三元復(fù)合驅(qū)采油螺桿涂層防垢及減摩技術(shù)研究.pdf

1、在三元復(fù)合驅(qū)強(qiáng)化采油過程中，由于驅(qū)油體系與油藏環(huán)境的相互作用，導(dǎo)致系統(tǒng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及介質(zhì)條件的改變，原有的離子平衡被破壞，產(chǎn)生大量的無機(jī)鹽結(jié)晶垢附著在采油裝備表面，嚴(yán)重影響了采油過程生產(chǎn)效率，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于采油螺桿，除了結(jié)垢問題，其與橡膠摩擦副之間的摩擦不僅增加了驅(qū)動(dòng)阻力，而且進(jìn)一步加劇了結(jié)垢。因此，對(duì)螺桿涂層進(jìn)行改性，提高其防垢減摩性能，探索其防垢減摩機(jī)理是非常必要的。 本文研究?jī)?nèi)容主要包括四部分。 第一

2、部分，提出了以表面能作為涂層防垢性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究方法，確定了以含40﹪T102的A1203-Ti02陶瓷作為涂層防垢減摩改性的基礎(chǔ)材料。在對(duì)三元復(fù)合驅(qū)采出水進(jìn)行理化分析的基礎(chǔ)上，測(cè)定了采出水和標(biāo)準(zhǔn)液在不同A1203／'1i02配比陶瓷表面接觸角，得出了固體表面能，并分析了材料組成配比對(duì)表面能的影響；進(jìn)行了掛片結(jié)垢試驗(yàn)，對(duì)比分析了各涂層材料的防垢性能與表面能之間的關(guān)系；分別在三元復(fù)合驅(qū)水溶液潤(rùn)滑及干摩擦條件下對(duì)不同A1203／Ti02配

3、比的陶瓷進(jìn)行了摩擦性能測(cè)試。結(jié)果顯示，材料化學(xué)組成直接影響著材料表面能，隨著材料表面能的增加，結(jié)垢量總體呈上升趨勢(shì)；涂層組分配比和潤(rùn)滑條件對(duì)摩擦性能影響顯著；含40﹪Ti02的A1203-Ti02陶瓷具有較優(yōu)的防垢性能和摩擦性能。 第二部分，考察了改性涂層的防垢及摩擦性能，分析了添加劑對(duì)涂層防垢和減摩性能的影響。進(jìn)行表面接觸角測(cè)定和掛片結(jié)垢試驗(yàn)，考察改性涂層的防垢性能；測(cè)定改性涂層和傳統(tǒng)涂層在結(jié)垢試驗(yàn)前后的瞬態(tài)摩擦系數(shù)，對(duì)比分析

4、了結(jié)垢后的摩擦行為和結(jié)垢前后摩擦性能的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，MoS2和A1N添加劑的加入對(duì)涂層的防垢性能和摩擦性能的改善具有明顯促進(jìn)作用：結(jié)垢后改性涂層摩擦系數(shù)的增加低于鍍Q和Ni-P涂層，且摩擦系數(shù)更穩(wěn)定。 第三部分，采用SEM、XPS、XRD等方法，對(duì)結(jié)垢和摩擦試驗(yàn)后涂層表面及其表面垢物進(jìn)行了微觀分析，分析了改性涂層對(duì)結(jié)垢過程的影響。結(jié)果表明，垢在改性涂層表面的微孔隙處以球形點(diǎn)接觸方式存在，摩擦后基本被清除，而在鍍Cy涂層表面則

5、為半球形面接觸，且很難清除；垢中腐蝕物與沉積物并存，腐蝕加劇了結(jié)垢；垢的主要成分為Fe304，導(dǎo)致CaC03垢含量較少的原因包括材料的低表面能、涂層改性添加劑、溶液中雜離子和腐蝕產(chǎn)物對(duì)結(jié)晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響。 第四部分，利用摩擦試驗(yàn)分析了NBR的摩擦特征：用SEM觀察摩擦試驗(yàn)后NBR的表面形貌；用XPS分析摩擦試驗(yàn)后NBR的表面基團(tuán)。結(jié)果表明，NBR的摩擦特征表現(xiàn)為周期性波動(dòng)，導(dǎo)致了表面應(yīng)力集中；NBR在堿性介質(zhì)條件下摩擦過程中表