CN201187256Y - 一种外壁双金属喷涂防腐的气井油管 - Google Patents

Abstract

外壁双金属喷涂防腐的气井油管，应用于油田气井油管外防腐。主要由油管基体、底层、面层和封孔剂层组成。在油管基体的外表面上依次是底层、面层和封孔剂层。底层是不锈钢金属喷涂层，面层是铝合金喷涂层。底层的不锈钢金属喷涂层厚度在100－150μm之间；面层的铝合金喷涂层厚度在100－150μm之间；封孔剂层的厚度在10～50μm之间。效果是：双金属喷涂结合力强，底层采用不锈钢涂层，降低腐蚀速率。面层采用铝合金涂层，利用铝的牺牲阳极特性，在底层不锈钢涂层局部损伤处形成“大阳极小阴极”的腐蚀原电池结构，延长油管使用寿命。

Description

一种外壁双金属喷涂防腐的气井油管

技术领域

本实用新型涉及油田采气技术领域，特别涉及气井的油管，是一种采用双金属复合喷涂的外防腐气井油管。

背景技术

天然气井的采出的气液混合物中，一般都不同程度地含有酸性气体H₂S和/或CO₂，酸性气体溶于产出水。在高温、高压、多相流冲刷情况下，特别是在高含Cl^-、高矿化度水中，气井油管易发生点蚀等局部腐蚀。

为了确保气井安全，最可靠的是选用耐蚀合金制作气井油管。针对同时含CO₂、Cl^-和H₂S的腐蚀环境，传统的13Cr不锈钢也不适用，必须选用22Cr以上的高级不锈钢，但这种耐蚀合金钢价格昂贵，对于大部分低产低效井不适应。

目前，国内气井管材一般选用普通碳钢(含硫气井选择抗硫管材)加缓蚀剂的防腐措施，但缓蚀剂对应用条件的选择性很高，针对性强，当环境(如温度、压力、产水量和流速等)改变时，所采用的缓蚀剂及其加注制度需要重新评价和调整，如不及时调整，往往达不到预定的防腐效果，并且采用加注缓蚀剂的防腐措施长期运行成本较高。

针对油管腐蚀，常规的外加电流阴极保护不能实现防腐目的；牺牲阳极的阴极保护技术受到井深和井筒温度较高的限制，在气井油管上也不能应用。

常规的有机外涂层在同时含CO₂、Cl^-和H₂S的腐蚀环境中的机械性能和耐蚀性能不稳定，而且有机涂层在施工、储放、运输和下井过程中容易出现涂层局部针孔、脱落和破损，影响整体的防腐效果，而且会形成小阳极大阴极的微观腐蚀电池，反而加快管体的腐蚀。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种外壁双金属喷涂防腐的气井油管，满足低产高腐蚀气井油管的外防腐要求，能实现气井油管在同时含CO₂、H₂S和高矿化度水体系的腐蚀，延长气井管柱的寿命。

本实用新型的技术思路：

从低成本防腐角度出发，不改变在用管材的材质，通过表面处理，不影响机械性能和力学性能的前提下提高耐蚀性，以较低的防腐成本延长管柱使用寿命，获得较大的经济效益。

根据喷涂层金属与金属基体之间的电位关系，金属喷涂层可分为阴极喷涂层和阳极喷涂层。

阴极喷涂层的电位比主体金属电位正，如在铁上的锡、镍、铬等喷涂层。如果喷涂层有孔和裂纹，则露出的主体金属与喷涂层形成小阳极大阴极的腐蚀电池，使主体金属受到严重的局部腐蚀，故阴极喷涂层只有当其足够完整时，才能可靠地用来防腐。

阳极喷涂层的电位与主体金属电位负，如在铁上的喷涂铝或锌。在腐蚀介质中喷涂层为阳极，主体金属为阴极，在管体发生腐蚀时，喷涂层金属优先溶解而使主体金属得到保护。

综合考虑阴极型金属涂层和阳极型金属涂层的特性及适用范围，设计合理的复合涂层结构，底层采用阴极型不锈钢涂层，在涂层完整的情况下，管柱在腐蚀环境中成为钝态金属，腐蚀速率大大降低。

但是单层的不锈钢涂层在运输或下井作业中会出现局部损伤，在损伤点出现“小阳极大阴极”的情况，导致局部腐蚀速率大大增加。

本实用新型采用的技术方案是：外壁双金属喷涂防腐的气井油管主要由油管基体、底层、面层和封孔剂层组成。其特征在于：在油管基体的外表面上依次有底层、面层和封孔剂层。底层是不锈钢金属喷涂层，面层是铝合金喷涂层。底层的不锈钢金属喷涂层厚度在100-150μm之间；面层的铝合金喷涂层厚度在100-150μm之间；封孔剂层的厚度在10～μm之间。

底层2选用马氏体或奥氏体不锈钢系列材料喷涂。

面层3选用铝合金牺牲阳极，各成分含量按重量百分比为Zn：2.5～4.5％、In：0.018～0.05％、Cd：0.005～0.02％、Si＜0.01％、Fe＜0.15％和Cu＜0.55％，其余为Al。市场有产品销售。

封孔剂选用的是环氧树脂封孔剂。市场有产品销售。

采用复合金属防腐结构，面层采用阳极型铝喷涂层，利用铝的牺牲阳极特性，在局部损伤处形成“大阳极小阴极”的腐蚀原电池结构，延长油管使用寿命。

本实用新型的效果：

(1)防腐可靠性高，在气井油管上首次实现了不锈钢和铝合金金属涂层的防腐结构，通过两类金属涂层的互补效应，大大提高了油管防腐可靠性，延长管柱寿命，带来可观的经济效益。

(2)各层结合力强，＞20MPa。

(3)一次施工完成防腐，减少甚至无需后期缓蚀剂的日常加注，简化现场工艺流程，降低成本。

附图说明

图1是本实用新型结构外壁双金属喷涂防腐的气井油管半剖面示意图。

图中，1.油管基体，2.底层，3.面层，4.封孔剂层。

具体实施方式

实施例1：参阅附图1。本实用新型外壁双金属喷涂防腐的气井油管，由油管基体1、底层2、面层3和封孔剂层4组成。在油管基体1的外表面上依次是底层2、面层3和封孔剂层4。底层2是不锈钢金属喷涂层，面层3是铝合金喷涂层。底层2的不锈钢金属喷涂层厚度为110μm；面层3的铝复合金属喷涂层厚度为130μm；封孔剂层4的厚度为15μm。封孔剂是环氧树脂封孔剂。

本实用新型的制作工艺过程：

本实用新型外壁双金属喷涂防腐的气井油管制作的工艺流程如下：取普通气井油管一根，型号为N80。

(1)对油管表面处理：对油管外表进行喷砂除锈或抛丸除锈，达到Sa2.5的表面处理等级；

(2)进行底层2不锈钢金属喷涂：对油管基层1表面实施不锈钢金属喷涂，不锈钢采用马氏体不锈钢Crl3系列或奥氏体不锈钢系列，喷涂工艺参数见表1。

表1不锈钢金属喷涂参数

空气压力MPa	喷涂电压V	喷涂电流A	喷涂距离mm	涂层厚度μm
					0.4-0.7	30-40	200-300	150	100-150

(3)底层2不锈钢金属喷涂层检查：对喷涂后的油管表面逐根检查，测量其涂层厚度，确保涂层厚度在100-150μm。

(4)进行面层3铝合金金属喷涂：在底层2不锈钢金属喷涂层上喷涂铝复合金属喷涂层。铝合金喷涂层即面层3的铝合金材质化学元素、杂质含量控制按GB/T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》规范执行，化学分析按GB/T 4949-1985《铝-锌-铟系合金牺牲阳极化学分析方法》执行。

表2铝合金金属喷涂参数

空气压力MPa	喷涂电压V	喷涂电流A	喷涂距离mm	涂层厚度μm
					0.4-0.7	24-34	150-200	150	100-150

(5)面层3金属喷涂层检查：对喷涂后的铝复合金属喷涂层逐根检查，测量其涂层厚度，确保涂层总厚度在100-150μm。

(6)复合金属喷涂后涂刷封孔剂层4：在面层3上有孔隙是不可避免的，孔隙会大大降低金属涂层的耐蚀性。在金属涂层表面涂刷渗透性高、性能稳定的涂层可提高金属涂层的耐蚀性，针对气井高温高压，恶劣的腐蚀环境，封孔剂层4选用环氧树脂类封孔剂。

使用方法：

(1)吊装：采用采用3/4″钢丝绳，穿高压胶管制作的专用吊带进行吊装。

(2)下井补口：每根外壁双金属喷涂防腐的气井油管上扣下井时，要用水下固化修补剂修补大钳咬伤处，TDK-01修补剂由甲、乙组份混合搅拌，当油管紧扣完成后，用棉纱擦净表面，再将修补剂刷在大钳咬伤的母扣、接箍和管体处，在井上操作时只需45秒到1分钟的时间就可实现。

目前，普通气井油管型号为N80或80S，管材的寿命＜5年。假定气井油管长度为3000m，油管尺寸为φ73.02×5.51mm，Al合金喷涂厚度为100μm，喷涂Al的体积为：

πR×L×δ＝π×73.02×10^-3×3000×0.1×10^-3＝0.069m³

Al的质量为：0.069×2.7×10³＝186.3Kg。

在以CO₂腐蚀为主的腐蚀环境下，气井中部腐蚀最严重，对应的温度在60℃附近，Al合金的电容量随着温度的升高而降低，理论电容量为2550A·h/Kg，在20℃时实测电容量为2100A·h/Kg，在60℃时的实际电容量为900A·h/Kg，以腐蚀最严重的井段对用的温度计算，喷涂Al产生的电容量为：

186.3×900＝167670A·h＝19.14A·a

φ73.02×5.51mm油管基体的面积为：πR×L＝π×73.02×10^-3×3000＝690m²，底层不锈钢局部破损率以2％估算，破损面积为690m²×2％＝13.8m²。

保护电流密度取100mA/m²，外壁双金属喷涂防腐的气井油管寿命应为： $\frac{19.14}{13.8\×0.1}=13.87a,$ 在同时含CO₂、H₂S和高Cl^-环境下，目前普通N80或80S管材的寿命＜5年，通过本技术，可在较大程度上延长管柱寿命，带来可观的经济效益。

Claims (1)

1、一种外壁双金属喷涂防腐的气井油管，主要由油管基体(1)、底层(2)、面层(3)和封孔剂层(4)组成，其特征在于：在油管基体(1)的外表面上依次有底层(2)、面层(3)和封孔剂层(4)，底层(2)是不锈钢金属喷涂层，面层(3)是铝合金喷涂层，底层(2)的不锈钢金属喷涂层厚度在100-150μm之间；面层(3)的铝合金喷涂层厚度在100-150μm之间；封孔剂层(4)的厚度在10～μm之间。

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