摘　要: 磷化液處理技術(shù)是鉆具螺紋防護(hù)的有效途徑之一,該工藝通過(guò)化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)在基體金屬表面生成一層均勻致密的微薄磷化膜,可有效改善螺紋表面的接觸條件和受力狀況,提高鉆具連接螺紋的潤(rùn)滑效果,增強(qiáng)其防銹、減磨及防粘扣性能。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,鉆具螺紋磷化處理后,使用損壞率大幅度降低,鉆具使用壽命明顯延長(zhǎng),并且有效控制了因鉆具螺紋非預(yù)期損壞引發(fā)的鉆井誤工和井下事故,取得了顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。因此,該工藝具有良好的推廣應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞: 磷化液; 表面處理技術(shù); 鉆具螺紋; 粘扣; 防護(hù)

　　鉆具螺紋是牙型為60°三角形、大螺距、大錐度、帶密封臺(tái)肩面的特殊螺紋,螺紋接觸面積大,在井下受力情況復(fù)雜,并且現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程需反復(fù)旋合螺紋,易引發(fā)粘扣、刺扣等非預(yù)期螺紋損壞,縮短了鉆具使用壽命,導(dǎo)致鉆井誤工,甚至釀成井下事故。若采用磷化、鍍銅等金屬表面處理技術(shù),在鉆具螺紋表面添加一層保護(hù)層,改善螺紋表面的接觸條件和受力狀況,使連接螺紋在交變應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕等作用下,螺紋表面能夠得到適當(dāng)防護(hù),將有效延長(zhǎng)鉆具螺紋的使用壽命。

　　一、螺紋磷化機(jī)理

　　磷化是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過(guò)程,所形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱之為磷化膜。螺紋磷化處理后,表面形成一層極薄的磷化膜,除去副反應(yīng)形成的磷化沉渣,達(dá)到鉆具螺紋表面清潔干凈,呈灰色或暗灰色結(jié)晶,磷化層均勻、牢固、完整,無(wú)銹跡和基體金屬裸露的磷化效果[ 1 ] 。

　　磷化膜的存在,避免螺紋表面與金屬(鉆具內(nèi)外旋合螺紋)或周圍介質(zhì)(空氣、鉆井液等)直接接觸,改善了螺紋表面接觸條件和受力狀況;其次,磷化膜表面存在微小的顆粒空隙,能夠貯存一定量的潤(rùn)滑油,并且由于磷化腐蝕作用,可消除螺紋表面存在的細(xì)微毛刺,起到表面鈍化作用,提高了螺紋表面粗糙度,有利于鉆具螺紋脂的涂抹粘掛,有效改善了旋合螺紋的潤(rùn)滑效果。因此,磷化后的鉆具螺紋具有防銹、減磨、防粘扣的功效。

　　二、螺紋磷化方法選擇

　　鉆具新車螺紋防護(hù)通常采用螺紋表面磷化和鍍銅處理兩種方法,由于鍍銅處理工藝復(fù)雜、加工成本高、生產(chǎn)效率低,因此目前螺紋磷化工藝在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多,包括熱磷化和冷磷化兩種方法。熱磷化工藝為酸洗—堿洗—磷化(浸泡) —清水清洗,磷化液保持在80℃～98℃,磷化時(shí)間為20～30 min,工藝復(fù)雜,僅適合短小工件的磷化處理,不適合鉆具螺紋的防護(hù)處理。冷磷化技術(shù)分為磷化膏處理和磷化液處理。

　　磷化膏處理先按照配方比例配制甲乙兩液,將乙液倒入甲液攪拌均勻,加入相應(yīng)比例的滑石粉,配制成磷化膏,然后將磷化膏均勻涂抹于除銹后的螺紋上,常溫下保持3～4 h后,再清除螺紋表面的磷化膏,涂上防銹油。該工藝所需時(shí)間長(zhǎng),從配制磷化膏到最后涂防銹油,完成全套工序約需6 h,工作效率低,生產(chǎn)成本較高[ 2 ] 。而磷化液防護(hù)處理是在常溫下進(jìn)行,工藝簡(jiǎn)便,成本低廉,生產(chǎn)效率高,適合大批量車修后的鉆具螺紋磷化。因此,選擇了磷化液處理技術(shù)應(yīng)用于鉆具螺紋的防護(hù)。