三、磷化质量影响因素

　　(1)药剂配比及温度

　　必须按照设计配方和规定方法配制磷化液,严格控制所用药品的分析纯含量,以免与基体金属反应不充分,形成磷酸盐沉淀结晶少,无法获得均匀致密的微薄磷化层。一般冷磷化液无需加热处理,但过低的温度将减缓磷化过程的化学与电化学反应速度,影响磷化质量和工效。

　　(2)工件材质

　　国内外钻具均用专门设计的材料制造,通过特有的化学成分和严格的技术工艺控制,使钻具产品达到AP I标准要求的各项性能。目前普通钻杆和钻铤均采用Cr - Mo钢制造,一般情况下,钻杆接头材质为36 CrNiMo4或40 CrNiMoA,钻铤材质为4145 (H)或40 CrMnMo。镍、铜、铍等金属元素具有抗电化学腐蚀性,不易磷化,如在同样工艺参数下,钻铤螺纹的磷化效果明显好于钻杆接头,而镍、铍等金属含量高的无磁钻铤螺纹则无法磷化。

　　(3)环境温度

　　环境温度直接影响螺纹表面温度,亦即化学反应的温度。磷化属于一种化学与电化学反应过程,与其它化学反应一样,温度高,反应快,效果好;反之,则反应慢,效果差。冷磷化液即常温磷化液,可在常温条件下(5℃以上)使用,虽然其磷化过程不需要加热,但环境温度对磷化效果存在影响,如夏季气温高磷化效果好,冬季气温低则效果变差,而在0℃～ - 10℃条件下很难磷化上,因此环境温度过低时,需提高磷化螺纹的表面温度。

　　(4)磷化频次和间隔时间

　　磷化液为液体,其附着力小,在螺纹表面喷淋涂抹后,由于液体的流动性、表面药剂涂抹不均及局部干结速度快等原因,螺
纹表面化学反应不均衡,形成的磷化膜厚薄不匀,因此需多次磷化,以均匀增厚磷化膜;同时,化学反应过程存在持续时间,每次喷淋涂抹之间应有适当间歇,等待逐渐生成磷化膜。磷化频次和间隔时间受环境温度影响,冬季较其它季节气温偏低,需适当增
加磷化次数,相应延长间歇时间。

　　(5)操作方法

　　磷化过程所用的喷淋及涂刷工具对工艺实施存在影响,磷化刷的硬度过高,易刮落磷化膜;磷化刷太软,不易均匀涂抹螺纹全表面,螺纹间残液积留时间长,易形成残留固结物,因此磷化时必须及时清理残液。

　　(6)后续防腐处理

　　磷化后暂时存放的钻具必须进行防腐处理,使螺纹磷化层的颗粒空隙中贮存一定量的润滑油,以进一步改善螺纹表面与周围介质的接触条件,否则在自然条件下长时间风吹日晒、灰尘附着易使螺纹表面锈蚀,失去磷化效果。

　　四、磷化工艺实施

　　(1)采用锌钙系冷磷化液进行钻具螺纹磷化。按照常规磷化配方配制磷化液,进行螺纹磷化试验,根据实际磷化效果,适当调整各种药品比例,以期达到最佳磷化效果,最后形成磷化液应用配方。

　　(2)通过反复试验,解决环境温度过低对磷化的不良影响。春、夏、秋季的气温在磷化条件要求之内,即5℃以上,正常磷化操作能够满足质量要求。冬季应将磷化场所定在室内进行(有暖气) ,环境温度过低时,磷化前用大功率吹风机预热钻具螺纹表
面,涂抹磷化液后,继续加热烘干,这样既可增强磷化效果,提高磷化工效,还能将螺纹牙型间的残液及时清除,保证螺纹整体的磷化质量。

　　(3)根据钻具材质不同和季节气温变化,相应调整磷化次数和每次磷化的间隔时间。对于钻杆接头螺纹,冬季磷化3次,每次间隔15 min,其它季节磷化2次,每次间隔10 min;对于钻铤螺纹,冬季磷化3次,每次间隔10 min,其它季节磷化2次,每次间隔8 min。

　　(4)消除操作因素对磷化效果的影响。选用喷液量适中的喷壶,在螺纹表面多点喷淋,每次喷淋量要少,尽量喷洒均匀,减少滴液;使用硬度适中的毛刷,均匀涂抹,覆盖螺纹全表面,并及时清理表面残液,防止残留干结物影响局部磷化效果。

　　(5)待磷化膜晾干或烘干后,在螺纹表面及时涂抹防锈脂,保证钻具长时间贮存不生锈。

　　(6)冷磷化液具有弱酸性,若磷化操作过程防护不当,易造成一定程度的人身伤害、设施损坏及环境污染,因此采取以下防护措施: ①操作人员配备防毒面罩、防护眼镜、胶皮手套等个人防护用具; ②采用耐腐蚀的喷壶、毛刷等喷涂工具; ③使用玻璃钢材料制作的防溅盒,减少地面污染,确保磷化实施过程符合HSE管理要求。

　　五、应用效果

　　磷化工艺优化实施后,磷化层达到了均匀、牢固、完整、无锈迹和基体金属裸露的磷化质量要求,磷化后的钻具螺纹经现场使用试验,防锈、减磨及防粘扣效果良好。对磷化后的钻具进行跟踪检测,磷化螺纹的整体性能得到加强,钻具使用损坏率明显降低。磷化前,钻具在现场使用后,因螺纹磨损、粘扣而损坏的钻杆和钻铤数量分别占检测总量的33. 9%和35. 7% ,钻具损坏率高,修复工作量大,并且每年约有10根钻杆因严重粘扣、在现场无法正常卸开而气割报废; 自006年10月实施磷化后,钻杆和钻铤螺纹的使用损坏率分别降为5. 6%和6. 3% ,并且基本杜绝了钻具刺扣、粘扣事故,钻具螺纹的总体损坏率下降了80%以上,大大减少了钻具螺纹修复量,降低了生产成本,延长了钻具使用寿命,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。