中國(guó)石油鉆井目前最深8588米,，創(chuàng)亞洲陸上鉆井最深記錄,。油套管的管串長(zhǎng)度幾乎等于鉆井的深度，其管串一般采用螺紋連接方式,，螺紋包括兩部分：管端外螺紋（公扣端）和接箍?jī)?nèi)螺紋（母扣端）,，接箍是一段外徑比管體稍大的短管，是螺紋連接最重要的工件,，兩個(gè)管端公扣端用一個(gè)接箍連接起來,。目前國(guó)內(nèi)一般對(duì)管端公扣端不進(jìn)行表面處理，僅對(duì)接箍母扣端進(jìn)行表面處理,。螺紋擰接粘扣是較常見的損傷失效形式，大大縮短了油套管的使用壽命,，增加了油井作業(yè)量并影響油井的生產(chǎn),，給油田帶來巨大損失，因此螺紋的質(zhì)量,、尤其是接箍表面處理質(zhì)量好壞在管串連接及使用中至關(guān)重要,。
1 接箍表面處理工藝及作用
接箍表面處理工藝主要有鍍銅和磷化,，即在規(guī)定的介質(zhì)、溫度,、時(shí)間等條件下進(jìn)行化學(xué)處理,，使之在接箍表面沉積形成規(guī)定厚度的結(jié)晶性膜層。對(duì)低鋼級(jí),、無明顯腐蝕環(huán)境的油套管用接箍多采用磷化處理,，而高鋼級(jí)、耐腐蝕用接箍多采用鍍銅處理,。接箍鍍銅和磷化處理后（外表面噴防銹漆,，鋼級(jí)不同對(duì)應(yīng)規(guī)定的顏色）宏觀形貌見圖1。
接箍鍍銅和磷化處理的主要作用：①潤(rùn)滑防粘扣,；②密封防泄漏,；③防腐。
圖1 鍍銅接箍,、磷化接箍宏觀形貌
2 接箍表面處理膜層綜合分析
接箍鍍銅層和磷化層的要求厚度在10-30微米范圍,，20微米左右為佳，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用膜層測(cè)厚儀進(jìn)行膜厚檢測(cè),，同時(shí)需按規(guī)定的批次要求取樣進(jìn)行膜層厚度微觀分析,，以確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性；另外,，樣品還需分析膜層的成分,、形貌、均勻性,、致密性等,，以確認(rèn)膜層的綜合質(zhì)量狀況。采用金相顯微鏡進(jìn)行膜厚分析,，樣品必須進(jìn)行鑲嵌處理,，以防制樣過程中產(chǎn)生倒邊或碎裂影響膜層分析的準(zhǔn)確性。采用掃描電鏡和能譜儀進(jìn)行膜層表面形貌,、微區(qū)成分,、厚度測(cè)量等綜合分析。
2.1 樣品鍍銅層分析
1）金相分析 樣品鑲嵌后在拋光態(tài)下檢測(cè)鍍銅層厚度,，測(cè)量部位要注意螺紋牙頂,、牙側(cè)、牙底三個(gè)部位分別進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量求平均值,，觀察其均勻性,。同時(shí)還要觀察原始加工面的粗糙度及與鍍層結(jié)合情況。從圖2中可以看出，螺紋牙頂鍍銅層厚度平均約18微米左右,，牙側(cè)鍍銅層厚度平均約15微米左右,，牙頂部位比牙側(cè)部位的鍍銅層要厚些。
2）電鏡和能譜分析 金相樣品電鏡高倍觀察,，表面鍍銅層多數(shù)部位均勻平整,，個(gè)別部位因原始加工面有凸起，故凸起部位鍍銅層較?。ㄐ∮?/span>10微米）,，見圖3。如果螺紋牙側(cè)局部有凸起,，在螺紋擰接過程中易產(chǎn)生局部變形剝落和粘著破損,，降低密封性和耐蝕性等。因此,，螺紋表面加工精度對(duì)鍍銅層的均勻性和附著性影響較大,。
進(jìn)行表面鍍層形貌及成分分析樣品經(jīng)超聲波清洗干凈后入電鏡樣品室進(jìn)行觀察分析：鍍銅層表面形貌呈均勻的小圓顆粒狀，能譜分析表面小圓顆粒鍍銅層成分為錫青銅,，見圖3,。金相樣品表面鍍層成分能譜定性分析結(jié)果與之相同。
圖4 樣品表面鍍銅層均勻顆粒形貌及成分能譜定性分析結(jié)果
2.2 樣品磷化膜分析
1）宏觀觀察 接箍表面處理常采用錳系或鋅系磷化處理工藝,，以錳系為主,。錳系和鋅系處理接箍表面磷化膜的宏觀特征差異較大：錳系處理接箍表面磷化膜較致密，顏色呈深灰色（編號(hào)為1#）,，鋅系處理接箍表面磷化膜較粗糙不致密,，顏色呈淺灰色（編號(hào)為2#），見圖5,。
圖5 接箍表面處理錳系深灰色磷化膜(1#),、鋅系淺灰色磷化膜(2#)局部形貌
2）金相分析 樣品鑲嵌后磨拋觀察縱截面：1#樣品表面磷化膜平均厚度約16-20微米左右，膜層相對(duì)較致密,；2#樣品表面磷化膜厚度約20-24微米左右,，膜層相對(duì)不夠致密，見圖6,。
圖6 1#樣品錳系磷化膜,、2#樣品鋅系磷化膜的厚度及結(jié)合特征局部形貌
3）電鏡和能譜分析 將切取的塊狀樣品超聲波清洗干凈后入電鏡樣品室進(jìn)行觀察分析：1#樣品表面磷化膜顆粒細(xì)小均勻致密，能譜分析磷化膜的主要成分為磷酸錳,，見圖7,。2#樣品表面磷化膜呈不致密、粗大的枝晶狀,，能譜分析磷化膜的主要成分為磷酸鋅,，見圖8；磷酸鋅結(jié)晶粗大、不致密,、附著力不強(qiáng)，接箍擰接過程中磷化膜易脫落產(chǎn)生粘扣,，失去對(duì)螺紋基體的保護(hù)作用,。
圖7 1#樣品表面均勻細(xì)小顆粒狀磷化膜形貌及成分能譜定性分析結(jié)果
圖8 2#樣品表面粗大的枝晶狀磷化膜形貌及成分能譜定性分析結(jié)果
3 結(jié)束語
1） 接箍表面處理工藝主要參數(shù)包括介質(zhì)、溫度,、時(shí)間等,。接箍經(jīng)表面處理形成的膜層類型、膜厚,、結(jié)晶形態(tài),、附著性、均勻性,、致密性等均影響螺紋擰接的抗粘扣性能,。
2） 接箍鍍銅成本雖比磷化處理要高一些，但鍍銅層的附著性,、光潔性,、致密性、均勻性,、抗粘扣性,、耐腐蝕性等效果均好于磷化膜?；瘜W(xué)鍍銅多用于高鋼級(jí)和抗腐蝕油套管接箍,。
3） 接箍磷化處理常采用錳系和鋅系化學(xué)處理工藝，其表面化學(xué)沉積結(jié)晶性磷化膜主要是磷酸錳和磷酸鋅,。磷酸錳比磷酸鋅膜層的致密性,、均勻性、抗粘扣性要好,，故對(duì)低中鋼級(jí)接箍國(guó)內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)均采用錳系磷化處理工藝,。
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