激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管（高耐磨、防腐）

  针对油田抽油机井举升工艺中的油管、抽油杆的严重偏磨及腐蚀问题，我公司利用自主知识产权研发了高耐磨、防腐的激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管。该技术是在管体内表面进行激光熔覆的基础上再应用复合涂装的方法，将几种特殊的高分子聚合物、金刚石纳米微粉、碳纳米管等复合涂层材料涂装在油管内壁，并通过涂层自身所具有的减磨、耐磨和防腐蚀特性，来保护油管、抽油杆接箍及杆体的磨损，同时起到防止油井原液及井下气体对油管的腐蚀。

（1）、强耐磨、防腐机理

　　激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管是在油管内表面的激光熔覆层上进行复合涂层处理，该耐磨、防腐涂层属于一种复合材料，其主要成份为金刚石纳米微粉、高分子聚合物、碳纳米管、石墨等多种原料。其作用机理是
①、经特殊细化了的高硬度的金刚石微粉，其硬度可达到莫氏9级以上，利用金刚石微粉的硬度来提高涂层的耐磨能力；
②、采用超细、低吸水率多元复合聚合物来提高涂层的抗冲击能力和耐磨性能，高强防腐耐磨涂层含有优异的抗磨蚀材料和抗冲击材料，提高了涂层的抗磨蚀能力。
③、涂层中应用碳纳米管、特型树脂、二硫化钼和石墨等固态润滑剂来提高涂层表面的光洁度，降低涂层摩擦系数，油管与接箍之间的摩擦系数由0.26降低到0.12。
④、使用多元固化聚合物来保证涂层固化强度以及涂层与油管内壁的接合强度，进一步提高涂层的附着力。
⑤、经试验研究，高强防腐耐磨涂层在与接箍和抽油杆的摩擦过程中，有少量涂层膜物质转移到接箍和抽油杆上，从而保护了接箍和抽油杆，使其使用寿命也相应提高了2～3倍。
⑥、复合涂层物质化学性能稳定，对油管基体的覆盖性和结合力非常好，高强防腐耐磨涂层除与油管的结合强度达到一级外，涂层完全不受强酸、强碱和浓盐的腐蚀。
⑦、利用激光表面熔覆和激光相变硬化等激光改性技术对相应钢级的油管内表面进行复合处理获得相应的油管表面组织，以达到高耐磨的目的。

2、激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管实验数据
　　（1）、油管激光熔覆层耐磨实验
　　油管激光熔覆层具有极高的表面硬度，为油管管体耐磨性提供了基本条件。
　　油管的耐磨损试验采用管杆磨损试验机，工作原理如示意图所示。利用管杆磨损试验机将激光复合处理的N80油管与接箍进行对磨试验。

试验中，油管和接箍磨损失重曲线如图所示。

（附图  油管和接箍磨损失重曲线）

　　从油管磨损失重曲线上可以看出，与接箍对磨时，高耐磨激光表面复合处理特种油管比普通油管的磨损失重要低，失重约为普通油管的四分之一，从其失重曲线上来看，其磨损失重比较平缓，与普通油管相比其磨损率始终比较低，由图可以看出，经过五天的磨损后相变硬化层依然存在，未强化区没有完全参与磨损，硬化带起支撑作用，油管磨蚀失重基本稳定。

激光表面复合处理油管的耐磨性明显优于普通油管。

下表为激光油管与普通油管耐磨实验对比

通过对比结果可看出，经过激光处理的油管耐磨性及减磨性远高于普通油管。
　　（2）、耐磨防腐涂层实验
　　对该激光熔覆--耐磨防腐涂层特种油管的耐磨与减磨性能进行检测，实验设备采用日本协和科学株式会社生产的RFT-III往复式摩擦磨损试验机，往复行程为50mm，往复速度：0.83 m/s，共计往复运行40万次。
　　将J55钢级激光熔覆--耐磨防腐涂层特种油管和普通油管制成70mm×14mm×6.45mm长方条，将D级抽油杆接箍制成3mm×3mm×6mm立柱，试件共6组（3组试件为涂层油管与非涂层抽油杆接箍；3组试件为非涂层油管与非涂层抽油杆接箍）。

试验介质为油井产出液(含水92.7%,含聚浓度720.8mg/L)，实验环境温度18℃。

实验检测结果：
　　a、前期加载正压力20N（2.2MPa）运行20万次，测得无涂层试件的平均摩擦系数为0.27，有涂层试件的平均摩擦系数为0.17；
　　b、后期加载正压力30N（3.3MPa）运行20万次，测得无涂层试件的平均摩擦系数为0.21，有涂层试件的平均摩擦系数为0.12；

有涂层试件摩擦系数变化曲线图

　　c、运行40万次后，测得无涂层试件最终结果是：油管表面磨损率为4.96×10-8g/n，抽油杆接箍表面磨损率为2.29×10-8g/n；测得有涂层试件最终结果是：油管表面涂层磨损率为0.72×10-8g/n，抽油杆接箍表面磨损率为0.55×10-8g/n。

六组试件往复磨损检测结果表

注：A代表无涂层试件；B代表有涂层试件。

　　本次实验加载正压力达到30N,折算作用法向力为10KN/m，试件运动线速度相当于抽油机井3米冲程9次运动状态。试件运行40万次涂层仅磨掉0.1mm，相当于原涂层厚度的1/8，且摩擦系数随载荷及运行次数的增加而减小，由此可见，复合涂层耐磨油管的抗磨性能较好。

　　对磨损后试件电镜扫描发现，无涂层试件表面存在严重的粘着磨损现象，而有涂层试件表面光滑平整、无任何损伤，且被磨试件表面附有涂层材料成分。

　　分析认为：复合涂层耐磨油管由于涂层中含有金刚石微粉和炭纳米管等多种耐磨、减磨成分，其中金刚石微粉可提高涂层的抗磨能力，而碳纳米管、二硫化钼等物质则使涂层具备了自润滑功能。涂层在与抽油杆相互摩擦时，油管内壁涂层中的材料成份会运移到抽油杆表面形成保护膜，从而降低了管杆表面磨擦系数，有效地延缓了抽油杆表面的磨损速度，并实现了对油管和抽油杆的双重保护功能。
　　3、激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管实际应用效果
　　激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管已经应用于国内部分油田，下面例举一油井使用效果。
　　南2-1-P132井应用激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管至今仍在井下正常工作，到目前运行时间已达到536天，超出原偏磨检泵周期394天，已见到了较好的防磨效果。
　　南2-1-P132是于2001年10月投产较早的油井，现处于高含水、易磨损、腐蚀的井况。使用普通油管因油管偏磨失效其检泵周期为142天，该油井正常产液215t/d，含水89.3%，油井见聚浓度达830.52mg/L，本次施工下入激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管79根，更换HL级普通抽油杆95根。

该井使用普通油管偏磨状况

　　2013年12月7日因脱接器失效检泵，现场检查前期所下井的激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管完好，抽油杆接箍虽有磨亮现象，但其磨损层非常小无法测量，将原井管杆正常下回，继续观察防磨效果。该井本次检泵周期536天，当时产液208t/d，含水92%，油井见聚浓度达到800.84mg/L。使用激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管的寿命是普通油管3.77倍以上。

应用激光-耐磨防腐油管下井536天时起出检查情况

　　另外从南2-1-P132井试验前后的生产数据来看，采用激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管后，油井上载荷明显下降，下载荷有所增加，抽汲状况得到了进一步改善。  

  南2-1-P132井试验前后生产状况统计表

　　4、激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管特性与结论
　　（1）、由实验得出：激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管耐磨蚀性能与普通油管对比，磨擦系数降低了42.8%。在相同实验条件下，比的普通油管偏磨周期延长11倍以上。对偶抽油杆的偏磨周期延长4.2倍以上。
　　（2）、在严重偏磨井南2-1-P132井上使用的激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管效果较为明显。涂层油管已在井下运行536天，超出原偏磨检泵周期3.7倍以上，目前继续使用。具有显著的耐偏磨特性。
　　（3）、已往使用普通油管时，被磨损的抽油杆接箍磨表面均存在不同程度的腐蚀痕迹，且磨损表面发黑，使用激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管的抽油杆接箍无明显磨蚀现象，说明激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油管具有防腐、耐磨和保护抽油杆接箍的特性。

　　综上所述，激光熔覆--耐磨防腐涂层复合处理特种油井管具有强大的抗磨、减磨及防腐性能，并且有保护抽油杆和接箍的特性。基于其良好的特性，应用于石油开采，可实现节能、将耗、增效的目的。