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三、磷化質量影響因素

　　(1)藥劑配比及溫度

　　必須按照設計配方和規定方法配制磷化液,嚴格控制所用藥品的分析純含量,以免與基體金屬反應不充分,形成磷酸鹽沉淀結晶少,無法獲得均勻致密的微薄磷化層。一般冷磷化液無需加熱處理,但過低的溫度將減緩磷化過程的化學與電化學反應速度,影響磷化質量和工效。

　　(2)工件材質

　　國內外鉆具均用專門設計的材料制造,通過特有的化學成分和嚴格的技術工藝控制,使鉆具產品達到AP I標準要求的各項性能。目前普通鉆桿和鉆鋌均采用Cr - Mo鋼制造,一般情況下,鉆桿接頭材質為36 CrNiMo4或40 CrNiMoA,鉆鋌材質為4145 (H)或40 CrMnMo。鎳、銅、鈹等金屬元素具有抗電化學腐蝕性,不易磷化,如在同樣工藝參數下,鉆鋌螺紋的磷化效果明顯好于鉆桿接頭,而鎳、鈹等金屬含量高的無磁鉆鋌螺紋則無法磷化。

　　(3)環境溫度

　　環境溫度直接影響螺紋表面溫度,亦即化學反應的溫度。磷化屬于一種化學與電化學反應過程,與其它化學反應一樣,溫度高,反應快,效果好;反之,則反應慢,效果差。冷磷化液即常溫磷化液,可在常溫條件下(5℃以上)使用,雖然其磷化過程不需要加熱,但環境溫度對磷化效果存在影響,如夏季氣溫高磷化效果好,冬季氣溫低則效果變差,而在0℃～ - 10℃條件下很難磷化上,因此環境溫度過低時,需提高磷化螺紋的表面溫度。

　　(4)磷化頻次和間隔時間

　　磷化液為液體,其附著力小,在螺紋表面噴淋涂抹后,由于液體的流動性、表面藥劑涂抹不均及局部干結速度快等原因,螺
紋表面化學反應不均衡,形成的磷化膜厚薄不勻,因此需多次磷化,以均勻增厚磷化膜;同時,化學反應過程存在持續時間,每次噴淋涂抹之間應有適當間歇,等待逐漸生成磷化膜。磷化頻次和間隔時間受環境溫度影響,冬季較其它季節氣溫偏低,需適當增
加磷化次數,相應延長間歇時間。

　　(5)操作方法

　　磷化過程所用的噴淋及涂刷工具對工藝實施存在影響,磷化刷的硬度過高,易刮落磷化膜;磷化刷太軟,不易均勻涂抹螺紋全表面,螺紋間殘液積留時間長,易形成殘留固結物,因此磷化時必須及時清理殘液。

　　(6)后續防腐處理

　　磷化后暫時存放的鉆具必須進行防腐處理,使螺紋磷化層的顆粒空隙中貯存一定量的潤滑油,以進一步改善螺紋表面與周圍介質的接觸條件,否則在自然條件下長時間風吹日曬、灰塵附著易使螺紋表面銹蝕,失去磷化效果。

　　四、磷化工藝實施

　　(1)采用鋅鈣系冷磷化液進行鉆具螺紋磷化。按照常規磷化配方配制磷化液,進行螺紋磷化試驗,根據實際磷化效果,適當調整各種藥品比例,以期達到最佳磷化效果,最后形成磷化液應用配方。

　　(2)通過反復試驗,解決環境溫度過低對磷化的不良影響。春、夏、秋季的氣溫在磷化條件要求之內,即5℃以上,正常磷化操作能夠滿足質量要求。冬季應將磷化場所定在室內進行(有暖氣) ,環境溫度過低時,磷化前用大功率吹風機預熱鉆具螺紋表
面,涂抹磷化液后,繼續加熱烘干,這樣既可增強磷化效果,提高磷化工效,還能將螺紋牙型間的殘液及時清除,保證螺紋整體的磷化質量。

　　(3)根據鉆具材質不同和季節氣溫變化,相應調整磷化次數和每次磷化的間隔時間。對于鉆桿接頭螺紋,冬季磷化3次,每次間隔15 min,其它季節磷化2次,每次間隔10 min;對于鉆鋌螺紋,冬季磷化3次,每次間隔10 min,其它季節磷化2次,每次間隔8 min。

　　(4)消除操作因素對磷化效果的影響。選用噴液量適中的噴壺,在螺紋表面多點噴淋,每次噴淋量要少,盡量噴灑均勻,減少滴液;使用硬度適中的毛刷,均勻涂抹,覆蓋螺紋全表面,并及時清理表面殘液,防止殘留干結物影響局部磷化效果。

　　(5)待磷化膜晾干或烘干后,在螺紋表面及時涂抹防銹脂,保證鉆具長時間貯存不生銹。

　　(6)冷磷化液具有弱酸性,若磷化操作過程防護不當,易造成一定程度的人身傷害、設施損壞及環境污染,因此采取以下防護措施: ①操作人員配備防毒面罩、防護眼鏡、膠皮手套等個人防護用具; ②采用耐腐蝕的噴壺、毛刷等噴涂工具; ③使用玻璃鋼材料制作的防濺盒,減少地面污染,確保磷化實施過程符合HSE管理要求。

　　五、應用效果

　　磷化工藝優化實施后,磷化層達到了均勻、牢固、完整、無銹跡和基體金屬裸露的磷化質量要求,磷化后的鉆具螺紋經現場使用試驗,防銹、減磨及防粘扣效果良好。對磷化后的鉆具進行跟蹤檢測,磷化螺紋的整體性能得到加強,鉆具使用損壞率明顯降低。磷化前,鉆具在現場使用后,因螺紋磨損、粘扣而損壞的鉆桿和鉆鋌數量分別占檢測總量的33. 9%和35. 7% ,鉆具損壞率高,修復工作量大,并且每年約有10根鉆桿因嚴重粘扣、在現場無法正常卸開而氣割報廢; 自006年10月實施磷化后,鉆桿和鉆鋌螺紋的使用損壞率分別降為5. 6%和6. 3% ,并且基本杜絕了鉆具刺扣、粘扣事故,鉆具螺紋的總體損壞率下降了80%以上,大大減少了鉆具螺紋修復量,降低了生產成本,延長了鉆具使用壽命,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。