摘　要: 磷化液处理技术是钻具螺纹防护的有效途径之一,该工艺通过化学与电化学反应在基体金属表面生成一层均匀致密的微薄磷化膜,可有效改善螺纹表面的接触条件和受力状况,提高钻具连接螺纹的润滑效果,增强其防锈、减磨及防粘扣性能。现场应用表明,钻具螺纹磷化处理后,使用损坏率大幅度降低,钻具使用寿命明显延长,并且有效控制了因钻具螺纹非预期损坏引发的钻井误工和井下事故,取得了显著的综合经济效益。因此,该工艺具有良好的推广应用前景。

　　关键词: 磷化液; 表面处理技术; 钻具螺纹; 粘扣; 防护

　　钻具螺纹是牙型为60°三角形、大螺距、大锥度、带密封台肩面的特殊螺纹,螺纹接触面积大,在井下受力情况复杂,并且现场使用过程需反复旋合螺纹,易引发粘扣、刺扣等非预期螺纹损坏,缩短了钻具使用寿命,导致钻井误工,甚至酿成井下事故。若采用磷化、镀铜等金属表面处理技术,在钻具螺纹表面添加一层保护层,改善螺纹表面的接触条件和受力状况,使连接螺纹在交变应力和电化学腐蚀等作用下,螺纹表面能够得到适当防护,将有效延长钻具螺纹的使用寿命。

　　一、螺纹磷化机理

　　磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。螺纹磷化处理后,表面形成一层极薄的磷化膜,除去副反应形成的磷化沉渣,达到钻具螺纹表面清洁干净,呈灰色或暗灰色结晶,磷化层均匀、牢固、完整,无锈迹和基体金属裸露的磷化效果[ 1 ] 。

　　磷化膜的存在,避免螺纹表面与金属(钻具内外旋合螺纹)或周围介质(空气、钻井液等)直接接触,改善了螺纹表面接触条件和受力状况;其次,磷化膜表面存在微小的颗粒空隙,能够贮存一定量的润滑油,并且由于磷化腐蚀作用,可消除螺纹表面存在的细微毛刺,起到表面钝化作用,提高了螺纹表面粗糙度,有利于钻具螺纹脂的涂抹粘挂,有效改善了旋合螺纹的润滑效果。因此,磷化后的钻具螺纹具有防锈、减磨、防粘扣的功效。

　　二、螺纹磷化方法选择

　　钻具新车螺纹防护通常采用螺纹表面磷化和镀铜处理两种方法,由于镀铜处理工艺复杂、加工成本高、生产效率低,因此目前螺纹磷化工艺在现场应用较多,包括热磷化和冷磷化两种方法。热磷化工艺为酸洗—碱洗—磷化(浸泡) —清水清洗,磷化液保持在80℃～98℃,磷化时间为20～30 min,工艺复杂,仅适合短小工件的磷化处理,不适合钻具螺纹的防护处理。冷磷化技术分为磷化膏处理和磷化液处理。

　　磷化膏处理先按照配方比例配制甲乙两液,将乙液倒入甲液搅拌均匀,加入相应比例的滑石粉,配制成磷化膏,然后将磷化膏均匀涂抹于除锈后的螺纹上,常温下保持3～4 h后,再清除螺纹表面的磷化膏,涂上防锈油。该工艺所需时间长,从配制磷化膏到最后涂防锈油,完成全套工序约需6 h,工作效率低,生产成本较高[ 2 ] 。而磷化液防护处理是在常温下进行,工艺简便,成本低廉,生产效率高,适合大批量车修后的钻具螺纹磷化。因此,选择了磷化液处理技术应用于钻具螺纹的防护。