隨著油田開(kāi)采時(shí)間的加，注水水質(zhì)不斷惡化，污水中含有大量的H2S、NH3、HCN、CO2同時(shí)又含有大量的Cl-、SO2-等有害離子和細(xì)菌，溫度高達(dá)70 ~80C，有時(shí)還含有酚類(lèi)腐蝕介質(zhì)。由此造成油田井下管柱和輸油管線及容器嚴(yán)重腐蝕、結(jié)垢，出現(xiàn)碳鋼厚度的減薄、局部穿孔、起泡、開(kāi)裂、焊縫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等現(xiàn)象，這己成為困擾油、氣正常開(kāi)采和輸送的“頑癥”。目前，油田管道腐蝕與結(jié)垢造成的損失令人觸目驚心，由于大量管柱、管線、容器損壞，不僅使油田開(kāi)發(fā)成本居高不下，還嚴(yán)重影響油田生產(chǎn)。

近幾年來(lái)，許多新型防腐技術(shù)如Ni-P鍍、滲氮處理、玻璃納米內(nèi)襯等技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，但大多數(shù)效果不佳。這些技術(shù)有的生產(chǎn)操作復(fù)雜，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，有的造成環(huán)境污染，無(wú)法大面積推廣應(yīng)用。在這種情況下，為了進(jìn)一步控制井下油管的腐蝕和結(jié)垢，延長(zhǎng)使用壽命，大慶高新區(qū)北油創(chuàng)業(yè)科技有限公司和中國(guó)化工建設(shè)總公司常州涂料化工研究院共同研制和開(kāi)發(fā)了一種新的油管防腐技術(shù)合金化納米復(fù)合涂鍍油管技術(shù)。

該防腐技術(shù)包括兩大部分：第一部分，以熱鍍鋅工藝為基礎(chǔ)，在鍍鋅液中加入多元合金元素，使表面合金鍍層與油管基體為冶金結(jié)合；第二部分將環(huán)保型油田管道內(nèi)壁納米環(huán)氧防腐底漆和面漆通過(guò)特殊的噴涂生產(chǎn)線噴涂到油管內(nèi)壁上，使之于內(nèi)表面的合金鍍層通過(guò)物理、化學(xué)附著，共同實(shí)現(xiàn)降低油管消耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

表1納米環(huán)氧防腐涂料配方原料底漆面漆環(huán)氧樹(shù)脂鋅黃顏料磷酸鋅云母粉其他填料納米SO2納米TiO2流平助劑表面助劑混合稀料表2固化劑配方原料底漆面漆環(huán)氧樹(shù)脂脂肪胺聚酰胺混合稀料催干劑助干劑2固化劑制備工藝首先將環(huán)氧樹(shù)脂兌稀至50%，加入高位槽中，然后向反應(yīng)釜中加入胺及稀釋劑，攪拌升溫，60C后開(kāi)始滴加環(huán)氧樹(shù)脂液，2h滴加完畢，升溫至95 C，保溫h后降溫至80 C以下，加入催干劑和助干劑攪勻，過(guò)濾出料。

3涂膜性能檢驗(yàn)從可看出，云母粉的這種排列可以有效地阻緩水分及其他腐蝕介質(zhì)到達(dá)基材發(fā)生腐蝕，因此可提高漆膜的耐水性和防腐性。同時(shí)它的吸油量比較大，也是很好的觸變劑，能改進(jìn)漆液的施工性，提高貯存穩(wěn)定性。云母粉加入量對(duì)底漆與面漆配套后漆膜性能的影響見(jiàn)表4從表4可見(jiàn)，云母粉的加入量在8% ~10%時(shí)綜合性能最好。

21.3納米S2和納米T2納米材料顆粒小、比表面積大、表面原子數(shù)多、表面能高、表面原子嚴(yán)重配位不足，具有很強(qiáng)的表面活性與超強(qiáng)吸附能力，添加在涂料中，極易與樹(shù)脂中的氧起鍵合作用，可以提高分子間的鍵力、涂料的施工性能以及涂膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

表4云母粉加量對(duì)漆膜性能的影響性能⑴％2581015耐污水性（70油田污水，7d）起泡個(gè)別小泡無(wú)泡無(wú)泡無(wú)泡耐酸性（15%HCl）起泡無(wú)泡無(wú)泡無(wú)泡無(wú)泡耐堿性（40%N；0）H）無(wú)泡無(wú)泡無(wú)泡無(wú)泡無(wú)泡表面狀態(tài)有流掛現(xiàn)象流平好流平好流平不好嚴(yán)重桔皮貯存穩(wěn)定性（30d）有沉底有輕微沉底，但能攪起無(wú)沉底無(wú)沉底無(wú)沉底抗?jié)B透能力強(qiáng)。涂料中的填料與樹(shù)脂分子之間以化學(xué)鍵合與化學(xué)吸附相結(jié)合，阻塞了腐蝕介質(zhì)滲透通道。微小的納米粒子具有填充空穴的作用，由于納米粒子不溶于水，水、氧和其他離子無(wú)法透過(guò)顆粒本身，只能繞道滲透，延長(zhǎng)了滲透路線，起到迷宮效應(yīng)。同時(shí)納米粒子比表面積很大又有化學(xué)作用，所以加入少量就能起到顯著的抗?jié)B效果。

附著力好。納米涂料對(duì)于金屬、混凝土、木材、玻璃、塑料等不同材質(zhì)均有良好的附著力。因?yàn)榧{米粒子的引入加了化學(xué)吸附，同時(shí)所選環(huán)氧樹(shù)脂固化時(shí)體積收縮很小，內(nèi)應(yīng)力不高，樹(shù)脂中的醚鍵使分子鏈柔軟便于旋轉(zhuǎn)，可消除內(nèi)應(yīng)力，所以附著力好。

耐腐蝕性能好。一般涂層的破壞都是由于腐蝕介質(zhì)沿分子和填料間的界面而進(jìn)行的，納米涂料利用化學(xué)鍵合與化學(xué)吸附阻塞了這些通道，而且涂層抗?jié)B透能力強(qiáng)，減緩腐蝕速度。另外，正是由于化學(xué)鍵合與化學(xué)吸附作用，阻止水、氧及其他腐蝕介質(zhì)的取代作用，使其不易發(fā)生腐蝕反應(yīng)，所以耐腐蝕性能好。

防垢性能好。粗糙的表面會(huì)加液體流動(dòng)的阻力，減少流速，加近壁流層的厚度，造成更多的結(jié)垢核心，導(dǎo)致污垢的沉積長(zhǎng)大。而納米涂層由于微小的納米粒子的填充作用，表面光滑度很高，近壁流層薄，不利于結(jié)垢。另外，納米涂料的化學(xué)結(jié)構(gòu)形成親油憎水表面，一方面能對(duì)污垢粒子整形使其排列整齊，不形成垢質(zhì)分子交錯(cuò)穿插的硬垢；另一方面，排斥污垢粒子，使其不能粘附到涂層表面上，達(dá)到防垢的功能。

~2%，納米TO2用量占總量的2% ~5%時(shí)，其綜合性能最佳。

22基料的選擇221樹(shù)脂的選擇基料是涂料的主要成膜物質(zhì)，選擇合適的基料是配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于油管內(nèi)壁為熱鍍鋅底材，涂層在上面比較難附著，且防腐性能要求比較高。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，選用雙酚A型中等相對(duì)分子質(zhì)量的環(huán)氧樹(shù)脂作為基料。如果環(huán)氧樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)高時(shí)，交聯(lián)密度下降，影響其附著力，且相對(duì)分子質(zhì)量太高，羥基含量高，親水基團(tuán)多，影響耐水性；而環(huán)氧樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量太低時(shí)，其交聯(lián)間距短，柔韌性比較差。使用中等相對(duì)分子質(zhì)量的樹(shù)脂，交聯(lián)密度適中，其附著力和柔韌性均好。

222固化劑的合成由于熱鍍鋅底材是將鋅粉熔化后鍍到鑄鐵管件上去的，因此底材表面微觀上具有“多孔性”

這些微孔中常被水分子和各種氣體等填滿，涂料涂覆后，若不能將微孔中的水分子及氣體排除，對(duì)涂層的附著力及其他性能會(huì)產(chǎn)生極其嚴(yán)重的不良后果。

針對(duì)這種情況作者對(duì)固化劑進(jìn)行如下的設(shè)計(jì)：通過(guò)特種胺化合物先與環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行胺化反應(yīng)，將特種胺化合物的伯胺封閉，留下仲胺，由于仲胺基團(tuán)與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)比較慢，使得有足夠的時(shí)間讓固化劑中的一NH―、一0―這些具有較強(qiáng)附著活性的基團(tuán)驅(qū)趕材料表面微孔中吸附的各種氣體和水分子，并占據(jù)微孔，見(jiàn)通過(guò)范德華力和表面吸附理論，實(shí)現(xiàn)與底材附著，然后再經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)后形成大分子，漲滿整個(gè)空間，進(jìn)一步強(qiáng)化附著力。由于固化反應(yīng)后形成高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水及腐蝕介質(zhì)不易到達(dá)底材，因此防腐性能得到進(jìn)一步提高。

23溶劑和助劑的影響23.1溶劑的影響環(huán)氧涂料雖不像聚氨酯涂料對(duì)溶劑要求那么嚴(yán)剖面放大圖格，但由于油田管道內(nèi)徑只有60 ~80mm，而長(zhǎng)度有8~10m，在這樣的環(huán)境條件下，混合溶劑的揮發(fā)速率將直接影響涂層的干性及流掛性能。因?yàn)閾]發(fā)速度太快，管道內(nèi)混合溶劑蒸氣壓太大，易在涂膜表層形成一層溶劑層，使涂膜重新溶解造成流掛，干性減慢；揮發(fā)速度太慢，使涂層表干時(shí)間加，同樣易造成流掛。揮發(fā)速率受環(huán)境溫度的變化影響很大。因?yàn)槿軇┑南鄬?duì)揮發(fā)速率與其蒸氣壓緊密相關(guān)，而蒸氣壓又隨著溫度的變化而變化，溫度越高，蒸氣壓也越高，溶劑的揮發(fā)速率也越快。以質(zhì)量為基礎(chǔ)的溶劑揮發(fā)速率EW和溫度的關(guān)聯(lián)式可用如下表示式：E.1―溫度為T(mén)1時(shí)溶劑的揮發(fā)速率（以質(zhì)量計(jì)）Ew2―溫度為T(mén)2時(shí)溶劑的揮發(fā)速率（以質(zhì)量計(jì)）Ah―摩爾蒸發(fā)潛熱，miTnT2溫度，IK混合溶劑的揮發(fā)速率等于各溶劑組分的揮發(fā)速率之總和，大多數(shù)混合溶劑由于其分子結(jié)構(gòu)不同，不能看作理想溶液，因而溶劑在其混合物中的揮發(fā)速率不等于其純組分時(shí)的揮發(fā)速率，兩者的關(guān)系式如下：Ri溶劑i在混合溶劑中的揮發(fā)速率；Ri―溶劑i在純組分中的揮發(fā)速率；ai溶劑i在混合溶劑中的活度。

混合溶劑的總揮發(fā)速率R表示為：所以，混合溶劑的總揮發(fā)速率R可通過(guò)式1、2、3計(jì)算出。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和計(jì)算，本產(chǎn)品在油田管道內(nèi)混合溶劑的總揮發(fā)速率R在25~35C環(huán)境下為1~1.5最佳。此時(shí)，管道噴涂完在均質(zhì)架均質(zhì)結(jié)束下架后基本表干，不會(huì)流掛，也不會(huì)使下架后涂料在管道內(nèi)壁干燥過(guò)程中形成底部的“小平臺(tái)”現(xiàn)象。

23.2助劑的影響選用的助劑主要為流平劑以及降低表面張力的助劑。流平劑的加入可使涂膜表面盡可能光滑、平整，盡量使涂膜表面不產(chǎn)生或少產(chǎn)生桔皮、縮孔等現(xiàn)象，減少污垢的沉積速率。降低表面張力的助劑，應(yīng)盡可能降低干膜表面的表面張力，使干膜表面越光滑越好，使污垢不易沉積在漆膜表面。一方面能對(duì)污垢粒子整形，使其排列整齊，不形成垢質(zhì)分子交錯(cuò)穿插的硬垢，易清洗；另一方面排斥污垢粒子，使其不能粘附到涂層表面上，達(dá)到防垢的功能。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)試，本產(chǎn)品干膜表面水的潤(rùn)濕角大于100最高可達(dá)24產(chǎn)品的施工性在施工時(shí)，施工固體分高，底漆、面漆均大于65%，而且施工設(shè)備特殊，基本不產(chǎn)生漆霧。因此對(duì)環(huán)境保護(hù)比較好，是很好的環(huán)保型產(chǎn)品。

環(huán)氧底漆在噴涂施工后經(jīng)過(guò)均質(zhì)架下架后可噴涂面漆的間隔時(shí)間與溫度的關(guān)系如所示。

但必須注意，在15C以下無(wú)此圖的關(guān)系，低于5C不宜施工，在10 ~15C時(shí)，必須經(jīng)過(guò)24h后方可噴涂面漆。

面漆在噴涂施工后經(jīng)過(guò)均質(zhì)架下架后停放環(huán)境溫度與可出廠使用時(shí)間的關(guān)系如所示。

但必須注意，不允許放在15C以下的環(huán)境中，如停放的環(huán)境溫度在15~25C時(shí)，應(yīng)養(yǎng)護(hù)7~14d方可出廠使用。

3結(jié)語(yǔ)本產(chǎn)品施工固體分高，產(chǎn)生的漆霧少，屬環(huán)保型產(chǎn)品。

通過(guò)對(duì)固化劑的合成，充分利用“濕附著”

理論，解決了涂料在熱鍍鋅板（管）上的附著力難的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)納米S2和納米T2的研究，并且加入特殊的助劑，解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾油井下油管內(nèi)壁結(jié)垢的難題，使油管的使用壽命有了很大的提高。

通過(guò)顏填料的合理搭配和納米材料的選用，以及固化劑的合成，使涂膜具有很好的耐酸堿性及耐化學(xué)品性。

混合溶劑揮發(fā)速率的有效控制，以及流平劑的合理選用，可使產(chǎn)品能很好地適應(yīng)特殊的噴涂工藝及設(shè)備，滿足各種客戶的要求。