專利名稱：：一種油井管自潤(rùn)滑螺紋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將單組分自潤(rùn)滑磁性涂料涂裝在油井管螺紋表面，涂料固化形成自潤(rùn)滑磁性涂層的油井管自潤(rùn)滑螺紋，螺紋具有良好的抵抗粘著磨損(粘扣)的性能。
背景技術(shù)：
：油井中使用的油井管大多通過(guò)螺紋聯(lián)接。近年來(lái)，油氣鉆探環(huán)境曰益苛刻，油氣井深度不斷增加、腐蝕環(huán)境日益惡劣、井底壓力和溫度日益增高。另外隨著世界范圍內(nèi)一些嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境油氣田相繼開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)外加大了研究和開(kāi)發(fā)抗二氧化碳及用于二氧化碳、硫化氫共存(包括水)環(huán)境的耐腐蝕油井管的力度?？苟趸几吆辖鹛坠堋⒖沽蛱坠?、ERW套管的粘著磨損是急需解決的問(wèn)題。油井管在使用過(guò)程中往往需要重復(fù)多次上卸扣操作，API(美國(guó)石油協(xié)會(huì))規(guī)定油管須保證重復(fù)十次上卸扣操作不會(huì)發(fā)生粘著磨損，套管須保證三次上卸扣操作不發(fā)生粘著磨損。油井管螺紋聯(lián)接處是油井管最薄弱的部分并需要在嚴(yán)酷的使用環(huán)境中保持聯(lián)接強(qiáng)度與密封完整性。為了保證密封完整性，油井管的螺紋聯(lián)接部分和金屬接觸部分必須配合緊密。這樣必須提供足夠大的扭矩才能完成油井管的上卸扣操作。較大的上卸扣扭矩容易導(dǎo)致粘著磨損的發(fā)生。為了防止粘著磨損，螺紋表面通常經(jīng)歷磷化或鍍銅、鍍鋅等表面處理，但磷化層及鍍銅、鍍鋅層仍不能單獨(dú)防止粘扣，所以還必須在上扣時(shí)在螺紋表面及金屬接觸部分涂敷螺紋脂。螺紋脂存在的一個(gè)主要問(wèn)題是環(huán)境污染及鉆井液及儲(chǔ)層污染問(wèn)題。由于API螺紋脂中含有大量的重金屬鉛、鋅等，在螺紋上扣過(guò)程中及上扣后，螺紋脂可能流出，對(duì)鉆井液及儲(chǔ)層造成污染，也對(duì)周圍環(huán)境和水資源造成污染；另外，使用過(guò)的螺紋脂容器及殘留物也對(duì)工作環(huán)境污染較大。另外，對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行全尺寸油井管性能評(píng)價(jià)，產(chǎn)品的潤(rùn)滑性和密封性達(dá)不到令人滿意的結(jié)果。美國(guó)專利US2003111838介紹了一種適合油井管的液體潤(rùn)滑涂層。此專利是將堿性磺酸鹽、堿性水楊酸鹽、堿性酚鹽中的一種或幾種溶解于揮發(fā)性溶劑中然后涂敷于油井管連接螺紋中。該潤(rùn)滑涂層中還可加入熱塑性樹(shù)脂顆粒、其它潤(rùn)滑劑、極壓劑等以達(dá)到更好的潤(rùn)滑效果。美國(guó)專利US2003094810介紹了一種復(fù)合涂層。該涂層底層為多空性鍍鋅或銅，上層采用不含重金屬的固體涂層(潤(rùn)滑劑和有機(jī)或無(wú)機(jī)粘接劑組成)或液體涂層(該液體基于高堿性有機(jī)酸金屬鹽如磺酸鹽)。該涂層能在高溫不使用螺紋脂的情況下改善螺紋連接的防粘著磨損性、防銹性、氣密性。上述液體潤(rùn)滑涂層的主要問(wèn)題是，施用液體潤(rùn)滑涂層后一些沙子、泥土、鐵銹很容易粘附到螺紋部分或金屬接觸部分。油井管通常在垂直狀態(tài)下進(jìn)行上卸扣聯(lián)接，沙子、泥土、鐵銹下落是不可避免的，這樣由于液體潤(rùn)滑涂層的粘度大，沙子、泥土、鐵銹粘附到螺紋和金屬接觸部分也就不可避免。沙子、泥土、鐵銹的存在往往導(dǎo)致粘著磨損的發(fā)生。上述固體潤(rùn)滑涂層存在防銹性不夠，制備工藝復(fù)雜，需加熱固化等問(wèn)題。中國(guó)專利一種防粘扣油管或套管及其接箍200620161539.6在油管或套管及其接箍的螺紋表面處理一層防腐耐磨層，通過(guò)一定的工藝條件，形成的螺紋防腐耐磨層可以是鍍銅等有色金屬鍍層，也可以是磷化或發(fā)藍(lán)后形成的一層保護(hù)性薄膜。由于該螺紋防腐耐磨層的存在，可以使油管或套管及其接箍的螺紋具有防腐蝕、防粘扣、耐磨的性能。該專利仍然屬于傳統(tǒng)的磷化、鍍銅等預(yù)防螺紋粘扣技術(shù)范圍，在使用螺紋時(shí)，仍然需要螺紋脂。中國(guó)專利03812476.9在陽(yáng)螺紋和陰螺紋中的至少一個(gè)的表面上形成潤(rùn)滑劑涂層，所述的潤(rùn)滑劑涂層通過(guò)液體潤(rùn)滑顯示自修復(fù)能力且具有受限的表面粘性。潤(rùn)滑劑涂層包含0。C至4(TC為液體形式的潤(rùn)滑劑油和在4crc為固體形式的蠟的混合物(優(yōu)選通過(guò)在混合前，事先使蠟液化且進(jìn)行潤(rùn)滑劑油和蠟的相互溶解而得到的混合物)。該專利提出的涂層由于太軟，不容易保管。美國(guó)專利US6695012發(fā)明的固體涂層以環(huán)氧樹(shù)脂等為成膜物質(zhì)，其缺點(diǎn)是附著力不夠，上扣時(shí)涂層易發(fā)生脫落，一旦涂層脫落粘扣極易發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種將單組分自潤(rùn)滑磁性涂料涂裝在油井管螺紋表面，涂料固化形成自潤(rùn)滑磁性涂層的油井管自潤(rùn)滑螺紋。油井管螺紋應(yīng)具有良好的抗粘著磨損性能，良好的氣密性、防銹性，并可能減少或免使用螺紋脂，減少螺紋脂對(duì)鉆井液及儲(chǔ)層的污染，消除涂抹螺紋脂引起的時(shí)間消耗、環(huán)境污染問(wèn)題，降低油井管存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用成本。本發(fā)明的油井管自潤(rùn)滑螺紋，由涂敷并固化在油井管螺紋表面的自潤(rùn)滑磁性涂料構(gòu)成；自潤(rùn)滑磁性涂料按重量百分比為成膜物質(zhì)25—90%;固體潤(rùn)滑材料4—65%;助劑0—10%;溶劑0—70%;填料0—10%，磁性微粒1—5%。自潤(rùn)滑磁性涂料涂敷后在適宜的溫度下固化形成固體自潤(rùn)滑磁性涂層，涂層厚度控制在5100微米。本發(fā)明所述自潤(rùn)滑磁性涂料成膜物質(zhì)為離聚物樹(shù)脂與粘性樹(shù)脂的混合物，這種成膜物質(zhì)強(qiáng)韌性高、附著力高。離聚物樹(shù)脂為丙烯酸離聚物乳液或PUA離聚物乳液；粘性樹(shù)脂為氟碳樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂或丙烯酸樹(shù)脂；離聚物樹(shù)脂含量是兩者總重量的545%。本發(fā)明所述自潤(rùn)滑磁性涂料中的固體潤(rùn)滑材料選用以下物質(zhì)具有嵌套中空結(jié)構(gòu)或類似于碳納米管的中空管狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)類富勒烯(Inorganicfullerene-like)材料NbS2、Ti02、V205、NiCl2、Si02納米管等；層狀化合物NbSe2、WSe2、MoTe2、TiB2等，具有六方晶體結(jié)構(gòu)(近似于層狀)的稀土化合物L(fēng)aF3、CeF3、Ce02、LaA等?？梢允褂蒙鲜龉腆w潤(rùn)滑材料的一種或幾種混合使用，也可選用其它固體潤(rùn)滑材料。粉末顆粒粒徑范圍為0.350微米。本發(fā)明所述助劑選自以下的一種或幾種消泡劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、附著力促進(jìn)劑、觸變劑、防沉劑、穩(wěn)定劑，防結(jié)皮劑、流平劑、催干劑、防流掛劑、增塑劑、消光劑、阻燃劑和防霉劑。本發(fā)明所述溶劑選自脂肪烴、脂環(huán)烴、芳香烴、鹵代烴、醇、酯、酮、醚、萜烯類的一種或幾種。本發(fā)明所述填料選自滑石粉、硅灰石、高嶺土、重晶石、云母粉中的一種或幾種。加入磁性微粒的目的是增加涂層的附著力，即使在使用過(guò)程中涂層被破壞，剝落的涂層也會(huì)靠磁力吸附在原螺紋上，從而起到防止粘扣發(fā)生的目的。磁性微粒采用經(jīng)過(guò)預(yù)處理的磁性微粒，粒度為15微米，本發(fā)明的優(yōu)選方案為FERRICON磁性微粒(ECKART公司生產(chǎn))。本發(fā)明所述自潤(rùn)滑磁性涂料制備方法如下在可進(jìn)行攪拌的容器中加入溶劑、成膜物質(zhì)，低速(約50—150轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌10-30分鐘待溶液大致均勻后停止攪拌，然后按配方比例依次加入剩余各物質(zhì)，各物質(zhì)加完后開(kāi)始攪拌，攪拌約20分鐘到2小時(shí)，攪拌速度由低到高(從最初的幾十轉(zhuǎn)/分鐘到1500轉(zhuǎn)/分鐘左右)，攪拌均勻后將所得漿料加入研磨機(jī)中研磨至漿料細(xì)度達(dá)到5微米時(shí)即得(約2小時(shí)，視物料性質(zhì)而定)即得到自潤(rùn)滑磁性涂料。本發(fā)明的自潤(rùn)滑原理是最終固化的涂層中含有大量固體潤(rùn)滑材料如NbS2、Ti02等低摩擦系數(shù)材料，它們起到類似于潤(rùn)滑油脂的潤(rùn)滑作用。涂料中的成膜物質(zhì)起到將固體潤(rùn)滑材料黏附到螺紋表面的作用。油井管螺紋表面一般會(huì)有氧化物或油等污染物，因而影響涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。涂敷前需對(duì)螺紋表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。常用的有堿液清洗、有機(jī)溶劑清洗、表面活性劑清洗、乳化液清洗、噴砂處理等表面預(yù)處理方法。涂敷前可以采用上述一種或幾種方法對(duì)油井管螺紋表面進(jìn)行預(yù)處理。自潤(rùn)滑磁性涂料可以通過(guò)噴涂、刷涂或浸涂的方法進(jìn)行涂敷，優(yōu)先考慮噴涂的方式施工。涂層控制在5100微米。自潤(rùn)滑磁性涂料根據(jù)成膜物質(zhì)的不同可以在常溫下自然固化或通過(guò)適當(dāng)加熱的方式固化。用本發(fā)明油井管螺紋，運(yùn)輸過(guò)程中涂層可能會(huì)損壞，應(yīng)使用螺紋保護(hù)器加以保護(hù)。本發(fā)明的有益效果是，可以有效的減少油井管在上卸扣過(guò)程中粘著磨損發(fā)生的次數(shù)。本發(fā)明螺紋制造工藝簡(jiǎn)單、使用方便，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。下面的實(shí)施實(shí)例用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任意改動(dòng)。所附權(quán)利要求概括了本發(fā)明的范圍。具體實(shí)施方式實(shí)施例1自潤(rùn)滑磁性涂料制備方法按表l所示配比稱取各物質(zhì)，在可進(jìn)行攪拌的容器中按配方比例依次加入丙酮、二甲苯、乙酸乙酯、成膜物質(zhì)，以70轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌約15分鐘，待溶液大致均勻后停止攪拌，然后按配方比例依次加入NbS2、Ti02、磁性微粒、氣相二氧化硅、云母粉，各物質(zhì)加完后開(kāi)始攪拌，攪拌速度70轉(zhuǎn)/分逐漸增加到900轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌約30分鐘，待涂料均勻后將所得漿料加入研磨機(jī)中研磨至漿料細(xì)度達(dá)到5微米時(shí)即得到自潤(rùn)滑磁性涂料。表l自潤(rùn)滑磁性涂料各物質(zhì)配比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>對(duì)石油套管螺紋表面按照工序進(jìn)行清洗除油、噴砂除銹、熱風(fēng)干燥等表面處理后立即進(jìn)行自潤(rùn)滑磁性涂料的噴涂，涂層厚度控制在15微米左右，即得到本發(fā)明所述自潤(rùn)滑螺紋。上卸扣方法參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6238.2-2002，結(jié)果表明套管(4>139.70X7.72mmPllO、LC)螺紋在上卸扣10次時(shí)才出現(xiàn)粘扣，而在磷化并使用螺紋脂情況下，同批套管螺紋上卸扣6次就發(fā)生粘扣；油管(4)73.02X5.51mmN80、NU)螺紋在上卸扣30次時(shí)才出現(xiàn)粘扣，而在磷化并使用螺紋脂情況下，同批油管螺紋上卸扣11次就發(fā)生粘扣。實(shí)施例2按表2所示配比稱取各物質(zhì)，在可進(jìn)行攪拌的容器中按配方比例依次加入丙酮、乙醇、苯乙烯、成膜物質(zhì)，以80轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌約20分鐘，待溶液大致均勻后停止攪拌，然后按配方比例依次加入Si02、LaF3、NbSe2、磁性微粒、有機(jī)膨潤(rùn)土、高嶺土，各物質(zhì)加完后開(kāi)始攪拌，攪拌速度由80轉(zhuǎn)/分逐漸增加到900轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌約30分鐘，待涂料均勻后將所得漿料加入研磨機(jī)中研磨至漿料細(xì)度達(dá)到5微米時(shí)即得到自潤(rùn)滑磁性涂料。表2自潤(rùn)滑磁性涂料各物質(zhì)配比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>對(duì)石油套管螺紋表面按照工序進(jìn)行清洗除油、噴砂除銹、熱風(fēng)干燥等表面處理后立即進(jìn)行自潤(rùn)滑磁性涂料的噴涂，涂層厚度控制在15微米左右，即得到本發(fā)明所述自潤(rùn)滑螺紋。上卸扣方法參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6238.2-2002，結(jié)果表明套管(小139.70X7.72mmPllO、LC)螺紋在上卸扣11次時(shí)才出現(xiàn)粘扣，而在磷化并使用螺紋脂情況下，同批套管螺紋上卸扣6次就發(fā)生粘扣；油管(4)73.02X5.51mmN80、MJ)螺紋在上卸扣35次時(shí)才出現(xiàn)粘扣，而在磷化并使用螺紋脂情況下，同批油管螺紋上卸扣11次就發(fā)生粘扣。權(quán)利要求1.一種油井管自潤(rùn)滑螺紋，其特征在于由涂敷并固化在油井管螺紋表面的自潤(rùn)滑磁性涂料構(gòu)成；自潤(rùn)滑磁性涂料按重量百分比為成膜物質(zhì)25-90％；固體潤(rùn)滑材料4-65％；助劑0-10％；溶劑0-70％；顏料0-10％；填料0-10％，磁性微粒1-5％；成膜物質(zhì)為離聚物樹(shù)脂與粘性樹(shù)脂的混合物，離聚物樹(shù)脂含量是兩者總重量的5～45％；固體潤(rùn)滑材料為無(wú)機(jī)類富勒烯材料、層狀化合物、具有六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土化合物的一種或幾種；磁性微粒采用經(jīng)過(guò)預(yù)處理的磁性微粒，粒度為1～5微米的FERRICON磁性微粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井管自潤(rùn)滑螺紋，其特征在于離聚物樹(shù)脂為丙烯酸離聚物乳液或PUA離聚物乳液。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井管自潤(rùn)滑螺紋，其特征在于無(wú)機(jī)類富勒烯材料是NbS2、Ti02、V205、NiCl2或Si02納米管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井管自潤(rùn)滑螺紋，其特征在于層狀化合物是NbSe2、WSe2、MoTe2或TiB2。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井管自潤(rùn)滑螺紋，其特征在于:具有六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土化合物是LaFs、CeF3、Ce02或La203。全文摘要本發(fā)明涉及一種將單組分自潤(rùn)滑磁性涂料涂裝在油井管螺紋表面，涂料固化形成自潤(rùn)滑磁性涂層的油井管自潤(rùn)滑螺紋，自潤(rùn)滑磁性涂料按重量百分比為成膜物質(zhì)25-90％；固體潤(rùn)滑材料4-65％；助劑0-10％；溶劑0-70％；顏料0-10％；填料0-10％，磁性微粒1-5％；成膜物質(zhì)為離聚物樹(shù)脂與粘性樹(shù)脂的混合物，離聚物樹(shù)脂含量是兩者總重量的5～45％；固體潤(rùn)滑材料為無(wú)機(jī)類富勒烯材料、層狀化合物、具有六方晶體結(jié)構(gòu)的稀土化合物的一種或幾種；磁性微粒采用經(jīng)過(guò)預(yù)處理的磁性微粒，粒度為1～5微米的FERRICON磁性微粒，螺紋具有良好的抵抗粘著磨損(粘扣)的性能。文檔編號(hào)E21B17/02GK101644142SQ20081011789公開(kāi)日2010年2月10日申請(qǐng)日期2008年8月7日優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日發(fā)明者張永強(qiáng),王新虎申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所