螺纹黏结是油套管连接过程中常见的失效形式［1-2］。由于石油天然气行业需要使用大量的管道和接箍，仅仅一个接箍的严重黏结就会导致巨大的经济损失［3-4］。近年来，防止油套管黏结的主要方式是对接箍螺纹表面进行磷化与镀铜处理。磷化处理可有效降低螺纹黏结的出现，但是该方式对油套管接箍的材质具有明显的选择性，如合金钢、高铬钢、不锈钢和镍基合金不易磷化［5］。

接箍镀铜具有优异的特性［6］，使其成为各工厂针对高钢级油套管常用的抗螺纹黏结处理方法。然而镀铜处理存在着工艺复杂、成本高昂，镀液污染严重的缺点而被环保部门明令禁止。因此，开发一种抗螺纹黏结性能优良、生产方式简单、可靠性高、节能减排并且价格低廉的新型接箍抗磨减摩方法具有非常重要的意义。近年来各国专家已经针对油套管螺纹黏结现象开发出了各种新型涂料［7-8］，如文献［9］提出的一种MoS2固体润滑涂层。

本课题组基于纳米铜良好的抗磨性和导热性［10-11］以及已有专利和文献资料［12-13］，制备出一种以纳米铜为润滑基体，并以特种聚丙烯酸树脂为主要黏结剂的铜基纳米复合减摩涂料AFRICO（Anti-friction Coating）。将该纳米复合减摩涂料涂覆在API钢级油套管的磷化接箍上，并进行大量的上卸扣试验［14-16］。试验结果表明，该纳米复合减摩涂料可有效降低上扣扭矩和螺纹接触表面的摩擦因数，从而能够极大地改善油套管的抗螺纹黏结性能。

世界上大约有一半的油气田含有过饱和H2S和CO2气体，随着该类油气田的相继开采，耐腐蚀性强的合金钢需求量越来越大。为了扩大AFRICO在抗腐蚀钢种上的应用并代替镀铜处理，本文将铜基纳米复合减摩涂料涂覆在经磷化处理的N80S、P110S、TP95TS油套管接箍上，研究分析该减摩涂料的实际应用性能。本次试验使用的3种类型钢种中，P110S、TP95TS油套管的机械性能见表1，其适用于CO2含量低、H2S含量高、抗挤毁的井下环境。

表1 P110S、TP95TS油套管的机械性能

钢级 抗拉强度/MPa P110S TP95TS 881 838屈服强度/MPa 782 731伸长率/%25.5 26.0冲击功/J 146 175硬度HRC 25.9 24.5

1 试验情况

1.1 铜基纳米复合减摩涂料的制备

采用液相还原法制备含有纳米铜颗粒的悬浮液，经适当的纯化及离心浓缩处理后，测试出该悬浮液中纳米铜的平均粒径约为95 nm；经XRD（X射线衍射）测试分析，确保纳米铜纯度；按照相关文献的方法把检测过的纳米铜悬浮液与聚四氟乙烯纳米颗粒搅拌混合均匀，再以适量的特种聚丙烯酸树脂为黏结剂，配合制得铜基纳米复合减摩涂料AFRICO。

依据新奥法原理来设计营尔岭隧道竖井的施工与衬砌支护，即充分发挥竖井围岩的自稳能力，辅以锚杆和喷射混凝土等支护手段。竖井井口段采用明挖法，设置锁扣圈，井身段的复合式衬砌参数依据现场踏勘的围岩情况、水文地质条件以及埋置深度来灵活确定。

1.2 全尺寸卸扣试验

表4的试验结果表明：以高温磷化作为前期处理涂覆AFRICO的接箍在极限公差与最大扭矩作用下，前两次未发生螺纹黏结现象，螺纹表面完好；第3次卸扣后在套管第2～4扣处出现轻微划伤，修复后可用。

将Φ88.9 mm×6.45 mm规格N80S油管试件在CB石油钢管厂的标准试验台上进行全尺寸上卸扣试验，接箍试验端为高温磷化处理过的长圆型螺纹。上扣试验前，选取公差尺寸相同或相近的管子和接箍。接箍内螺纹表面刷涂AFRICO两次，两次刷涂间隔为24 h，刷涂完成24 h后，按照标准油管上扣程序对试件涂抹螺纹脂后再上扣，确定AFRICO对该油管抗螺纹黏结性能影响。

1.2.2 P110S长圆型螺纹套管

1.2.3 TP95TS长圆型螺纹套管

将Φ139.7 mm×9.17 mm规格P110S两组套管试件在JS石油钢管厂的生产线上进行全尺寸上卸扣试验，接箍试验端为高温磷化处理过的长圆型螺纹。上扣试验前，选取公差尺寸相同或相近的管子和接箍。其中，对照组套管接箍磷化处理后直接对试件按照标准程序进行上卸扣；另一组为磷化的接箍螺纹表面刷涂AFRICO，刷涂两次且间隔为24 h，刷涂完成24 h后，按照标准上扣程序对试件涂抹螺纹脂后再上扣，确定AFRICO对该套管抗螺纹黏结性能影响。

由图9分解结构图所示，并按照小波分解式(1)、式(2)，采用MATLAB小波工具箱对数据进行小波分解，采用双正交小波db3[14]作为母小波，对拱顶位移序列进行三尺度小波分解，可以得到低频序列a3，以及高频序列d1、d2、d3，如图10所示。

试验用的接箍内螺纹和管子外螺纹均由TG技术中心按照极限公差专门加工，接箍正常高温磷化，其中管子螺纹紧密距2.4 mm，接箍螺纹紧密距1.6 mm。

将Φ244.48 mm×13.84 mm规格TP95TS套管试件在TJ钢管厂的标准试验台上进行全尺寸上卸扣试验，接箍试验端为高温磷化处理过的长圆型螺纹。接箍内螺纹表面刷涂AFRICO两次，两次刷涂间隔为24 h，刷涂完成24 h后，按照标准套管上扣程序对试件涂抹螺纹脂后再上扣，确定AFRICO对该套管在极限工差（紧配合）下的抗螺纹黏结性能影响。

康斯坦拆开了小礼包，发现里面是一副扑克牌，其他同学的礼物也一样。每张扑克牌的背面都画着“大王”，而正面的文字各不相同。

按照GB/T 17745—2011要求，该P110S套管的最小扭矩、最大扭矩、最佳扭矩分别为5 790 N·m、9 650 N·m、7 720 N·m，其中按照最佳扭矩进行的标准3次上扣2次卸扣的全尺寸上卸扣试验结果见表3，试验结束卸扣后P110S套管的外螺纹表面质量如图3～4所示。

2 全尺寸试验结果与讨论

2.1 N80S长圆型螺纹油管

按照GB/T 17745—2011《石油天然气工业 套管和油管的维护与使用》要求，该N80S油管的最小扭矩、最大扭矩、最佳扭矩分别为2 110 N·m、3 510 N·m、2 810 N·m，其中按照最佳扭矩进行的标准10次上扣9次卸扣的全尺寸上卸扣试验结果见表2，10次上扣后的外螺纹表面质量如图1所示，上扣扭矩与J值（螺纹连接机紧后管端至接箍长度中心位置的距离）变化如图2所示。

1.2.4 TP95TS偏梯型螺纹套管

表2 N80S长圆型螺纹油管上卸扣试验结果

次数第1次 磷化接箍+AFRICO处理方式 最佳扭矩/（N·m） J/mm 卸扣后螺纹表面状况2 820 13.77 无黏结，螺纹表面完好第2次 - 2 813 13.87 无黏结，螺纹表面完好第3次 - 2 829 12.51 无黏结，螺纹表面完好第4次 - 2 824 11.99 无黏结，螺纹表面完好第5次 - 2 811 10.41 无黏结，螺纹表面完好第6次 - 2 822 9.93 无黏结，螺纹表面完好第7次 - 2 813 9.91 无黏结，螺纹表面完好第8次 - 2 813 9.87 无黏结，螺纹表面完好第9次 - 2 829 9.77 无黏结，螺纹表面完好第10次-2 819 - -

图1 10次上扣后N80S长圆型油管的外螺纹表面质量

从表2、图1～2可以看出：AFRICO以高温磷化作为前期处理应用于N80S油管，可完全达到上卸扣试验标准要求；10次上扣9次卸扣后管子螺纹完好，未发生黏结；在最佳扭矩下，J值随着上扣次数的增加而减小。

例如在数据库概念设计的教学中，教师可提供一个专项项目的数据集，要求学生对数据集进行分析、抽象，描述数据的实体、属性，画出E-R图。再对学生展示的设计结果组织分析讨论,教师对不同种设计方案的优劣进行重点讲解。这样以项目为媒介的师生互动增强了教学效果。

2.稳态参数。依据蔡伟贤和朱峰[13]以及王谦等[22]的界定，相对非耐用品生产部门而言，耐用品生产部门吸引了相对更多的就业。基于此，本文将耐用品部门与非耐用品部门稳态就业占比分别设定为0.6和0.4。稳态参数的取值仅影响模型的稳态，因而同样无法影响模型的动态特征。

2.2 P110S长圆型螺纹套管

图2 N80S长圆型螺纹油管10次上扣扭矩与J值变化

将Φ244.48 mm×13.84 mm规格TP95TS套管试件在TJ钢管厂标准试验台上进行全尺寸上卸扣试验，接箍试验端为高温磷化处理过的偏梯型螺纹。接箍内螺纹表面刷涂AFRICO两次，两次刷涂间隔为24 h，刷涂完成24 h后，按照标准套管上扣程序对试件涂抹螺纹脂后再上扣，确定AFRICO对该套管的抗螺纹黏结性能影响。

表3 P110S长圆型螺纹套管上卸扣试验结果

次数 处理方式 最佳扭矩/（N·m） J/mm 卸扣后螺纹表面状况第1次 磷化接箍+AFRICO 7 360 12.75 无黏结，螺纹表面完好第2次 - 7 381 12.50 无黏结，螺纹表面完好第3次 - 7 361 11.95 无黏结，螺纹表面完好对照组 磷化接箍--黏结严重

按套管制造厂的检验规定，该TP95TS套管的最小扭矩、最大扭矩、最佳扭矩分别为12 392 N·m、20 663 N·m、16 527 N·m，其中按照最大扭矩进行标准3次上扣2次卸扣的全尺寸上卸扣试验结果见表4。

2.3 TP95TS长圆型螺纹套管

图3 2次卸扣后磷化P110S套管的外螺纹表面质量

图4 2次卸扣后AFRICO P110S套管的外螺纹表面质量

从表3、图3～4可以看出：以高温磷化作为前期处理涂覆AFRICO的接箍，可完全达到上卸扣试验标准要求。3次上扣2次卸扣后P110S套管的外螺纹未发生黏结，螺纹表面完好；仅磷化处理的接箍在上扣试验中，螺纹黏结严重。

表4 TP95TS长圆型螺纹套管上卸扣试验结果（紧配合）

次数 处理方式 最大扭矩/（N·m）J/mm第1次 磷化接箍+AFRICO卸扣后螺纹表面状况20 648 20.65 无黏结，螺纹表面完好第2次 - 20 747 19.65 无黏结，螺纹表面完好第3次-20 697 21.65短节第2～4扣入扣侧面轻微划伤，上卸扣试验通过

1.2.1 N80S长圆型螺纹油管

除上述4种类型尾矿外，还有部分尾矿同时含有萤石、重晶石和石膏等矿物。如浙江平水铜矿尾矿中重晶石含量达到11.5%[14]；湖南省郴州市柿竹园钨钼矿尾矿萤石品位高达22.45%[15]。

2.4 TP95TS偏梯型螺纹套管

TP95TS偏梯型螺纹套管的全尺寸上卸扣试验按照三角形底边位置进行上扣，其标记位置如图5所示。TP95TS偏梯形螺纹套管上卸扣试验结果见表5，3次卸扣后的外螺纹表面质量如图6所示。

图5 TP95TS偏梯型螺纹上扣位置

表5 TP95TS偏梯型螺纹套管上卸扣试验结果

次数 处理方式 最大扭矩/（N·m）距三角形底边距离/mm第1次 磷化接箍+AFRICO卸扣后螺纹表面状况29 858 -1.5 无黏结，螺纹表面完好第2次 - 40 851 1.5 无黏结，螺纹表面完好第3次-32 993 0短节第2扣入扣侧面轻微划伤，上卸扣试验通过

图6 3次卸扣后TP95TS套管的外螺纹表面质量

表5与图6的结果表明：以高温磷化作为前期处理涂覆AFRICO的接箍，前两次卸扣后套管螺纹表面完好；第3次卸扣后套管第2扣侧面出现轻微划伤，修复后仍可使用。

2.5 AFRICO抗螺纹黏结机理

从以上标准上卸扣试验结果可以看出，AFRICO可以用于不同抗腐蚀要求、不同钢级的接箍，以提高油套管的抗螺纹黏结性能。AFRICO涂覆在接箍表面，待其干燥后形成与螺纹表面结合牢固的异质金属膜层，该金属膜层有效降低了钢与钢的摩擦磨损。AFRICO中的纳米铜颗粒具有高强度，良好的延展性和导热性，可以很容易地在摩擦表面上填充和修复微量损伤和微细划痕。在上卸扣过程中，应用在螺纹接触面接触应力大且温度低于200℃的环境条件下，纳米铜可以发挥出完美的抗摩擦和减磨功能。

3 结 论

（1）将AFRICO应用于N80S、P110S、TP95TS油套管接箍，仅TP95TS套管螺纹出现了轻微黏结，且修复后仍可使用，这表明AFRICO可有效应用于上述钢级的抗腐蚀油套管接箍上以代替镀铜处理。

可靠模块化的产品结构不仅实现了中高速率及多通道的数据传输功能，并且具有很高的经济价值。通过与法勒的不同供电解决方案相结合，SMGM微波数据传输技术可为自动化领域上的诸多应用提供稳定并且高效的通信解决方案。

（2）试验过程中发现，接箍的磷化质量并不完美，但上卸扣试验结果仍是合格的，这表明AFRICO涂层可以补偿磷化层不足带来的缺陷。

（3）AFRICO具有成本低，操作简单，环保友好的特点，推广价值高。

4 参考文献

［1］董昌乐，王敏，郝宁.上扣扭矩对套管粘扣影响实验研究及分析［J］.辽宁化工，2010，39（11）：1191-1193．

［2］吉玲康.影响圆螺纹油套管粘扣因素试验研究［J］.石油工业技术监督，2005，21（4）：14-17.

［3］ Cuvalci O，Sofuoglu H，Ertas A.Effect of surface coating and tin plating on friction characteristics of P110 tubing for different thread compounds［J］.Tribology International，2003，36（10）：757-764.

［4］张永强，王新虎.油套管螺纹抗粘扣技术研究进展［J］.石油矿场机械，2008，37（2）：78-81.

［5］王少兰，费敬银，骆立立，等.石油钻具螺纹防粘扣技术及应用［J］.电镀与精饰，2014，36（1）：18-22.

［6］ Jaroslav Kovacik，Stefan Emmer，Jozef Bielek，et al.Effect of composition on friction coefficient of Cu-graphite composites［J］.Wear，2008，265（3/4）：417-421.

［7］ Richard J Guise，Michael G Edwards.Tubular member having an anti-galling coating：7472927B2［P］.2009-01-06.

［8］ Eliette Pinel，Eric Gard.Galling-resistant threaded tubular component and process for coatingt：9290714B2［P］.2016-03-22.

［9］ Eiji Tsuru，Kunihiko Okamura，Yasushi Tsukano，et al.Dope-free type premium connection for oil country tubular goods［J］.Nippon Steel Technical Report，2000（81）：69-73.

［10］姜秉新，陈波水，董浚修.铜型添加剂摩擦修复作用的可行性研究［J］.机械科学技术，1999，18（3）：475-477.

［11］史佩京，刘谦，于鹤龙，等.纳米铜微粒作为润滑油添加剂的分散方法及其摩擦学性能研究［J］.石油炼制与化工，2005，36（3）：33-38.

［12］孟昭，王莉.一种纳米铜颗粒的工业生产方法：201110357791.X［P］.2013-01-23.

［13］孟昭，杨云.一种复合纳米防粘扣工业涂料及其工业生产方法和应用：201210518195.X［P］.2014-10-29.

［14］ Meng Z，Li Y，Yang Y，et al.Effect of a nanoparticulate anti-friction coating on galling resistance of threaded oil-casing couplings［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2015（128）：140-144.

［15］ Zhao Shilong，Meng Zhao，Yang Dingmen.Application of compositenano-copper/PTFEfriction reducingcoating on P110 casing［J］.Lubrication Engineering，2016，41（8）：92-96.

［16］张雪峰，孟昭，杨云，等.铜基纳米复合减磨涂料在P110S 套管上的应用研究［J］.钢管，2017，46（2）：17-20.

●简讯

宝钢特钢有限公司超长薄壁SHBG-2合金管材成功交付 ［发布日期：2018-02-02］ 日前，宝钢特钢有限公司研制的塔式熔盐光热发电聚热塔用超长薄壁SHBG-2合金管材成功交付北京首航艾启威节能技术股份有限公司。该批产品将应用于国家首批示范项目“首航节能100 MW熔盐塔式电站”吸热器的制造。经检验，该SHBG-2合金管材的微观组织、高温力学性能、高温熔盐腐蚀性能和尺寸精度等均满足用户要求，其中某些性能指标超过国外同类产品水平。

（摘自：宝武新闻中心）

T/CISA《电站用新型马氏体耐热钢G115无缝钢管》标准通过审定 ［发布日期：2018-01-03］ 日前，由宝钢特钢有限公司牵头制订的T/CISA《电站用新型马氏体耐热钢G115无缝钢管》钢协团体标准通过审定。G115钢是我国第一个原创型、具有完全自主知识产权的电站用钢。630℃超超临界燃煤发电技术是目前世界上先进的发电技术，G115新型马氏体耐热钢则是其设计建设的关键。