高性能液体环氧树脂-柔性陶瓷涂料的性能与应用

1 油田腐蚀的状况
油气田生产过程中,腐蚀因素非常复杂。目前常见的腐蚀性介质有:土壤、水、大气、原油和天然气。
1.1 采油注水系统的腐蚀
油田开采初期,采出液含水率较低,系统腐蚀不严重。随着油田的不断开发,保持地层的压力成为油田采油量稳定的重要措施。含水率增高后,油井井下采油工具、下井管柱的腐蚀也越来越严重。注水系统的腐蚀与注入水水质密切相关,腐蚀性强的注水质,会对注水管线、注水井油套管和回水管线产生严重腐蚀。注水的实践表明,清污混注时腐蚀性最强,注清水时腐蚀性最弱。
1.2 集输管道的腐蚀
集输管线的腐蚀与油井含水北、出砂、产出水的性质、流速等有密切关系。
12.1 SBR(硫酸盐还原菌)腐蚀。管线内部的环境适合SBR 生长时,SRB 可造成管线底部点蚀穿孔,腐蚀产物中含有大量硫化物。
1.2.2 氧气腐蚀。一般情况下,集输管线污水中不含有溶解氧,但在流程不密闭或因管线流液量不够,以及油井需掺水降粘时掺入含氧清水后,可能含有少量溶解氧。根据实际情况,即使含有微量的氧,其腐蚀也是很严重的。
1.2.3 二氧化碳腐蚀。集输管道在其输送的介质中,示发现氧气、SRB、硫化氢时,管线的腐蚀一般是由二氧化碳引起的。腐蚀情况与输送介质中二氧化碳气体的含量及水质有关。介质中Cl-的存在,会使碳钢容易发生点蚀穿孔。

2 防护现状
此前,国内的油气管线一般不作内防腐。油田管线腐蚀极其严重,没有内防腐的管线,穿孔率高达每年每千米十几处,严重影响管线的使用寿命及运行安全。而管线进行内防腐涂层,涂层费用通常不足管线投资的13%,但一般可延长管线使用寿命2~4 倍。随着对油田管线腐蚀与防护的研究与重视以及国内涂料业的发展,环氧粉末涂料在油田的油气管线中得到应用。但是我国的粉末工业起步晚,涂层的性能上与先进技术存在一定的差距,实际生产中防护效果与预期目标有差距。

3 液体环氧树脂-陶瓷粉末涂料的性能
胜利油建公司引进的美国Freecom 公司生产的CeRam-Kote PCF涂料是一种液体薄膜涂料。通过喷涂环氧陶瓷涂层对油田管道提供化学防护和耐腐蚀防护。CeRam-Kote PCF 是一种悬浮于高度改性的环氧树脂的柔性陶瓷粉末体系,该体系应用在复杂环境中有极好的性能。CeRam-Kote PCF 通过分子间的高度交联提高涂层对不同的腐蚀环境的适应能力,并具备良好的化学抵抗力。该涂料得到API 国际认证,可应用在油、水、气的生产装置及盐(海)水注射装置和蒸馏装置上。

3.1 涂料基本性能(见上表)
3.2 涂层的性能
涂料以聚氨酯和环氧树脂为主要成膜物质。聚氨酯树脂主链上含有大量的R-N=C=O 基团,而环氧树脂分子链中含有活泼氢的羟基,与异氰酸根反应生成含有环氧基聚氨酯的化合物,从而将两者的优异性能有机结合起来,具有化学稳定性好、漆膜附着力和抗酸碱性强的特点。由在树脂中加入一定粒径的经偶联处理的微型陶瓷粉末制成的新型防腐涂料,辅以高性能聚氨酯树脂相配合,对金属基体起到了长期保护作用。

由此得出涂层在不同酸性环境下的工作温度图:

优良的耐腐蚀性,因其含有化学稳定的陶瓷粉末(厚2~3μm),明显加长了腐蚀物浸透途径,延长浸透时间,从而增强了防腐性能;该体系形成的涂层是一种非常致密牢固的气密性涂层,它与基材具有高的粘着力,同时陶瓷具有较高的显微硬度,耐冲击性、柔韧性、化学稳定性、耐蚀性和耐磨性,不仅可以保护基材免受腐蚀破坏,还可以赋予其特殊的表面性质;在高温低温环境下,管道的可弯曲性不变,保证管道能适应在海岸上现场弯曲安装和海上驳船牵引强制安装的施工方法以及钻杆、油管的现场作业;低渗水性和抗细菌腐蚀性,适应在石油和天然气工业的多种环境中使用;针孔少,涂膜光滑,管壁不易结垢,降低能耗,实施内涂防腐后,管道内表面粗糙度从0.03~0.04mm 降至0.0025mm,使天然气和石油的输运率提高1.4%~1.8%。

4 环氧陶瓷粉末的应用。
喷涂步骤:
1)表面预处理:
喷涂前必须按NACE-1 除锈,清除所有锈屑和污物,达到NACE53-1 或Sa3 要求的净白级,锚纹深度50~62.5 微米。
2)喷涂前检查:
钢管表面必须吹净并用强光照射目测,合格后进入预热系统。
3)一遍喷涂:
每根钢管预热到大约38℃;一遍喷涂湿膜厚度大约125~200 微米;钢管在室温下放置大约10 分钟。
4)一次固化:
放置喷涂好的钢管在93℃的固化炉内20 分钟;运出固化炉放入38℃环境中冷却。
5)二遍喷涂:
湿膜厚度125~200 微米,厚度均匀;钢管在室温下放置大约10 分钟。
6)二次固化:
121℃下预热30 分钟后运入室温固化。
7)最终检验:}
每支钢管都要进行目测检验其平整、光滑性;漏点检测使用湿海绵电火花检测仪,100%通过,并确定边缘被涂布;涂层厚度使用测厚仪,最终干膜厚度200~300 微米。
自胜利油建有限公司引进该种涂料及作业线以来,在胜利油田得到广泛的应用,先后为采油防腐油管、钻杆320km,各种规格海底管线150km。同时也已打开国内、国际市场,先后为新疆塔里木勘探公司为了方便群众油管40km,为日本伊藤忠丸红公司生产钻杆20km。

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