷化等，这种结构的防腐层强度高，附着力强，但腐蚀 针孔现象不可避免。2、有机涂层防腐就是将防腐涂料直接涂装在涵管表面，包括环氧酚醛，环氧煤沥青、 聚氨酯等，这种结构避免了针孔现象，但附着力差。3、复合防腐，是将油管表面先镀上金属镀层，然后涂装防腐涂料。这种结构是油管防腐的发展趋势，但现有的三层复合镀生产工艺复杂，成本较高。 我们就是要开发一种既具金属镀层防腐的高强度，强附着力又具有良好的防腐效果，同时工艺简单易行，成本相对较低的防腐办法。三、基本原理 双层复合防腐油管就是将普通油管经过严格的去污除垢除锈后，钢材表面达到Sa2除锈等级，然后进行磷化处理，生成一层致密的磷化膜，这层磷化膜一方面起到防腐作用， 另一方面大大增强了外层涂料与管型的附着力，最后再涂装外层防腐涂料，经高温烘干后， 形成的一种复合防腐结构。四、工艺流程 油管进厂后先用煮锅煮去表面的油污和尘土，经含砂高压水射流油管内外壁同步除垢除锈装置，除去内外表面的油渍、垢层和氧化皮，使之达到Sa2除锈等级，经检验后，车扣试压，合格品进入碱洗、酸洗、水洗中和等处理槽，以进一步除去表面轻微的油渍和铁 锈，然后在磷化槽中磷化生成磷化膜，在烘干炉中将表面烘干，再浸涂两遍聚氨酯防腐漆， 进入烘千炉中高温固化，就得到双层复合防腐油管成品。工艺流程如下：油n水煮除油一+含砂高压水射流除垢除锈叶检验_车扣_试压+碱洗+开水洗水洗+酸洗+水洗+中和+磷化开水洗烘干+浸底漆高温固化+漫面漆+高温固化+成品检验。9l五、技术关键 采用含砂高压水射流油管内外壁同步清洗装置，除去油管表面的污垢和铁锈，经化学除油除锈，进行磷化处理，在磷化膜外浸涂两遍聚氨酯防腐潦，高温烘干后，形成双层复 合防腐层。本项目是在我公司油管修复厂原有的油管修复工艺基础上进行的扩建改造。(一)高压水射流 含砂高压水射流油管内外壁同步清洗除垢除锈装置，是利用高压泵产生60MPa水射流，与磨料相混合，以一定角度喷射到油管内外表面，剥离污垢及氧化皮油管边旋转边前进， 依靠内外两个喷头实现同步清洗。这套装置由油管传输系统、油管送进和旋转驱动系统、高压泵装置、磨料混合及传输 系统、喷头喷射装置、自动控制系统、水处理装置、磨料回收烘干筛选装置等部分组成。油 管的传输采用电动辊轮传动、气缸支架由行程开关控制自动翻转：清洗过程中油管的进给 和旋转是采用行走小车加旋转头来实现的：用三台70MPa高压泵，为射流提供动力，一台 用于内喷，一台用于外喷，另一台备用；磨料与水的混合是在磨料罐内实现的，流化后用 磨料泵输送到喷头，与高压水混合，以一定角度和距离喷射到油管内外表面，剥离污垢和 氧化皮，达到除锈效果；砂水混合物流入沉降池，污水由水处理系统净化后返回高压泵循 环使用，磨料进入旋转烘干炉烘干过筛反复使用，以降低生产成本。该生产线利用原有的200平方米厂房做为主车问，又扩建了100平方米厂房作为泵房 和水处理问，购置三台70高压泵及配套的降压启动柜，由合肥射流研究所提供磨料罐、高 压管线、喷头喷嘴、自动控制平台；采用江都水处理设备制造厂生产的水处理设备；其它 机械部分由哈尔滨工程机械厂预制加工，并现场安装。该生产线投产使用后，除锈除垢效果很好，油管内外壁均露出灰白色金属基体，达到 Sa2除锈等级。(二)化学处理及磷化 磷化是指用、Fe、zn、cd等的磷酸盐处理油管表面，在其表面获得一层磷酸盐覆盖层(磷化膜)的过程。磷化膜是黑色金属的最普遍的保护层，在钢铁的防腐蚀方面起着比较重要的作用。膜与油管基体金属结合得十分牢固，磷化后的油管的机械性能、强度、磁 性等都有基本保持不变，并具有较高的电绝缘性。表面粗糙度增加，促使防腐漆的浸润， 与油漆有较高的结合力。磷化膜的生成机理 磷化膜是磷酸盐溶液与金属铁相互作用生成的，将磷酸锰铁盐加水溶解，使磷酸盐产生水解。Me(16P04)2-MelIPO。+如PO把此溶液加温至沸点，使磷酸盐继续水解。3MeHP04-M岛(P0)2+地Po|3Me(H2P04)2+Me3(P吼)2+4H3P04 将已经过表面化学除油除锈的油管，放入磷化溶液中，使金属铁与磷酸相互作用，并产生 溶解，这一溶解在游离酸的作用下形成以下的反应：Fe+213P0Fe(H2P04)：+比Fe+Fe(地P04)2叶2FeHPO+H2Fe+2FeHPOFe3(P04)2+H2Me(H2P04)2+2Fe+Me(P04)2+2H2 在油管与溶液的接触面上，磷酸氢盐和正磷酸盐的浓度不断增加，当它们达到得饱和时即 结晶沉积，在金属表面上，晶粒继续增长，直至生成不溶于水的磷化膜。在油管进行磷化前，必须进行彻底的除油、除锈。 整个过程是在13个的铁槽内进行的，其中的酸槽和酸洗涤槽的内外表面均做了玻璃钢防腐处理，酸贮罐为玻璃钢罐，各热水槽及酸槽都设有引风排风装置。碱洗、开水洗、磷化、烘干等工序都需要加热到一定的温度，我们采用自制的导热油循环加热系统来提供稳 定高效的热源。导热油循环加热系统具有温度稳定、能耗低、使用安全、控制容易等特点。 (三) 防腐潦的涂装和固化在油管的磷化膜外，我们选择了涂装聚氨酯防腐漆。 聚氨酯防腐漆具有以下特点：1、 漆膜坚硬耐磨，其耐磨性能对比如下：涂料类型 聚氨酯漆 环氧树脂漆I乙烯漆 l氯化橡胶漆 I磨损指数(台贝尔) 65(最好)80 85 2202、优异的耐化学腐蚀性能：聚氨酯涂料可耐包括非氧化型无机酸类、碱类、盐雾、水、溶 剂等介质的浸蚀。聚氨酯漆比乙烯的耐碱、耐酸、耐水、耐热及耐磨性好，比环氧树酯漆 的耐酸、耐水性好，耐溶剂、耐碱性和环氧树酯漆相当。3、良好的耐油、耐溶剂性。4、漆膜光亮丰满5、良好的耐热性和附着力。 聚氨酯漆的涂装工艺采用浸涂的办法。 我们设计了一种组合油管挂具，这种挂具分为六层，每层挂具可装6根油管，从碱洗一直到磷化后烘干过程中，36根油管由一整体挂具用吊车浸入各槽进行处理，在浸漆时，各层挂具单独作用，可以很方便地对油漆的流淌现象进行处理，然后再叠加到一起进入烘 干炉进行固化，大大提高了油管的生产效率油管磷化后要带上内外护丝，以防浸漆过程 中丝扣的配合尺寸受到影响。(四)加强工艺控制，完善检测手段 我厂新建了化验室，添置了多种检测设备和仪器，以加强对生产工艺过程的控制和质量检测的手段。化验室对各化学处理槽的成份定时进行检验，及时补充溶液的损耗，以保证化学处理的质量和效率：采用先进的油管内视仪，检测油管内壁除锈、磷化和浸漆的质 量：采用超声波测厚仪检测漆膜的厚度，保证防腐效果：油管无损探伤系统随时可发现管 壁的内部缺陷；用丝扣检测仪检测油管丝扣质量。我厂所生产的双层复合防腐油管己通过 了大庆技术监督局的质量认证。六、委托检验情况 双层复合防腐油管在试生产后，经随机取样送到黑龙江省涂料颜料质量监督检验站进行了检验，检验结果见检验报告单，取得了令人满意的结果。防腐层达到以下指标：1、柔韧性2m2、附着力2级3、耐冲击强度50Kgcm4、化学稳定性试验： 耐酸性(10Icl)、耐碱性(10NaOH)、耐盐性(30NaCl)；，72h无变化七、现场应用试验情况 产品在规模生产后，我们又在采油六厂、一厂选择了26口井进行了现场应用试验。 本次试验期为半年，主要对裸油管(未做任何表面处理)、涂料管(裸管直接涂防腐漆)，双层复合防腐油管(磷化后涂漆)进行了对比试验。试验期满后，将试验管从井下起出， 用机械将管剥开，对几种不同的管的使用效果进行了观测，结果如下：1、裸油管内壁出现了1。2mm的结垢，管壁已出现大面积腐蚀。2、涂料管管壁未出现腐蚀结垢现象，但涂层两面出现局部水泡，起皮现象。3、双层复合防腐管管壁光滑，无任何腐蚀结垢的现象。试验结果表明： 油管必须做防腐处理，才能延长其使用寿命和减少结垢现象的出现。 防腐涂料涂在钢管基体能起到一定的防腐防垢作用，但附着力不强。 双层防腐油管起到了很好的防腐防垢作用，磷化层对涂料的附着作用远远好于涂料管。八、双层防腐油管施工的成本构成情况 根据现场实际测算，双层复合防腐油管的生产成本(按照每米巾735油管计算)，主要由油管修复费用Il元+高压水射流除锈费用4元+磷化浸漆防腐费用16元构成，合计31元。九、经济效益分析 双层复合防腐油管的经济效益和社会效益可分为两个方面：对油田来说，双层复合防腐油管的应用可以延长使用寿命五年左右，每年将大大减少作业数量，效益将非常显著：对我公司来说，现已建成500000米年的油管修复防腐能力，仅采油六厂每年就有200000 米的水井管需做修复防腐，按每米价格31元计算，可实现产值600万元，利润60万元， 如能在其它采油厂推广，达到生产能力，可实现产值1500万元，经济效益非常可观。