钻具螺纹的磷化处理工艺探析

1、钻具螺纹的磷化处理工艺探析摘要：石油开采过程屮，钻具深入地下，接触许多腐蚀性的化学介 质，会导致其生锈，从而降低钻具使用寿命，影响钻具的工作效率。所以 对钻具的防锈防腐处理变得异常重要，而钻具中螺纹又极易被腐蚀，本文 就结合笔者工作经验谈一谈钻具螺纹的磷化处理工艺，以达到保护钻具螺 纹的冃的。关键词：钻具螺纹磷化工艺石油开采过程中，钻具深入地下，接触许多腐蚀性的化学介质，会导 致其生锈，从而降低钻具使用寿命，影响钻具的工作效率。所以对钻具的 防锈防腐处理变得异常重要，而钻具中螺纹又极易被腐蚀，本文就结合笔 者工作经验谈一谈钻具螺纹的磷化处理工艺，以达到保护钻具螺纹的目 的。一、钻具螺纹磷化工艺

2、及原理概述所谓钻具螺纹磷化工艺就是通过化学和电化学反应在钻具螺纹的金 属表面生成一层均匀致密的微薄磷化膜，可以有效地改变和提升螺纹表面 的接触条件和受力状况，提高钻具连接螺纹的润滑效果，增强其防锈、减 磨及防粘扣性能。通过检测表明，钻具螺纹磷化处理后，使用损坏率人幅 度降低，钻具使用寿命明显延长，并且有效控制了因钻具螺纹非预期损坏 引发的钻井误工和井下事故，取得了显著的综合经济效益。所以该工艺具 有良好的推广应用前景。钻具螺纹是特殊螺纹，螺纹接触面积大，在井下受力情况复杂，并且 现场使用过程需反复旋合螺纹，易引发粘扌ii、刺扌ii等非预期螺纹损坏，缩 短了钻具使用寿命，导致钻井误工，甚至酿成井

3、下事故。若采用磷化等金 属表面处理技术，在钻具螺纹表面添加一层保护层，改善螺纹表面的接触 条件与受力状况，即使连接钻具螺纹处于交变应力与电化学腐蚀的影响 下，也可以获得有效防护，从而实现钻具螺纹的使用寿命得到延长的目标。钻具螺纹磷化工艺磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转 化膜的过程，其形成的磷酸盐转化膜叫做磷化膜。当螺纹磷化处理完毕后, 它的表面形成一层非常薄的磷化膜，实现钻具螺纹表面清洁干净，呈灰色 或暗灰色结晶，磷化层均匀、牢固、完整，无锈迹和基体金属裸露的磷化 效果。磷化膜的存在，避免螺纹表面与金属或周围空气、钻井液直接接触, 改善了螺纹表面接触条件和受力状况；其次，磷化膜表面具

4、有微小的颗粒 空隙，可以贮存一定量的润滑油，并且由于磷化腐蚀作用，可消除螺纹表 面存在的细微毛刺，起到表面钝化作用，提高了螺纹表面粗糙度，有利于 钻具螺纹脂的涂抹粘挂，有效改善了旋合螺纹的润滑效果。所以磷化后的 钻具螺纹具有防锈、减磨、防粘扣的功效。二、影响钻具螺纹磷化质量的原因分析1. 药剂配比及温度影响钻具螺纹磷化质量。一左要按照设计配方与规 定方法配制磷化液，严格控制所用药品的分析纯含量，以免与基体金属反 应不充分，形成磷酸盐沉淀结晶少，无法获得均匀致密的微薄磷化层。一 般冷磷化液无需加热处理，但过低的温度将减缓磷化过程的化学与电化学 反应速度，影响磷化质量和工效。2. 工件材质影响钻具

5、螺纹磷化质量。国内外钻具均用专门设计的材料 制造，通过特有的化学成分和严格的技术工艺控制，使钻具产品达到合格 标准。普通钻杆和钻铤均采用辂钿钢制造，一般情况下，钻杆接头材质为 镰、铜、猛等金属元素具有抗电化学腐蚀性，不易磷化，如在同样工艺参 数下，钻铤螺纹的磷化效果明显好于钻杆接头，而棵、皱等金属含量高的 无磁钻铤螺纹则无法磷化。3. 环境温度影响钻具螺纹磷化质量。环境温度直接影响螺纹表面温 度。其实，磷化过程就是化学与电化学反应过程，其温度高，反应快，效 果好；反之，就会出现反应慢，效果差的情况。冷磷化液可在常温条件下 使用，然而环境温度对磷化效果存在影响，如果夏季气温高时，磷化效果 就比较

6、可观，冬季气温低则效果变差，而在0至10摄氏度条件下很难磷 化，因此环境温度过低时，需提高磷化螺纹的表面温度。4磷化频次和间隔时间影响钻具螺纹磷化质量。磷化液是一种液体， 它的附着力不大，具有流动性，如查喷淋或涂抹于螺纹表面后，会由于螺 纹表面化学反应不均衡，而造成磷化膜厚薄不匀，因此需要磷化多次方能 均匀增厚磷化膜；同时，化学反应过程存在持续时间，每次喷淋涂抹之间 应有适当间歇，等待逐渐生成磷化膜。磷化频次和间隔时间受环境温度影 响，冬季较其它季节气温偏低，需适当增加磷化次数，相应延长间歇时间。5. 操作方法影响钻具螺纹磷化质量。磷化过程所用的喷淋及涂刷工具 对工艺实施存在影响，磷化刷的硬度

7、过高，易刮落磷化膜；磷化刷太软， 不易均匀涂抹螺纹全表面，螺纹间残液积留时间长，易形成残留固结物， 因此磷化时必须及时清理残液。6. 后续防腐处理影响钻具螺纹磷化质量。磷化后暂时存放的钻具必须 进行防腐处理，使螺纹磷化层的颗粒空隙中贮存一定量的润滑油，以进一 步改善螺纹表面与周围介质的接触条件，否则在自然条件下长时间风吹日 晒、灰尘附着易使螺纹表面锈蚀，失去磷化效果。三、钻具螺纹磷化措施探析1.钻具螺纹磷化一般通过锌钙系冷磷化液进行。按照常规磷化配方 配制磷化液，进行螺纹磷化试验，根据实际磷化效果，适当调整各种药品 比例，以期达到最佳磷化效果，最后形成磷化液应用配方。2环境温度过低影响磷化质量

8、的措施。通过笔者单位多次试验，解决 环境温度过低对磷化的不良影响。春、夏、秋季的气温在磷化条件要求z 内，即5摄氏度以上，正常磷化操作可以满足质量要求。冬季应将磷化场 所定在温度适宜室内进行，如果环境温度太低时，磷化之前要采用大功率 吹风机预热钻具螺纹表面，涂抹磷化液后，继续加热烘干，这样既可增强 磷化效果，提高磷化工效，还能将螺纹分型间的残液及时清除，保证螺纹 整体的磷化质量。3.以钻具不同材质与季节气温变化提高磷化质量的措施。对于钻杆接 头螺纹，冬季磷化3次，每次间隔15分钟，春夏秋季节磷化2次，每次 间隔10分钟；对于钻铤螺纹，冬季磷化3次，每次间隔10分钟，春夏秋 季节磷化2次，每次间

9、隔8分钟。4操作因素影响磷化质量的消除措施。选用喷液最适中的喷壶，在螺 纹表面多点喷淋，每次喷淋量要少，尽量喷洒均匀，减少滴液；使用硬度 适中的毛刷，均匀涂抹，覆盖螺纹全表面，并及时清理表面残液，防止残 留干结物影响局部磷化效果。5磷化过程中的人员保护措施。磷化液呈弱酸性，在磷化过程中如果 操作不当，防护不到位，很容易出现人身伤害、设施损坏及环境污染，因 此采取以下防护措施：操作人员配备防毒面罩、防护眼镜、胶皮手套等个 人防护用具；采用耐腐蚀的喷壶、毛刷等喷涂工具；使用玻璃钢材料制作 的防溅盒，减少地面污染，确保磷化实施过程符合iise管理要求。四、结束语综上所言，磷化工艺在钻具螺纹的防护中具冇巫要作用，可以冇效地 避免钻具螺纹因生锈，被腐蚀等原因而造成的损坏和使用寿命降低情况的 发生。本文中笔者谈了磷化工艺的原理，影响磷化质量的原因，以及磷化 措施等相关问题，相信注意了相关因素，就一定可以达到延长钻具使用寿 命，提升钻具工作效率的冃的。参考文献1 陈凤三磷化液