摘　要: 磷化液處理技術是鉆具螺紋防護的有效途徑之一,該工藝通過化學與電化學反應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滑效果,增強其防銹、減磨及防粘扣性能。現場應用表明,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,并且有效控制了因鉆具螺紋非預期損壞引發的鉆井誤工和井下事故,取得了顯著的綜合經濟效益。因此,該工藝具有良好的推廣應用前景。

　　關鍵詞: 磷化液; 表面處理技術; 鉆具螺紋; 粘扣; 防護

　　鉆具螺紋是牙型為60°三角形、大螺距、大錐度、帶密封臺肩面的特殊螺紋,螺紋接觸面積大,在井下受力情況復雜,并且現場使用過程需反復旋合螺紋,易引發粘扣、刺扣等非預期螺紋損壞,縮短了鉆具使用壽命,導致鉆井誤工,甚至釀成井下事故。若采用磷化、鍍銅等金屬表面處理技術,在鉆具螺紋表面添加一層保護層,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力和電化學腐蝕等作用下,螺紋表面能夠得到適當防護,將有效延長鉆具螺紋的使用壽命。

　　一、螺紋磷化機理

　　磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程,所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。螺紋磷化處理后,表面形成一層極薄的磷化膜,除去副反應形成的磷化沉渣,達到鉆具螺紋表面清潔干凈,呈灰色或暗灰色結晶,磷化層均勻、牢固、完整,無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(鉆具內外旋合螺紋)或周圍介質(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滑油,并且由于磷化腐蝕作用,可消除螺紋表面存在的細微毛刺,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雜、加工成本高、生產效率低,因此目前螺紋磷化工藝在現場應用較多,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℃,磷化時間為20～30 min,工藝復雜,僅適合短小工件的磷化處理,不適合鉆具螺紋的防護處理。冷磷化技術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。該工藝所需時間長,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,生產成本較高[ 2 ] 。而磷化液防護處理是在常溫下進行,工藝簡便,成本低廉,生產效率高,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應用于鉆具螺紋的防護。