鎢合金電鍍消除石油機(jī)械難題
油田設(shè)備的“腐蝕”與“磨損”被稱為兩大世界級難題，全國約2.92萬口油井都存在不同程度的腐蝕與磨損，隨著我國油氣田開發(fā)年限和設(shè)備使用年限的增長更是每況愈下。另外，高含硫原油進(jìn)口量大幅增加，煉制設(shè)備的腐蝕問題同樣日益突出。更加可怕的是，因腐蝕和磨損對設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的不利影響會越來越突出。
在目前普遍使用的幾種主要電鍍工藝中，電鍍鉻工藝耐磨，成本低，但環(huán)境污染嚴(yán)重，且不耐氯離子腐蝕；化學(xué)鍍鎳磷工藝耐腐蝕卻不耐磨，成本也高；熱噴涂工藝各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均不錯，可是生產(chǎn)成本高，很難大范圍推廣。
據(jù)我國知名青年化工專家，美國加州大學(xué)博士后，湖南大學(xué)博導(dǎo)何鳳姣教授指出：“對磨損、腐蝕造成零件失效的研究表明，這些失效大都發(fā)生在材料表面。利用表面工程的技術(shù)手段對材料表面進(jìn)行處理，改善材料的表面性能，會有效地延長零件使用壽命，因此，表面工程在石油石化工業(yè)中具有重要地位。”
“從目前來看，只有鎢合金電鍍技術(shù)性能大幅提高，其硬度與耐磨性和電鍍鉻相當(dāng)，但是耐酸耐堿，生產(chǎn)成本低廉，而且可以根據(jù)石油井下的具體作業(yè)情況配置電鍍液，實(shí)施相應(yīng)的電鍍工藝，滿足其作業(yè)要求。現(xiàn)在，同樣的環(huán)境下，采用鎢合金電鍍的設(shè)備使用壽命高出好幾倍。”何鳳姣教授解釋說，“鎢合金電鍍之所以性能如此優(yōu)越，是因?yàn)殒u合金電鍍后所得的鍍層是新的合金材料，鍍態(tài)為非晶結(jié)構(gòu)，經(jīng)不同的熱處理工藝，可轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷A雜納米晶或納米晶結(jié)構(gòu)，經(jīng)國家權(quán)威部門檢測，該合金具有很好的耐磨性，很好的耐酸、耐堿、耐鹽霧性能，以及優(yōu)異的抗高溫氧化性能，與基底材料有很好的結(jié)合力。”
鎢合金電鍍工藝一舉解決腐蝕與磨損兩大難題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年油井管300多萬噸，而高技術(shù)含量、高附加值的高端油井管，如抗H2S、Cl-防腐油管等幾乎完全依靠進(jìn)口,每年進(jìn)口油管60萬噸，價(jià)值300億元以上。目前，該成果已經(jīng)取得8項(xiàng)專利許可，獲得了國家機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎，獲得國家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書。更讓何教授高興的是，國家環(huán)保總局將該技術(shù)列為國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)（A類），列為國家鼓勵發(fā)展的資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)。
鎢合金電鍍工藝在石油機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用，不但可以解決電鍍鉻帶來的污染問題，更重要的是可以提高中國石油機(jī)械制造業(yè)各類關(guān)鍵性零部件產(chǎn)品的性能，給整個石油機(jī)械制造業(yè)帶來了變革，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈的整體升級，特別是防腐抗硫油井臂和抗硫鉆桿可應(yīng)用于H2S含量大于等于15萬PPM，CL-含量達(dá)150克/L的極端腐蝕環(huán)境，使我國在該產(chǎn)業(yè)上達(dá)到國際領(lǐng)先的水平，解決了我國高端鉆采設(shè)備依賴國外進(jìn)口設(shè)備的現(xiàn)狀。
據(jù)介紹，由湖南納菲爾新材料科技股份有限公司研制成功的鎢合金防腐油管已經(jīng)通過硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)性能試驗(yàn)，抗硫化氫腐蝕，抗氯離子腐蝕，完全可以替代進(jìn)口油井管，而價(jià)格卻只有進(jìn)口管的60%。目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被中海油、中原油田、勝利油田等國內(nèi)油田使用，獲得好評。
由湖南大學(xué)和納菲爾新材料聯(lián)合開發(fā)的納菲爾鎢合金電鍍工藝在石油鋼管上的應(yīng)用則可以有效的解決這一難題。高暉說，“湖南大學(xué)和納菲爾新材料共同研制的高抗硫油井管經(jīng)測試各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了國外sandevik和住友、NKK等大公司的鎳基合金管水平，可應(yīng)用于H2S含量大于等于15萬PPM，CL-含量達(dá)130克/L的極端腐蝕環(huán)境，使我國在該產(chǎn)業(yè)上達(dá)到國際領(lǐng)先的水平”
經(jīng)過十余年的研究和試驗(yàn)，鎢合金電鍍工藝已在抽油桿，抽油桿接箍，抽油桿光桿，抽油泵的泵筒和柱塞，油管，油管接箍，螺桿鉆具的螺桿等八種石油機(jī)械上進(jìn)行應(yīng)用，鍍鎢合金耐磨防腐石油機(jī)械已在大慶油田，勝利油田，克拉瑪依油田，塔里木油田，青海油田，長慶油田，中原油田，大港油田，吉林油田，伊朗油田等十個油田應(yīng)用，效果反饋良好。
我國著名石油裝備專家，中國石油勘探開發(fā)研究院裝備所吳則中教授說，自己從2006年開始接觸鎢合金電鍍工藝，認(rèn)為這項(xiàng)工藝是當(dāng)之無愧的高新技術(shù)，具有很好的耐磨防腐性能，沒有污染，是清潔工藝，同時(shí)成本與鍍鉻相接近，不但在石油機(jī)械領(lǐng)域而且在更多表面處理領(lǐng)域都具有應(yīng)用推廣價(jià)值。
據(jù)吳教授介紹，在伊朗油田，德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司生產(chǎn)的5LZ89X7螺桿鉆具的轉(zhuǎn)子，原來采用傳統(tǒng)的鍍鉻工藝，2005年在伊朗油田的飽和鹽水泥漿中使用40小時(shí),鍍層脫落，改用鎢合金電鍍工藝，在相同工作條件下工作310小時(shí)，鍍層完好；在塔里木油田，某區(qū)塊H2S含量80000ppm，普通抽油桿使用一個月斷裂，鍍鎢合金抽油桿2010年8月下井，到12月仍正常工作；在青海油田采油一廠水井2007年11月試驗(yàn)鍍鎢合金油管，2008年6月22日取出，無腐蝕、結(jié)垢，而普通油管腐蝕嚴(yán)重。
吳則中教評價(jià)說，鎢合金電鍍技術(shù)劍走偏鋒，在全球高端防腐抗硫石油鋼管市場，用高強(qiáng)度鋼表面改性的方法生產(chǎn)的全新油井管可以全面替代雙相鋼和鎳基合金鋼，不但成本更低、力學(xué)性能和防腐耐磨性能也更好。
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