一种油套管螺纹用复合纳米涂料及其制备、使用方法
【专利摘要】一种油套管螺纹用复合纳米涂料，包括以下组分：由成膜树脂、有机溶剂、纳米润滑填料、分散剂、消泡剂；其制备方法为：1）将纳米润滑填料、分散剂混合均匀；2）将上述混合物与有机溶剂研磨，混合均匀；3）加入成膜树脂，混合均匀；4）继续加入溶剂至适当浓度，混合均匀；5）将配置好的涂料密封存储。涂料使用方法为：1）油套管螺纹处进行预处理，包括去污、脱脂、水洗、酸洗以及喷砂或磷化；2）将混合均匀的涂料涂刷或喷涂于螺纹表面；3）将涂料在室温下固结；本发明涂料制备工艺简单、施工方便、成本低，能有效地避免粘扣和保护螺纹免受腐蚀。
【专利说明】
一种油套管螺纹用复合纳米涂料及其制备、使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油机械【技术领域】，具体涉及一种油套管螺纹用复合纳米涂料及其制备、使用方法，可以有效的避免油套管在使用中出现粘扣，并起到腐蚀防护作用。
【背景技术】
[0002]粘扣失效现象是当材料表面相对滑动或滚动时，相互接触的材料表面间由于冷焊而发生融合导致表面撕裂的现象。油套管接头螺纹粘扣是油套管螺纹在上、卸扣时，相互接触的螺纹非理想的光滑接触，而是存在一定的粗糙度和形状、尺寸偏差的，在接触压力的作用下，实际接触面积要远低于理论接触面积，导致接触表面局部区域的压力超过螺纹基材的屈服极限，从而产生塑性变形而造成螺纹间相互接触的两个齿面发生冷焊现象。当两个齿面继续相对转动时，冷焊部位就会被撕裂。因此在螺纹表面上出现沿着转动的方向的伤痕，这个损伤失效过程就称之为“粘扣”。
[0003]这也是石油套管失效的最常见的一种形式。轻则会损伤整个螺纹的表面，大大缩短油套管使用寿命，重则导致套管的密封性和连接的轻度降低，发生脱口和泄漏的事故，给油田生产带来重大损失。目前，油管螺纹基本都以镀铜、磷化等表面处理工艺，另加涂抹螺纹脂来润滑保护螺纹避免粘扣。但是镀铜、磷化工艺的溶液具有很大的环境危害，螺纹脂中常常含有铅、铜、锌等重金属物质，在上卸扣过程流出，对周围的环境造成严重的污染，同时螺纹脂在油气井中蓄积，则需要频繁地进行清洗作业，这大大地增加了生产成本，另外螺纹脂在寒冷地区又会因为温度过低而硬化造成油套管应力增大。螺纹脂的涂抹现在主要采用井上人工涂抹，螺纹脂的用量往往不准确，而且效率较低。镀铜生产效率较低，经济性不好，不能实现大规模的使用。因此，如何能简单有效的来避免油套管粘扣，成为油气开采亟需解决的核心技术问题之一。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种油套管螺纹用复合纳米涂料及其制备、使用方法，该方法生产过程简单、成本低、环境友好，且可以有效的避免油套管在使用中出现粘扣，并起到腐蚀防护作用。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种油套管螺纹用复合纳米涂料，包括以下组分:
包括以下组分:由成膜树脂、有机溶剂、纳米润滑填料、分散剂、消泡剂；其中成膜树脂的质量百分比为5 %?25 %、有机溶剂的质量百分比为50 %?80 %、纳米润滑涂料的质量百分比为1.5 %?20 %、分散剂的质量百分比为0.1 %?10 %、消泡剂的质量百分比为0.1
% ?5 %。
[0006]所述成膜树脂为酚醛树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、不饱和树脂、氨基树脂、丙烯酸树月旨、聚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂及合成树脂中的一种或任意几种，质量百分比为5 %?25 %。
[0007]所述的有机溶剂为酯类有机溶剂、醇类有机溶剂、醚类有机溶剂或酮类有机溶剂中的一种或任意几种。
[0008]所述的纳米润滑填料包括纳米有机润滑填料和纳米无机润滑填料。
[0009]所述的纳米有机润滑涂料为纳米聚四氟乙烯，其粒径为20?800 nm，质量百分比为 0.5 % ?5 %。
[0010]所述纳米无机润滑涂料为纳米二硫化钥、纳米三氧化二锑、纳米碳化硅、纳米石墨等中的一种或任意几种，其粒径为20?500 nm。纳米无机润滑涂料的质量百分比为I %?15 %。
[0011]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的制备方法，包括以下步骤:
步骤一，将纳米润滑填料、分散剂混合均匀；步骤二，将上述混合物与有机溶剂按照I?30倍比例研磨，混合均匀；步骤三，加入质量百分比为5 %?25 %的成膜树脂，质量百分比0.05 %?2.5 %的消泡剂，混合均匀；步骤四，继续加入溶剂至质量百分比为50 %?80 %，加入质量百分比0.05 %?2.5 %的消泡剂，混合均匀；步骤五，将配置好的涂料密封存储。
[0012]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的使用方法，包括以下步骤:步骤一，油套管螺纹处进行预处理，包括去污、脱脂、水洗、酸洗以及喷砂或磷化；步骤二，经过步骤一，油套管螺纹表面粗糙度要达到Ra 5μπι?Ra 10 μ m ;步骤三，将混合均匀的涂料涂刷或喷涂于螺纹表面，涂层厚度为5 μπι?20 μ m;步骤四，将涂料在室温下放置2 h?48 h固结。
[0013]与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果:
本发明采取一种表面处理技术，在油套管螺纹表面采用一种复合纳米涂料，此种创新型螺纹用复合涂层充分综合了无机润滑填料的极压减磨润滑特性，聚四氟乙烯的极低摩擦系数的协同作用，使油套管在上扣中既可以实现高润滑，又可以避免抗粘扣，结合实施例1、图3、图4和图5可知，经过10次上卸扣、上扣扭矩达到3000 N.m,螺纹处扔完好无损，没有粘扣现象出现。而且成膜树脂又可以有效的隔绝管材基体与腐蚀环境，起到保护螺纹免受腐蚀。此方法可以简化井上施工流程，提高施工效率，降低成本，增加连接可靠性，对环境无污染，且其使用不受应用地区自然条件影响。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
图1为本发明中所使用的纳米聚四氟乙烯的TEM照片。
[0015]图2为本发明中所使用的纳米无机润滑填料的TEM照片。
[0016]图3为本发明具体实施例1中上、卸扣前照片，其中图3 Ca)为上扣前公扣照片，图3 (b)为上扣前母扣照片。
[0017]图4为本发明具体实施例1中5次上、卸扣后照片，其中图4 Ca)为上、卸扣5次后公扣照片，图4 (b)为上、卸扣5次后母扣照片。
[0018]图5为本发明具体实施例1中10次上、卸扣后照片，其中图5 Ca)为上、卸扣10次后公扣照片，图5 (b)为上、卸扣10次后母扣照片。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0020]实施例1 一种油套管螺纹用复合纳米涂料，包括以下组分:
成膜树脂为聚醛树脂及合成树脂，质量百分比为12% ；
有机溶剂为正丙醇和甲酸异丁酯，质量百分比分别为32%和40 % ；
纳米润滑涂料的为:粒径为30nm聚四氟乙烯，其质量百分比为1% ;粒径为50nm的二硫化钥与纳米石墨的混合物，其质量百分比为1% ；
分散剂的质量百分比为10%;
消泡剂的质量百分比为4%。
[0021]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的制备方法，包括以下步骤:步骤一，将聚四氟乙烯，其质量百分比为1%，粒径为30nm;二硫化钥与纳米石墨的混合物、其质量百分比为1%、粒径为50nm ;分散剂10%混合均匀；步骤二，将上述混合物与有机溶剂按照20倍比例研磨，混合均匀；步骤三，加入质量百分比为12%的成膜树脂，质量百分比为2%的消泡剂混合均匀；步骤四，继续加入有机溶剂至质量百分比为72%，加入质量百分比2%的消泡剂混合均匀；步骤五，将配置好的涂料密封存储。
[0022]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的使用方法，包括以下步骤:
步骤一，油套管螺纹处进行预处理，包括去污、脱脂、水洗、酸洗以及喷砂或磷化；步骤二，经过步骤一，油套管螺纹表面粗糙度要达到Ra5 μ m ;步骤三，将混合均匀的涂料涂刷或喷涂于螺纹表面，涂层厚度为10 μ m ;步骤四，将涂料在室温下放置24h固结。
[0023]实施例2
一种油套管螺纹用复合纳米涂料，包括以下组分:
成膜树脂为氨基树脂和合成树脂，质量百分比为12% ；
有机溶剂为二异丙醚和甲酸异丁酯，质量百分比分别为40%和40% ；
纳米润滑涂料为:粒径为10nm的聚四氟乙烯，其质量百分比为1% ;粒径为80nm的三氧化二锑和粒径为50nm碳化硅的混合物，其质量百分比为3% ；
分散剂的质量百分比为3%;
消泡剂的质量百分比为1%。
[0024]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的制备方法，包括以下步骤:步骤一，将纳米聚四氟乙烯，其质量百分比为1%，粒径为10nm;纳米三氧化二锑和纳米碳化硅，其质量百分比为3%，其粒径为80nm与分散剂3%混合均匀；步骤二，将上述混合物与酯类有机溶剂和醇类有机溶剂按照15倍比例研磨，混合均匀；步骤三，加入质量百分比为12%的氨基树脂和合成树脂，加入质量百分比为0.3%的消泡剂混合均匀；步骤四，继续加入有机溶剂至质量百分比为80%，加入质量百分比为0.7%的消泡剂，混合均匀；步骤五，将配置好的涂料密封存储。
[0025]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的使用方法，包括以下步骤:
步骤一，油套管螺纹处进行预处理，包括去污、脱脂、水洗、酸洗以及喷砂；步骤二，经过步骤一，油套管螺纹表面粗糙度要达到Ra 10 μπι;步骤三，将混合均匀的涂料涂刷或喷涂于螺纹表面，涂层厚度为15 μ m ;步骤四，将涂料在室温下放置30 h固结。
[0026]实施例3
一种油套管螺纹用复合纳米涂料，包括以下组分:
成膜树脂为环氧树脂和合成树脂，质量百分比为20% ；
有机溶剂为正丁醇和甲酸异丁酯，质量百分比分别为30%和38% ； 纳米润滑涂料为:粒径为500nm的聚四氟乙烯，其质量百分比为2%，；其粒径为200nm的二硫化钥和纳米碳化硅混合物，其质量百分比为3%。
[0027]分散剂的质量百分比为5%;
消泡剂的质量百分比为2%。
[0028]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的制备方法，包括以下步骤:步骤一，将纳米聚四氟乙烯，其质量百分比为2%，粒径为500nm ;纳米二硫化钥和纳米碳化硅，其质量百分比为3%，其粒径为200nm与分散剂混合均匀；步骤二，将上述混合物与酮类有机溶剂按照10倍比例研磨，混合均匀；步骤三，加入质量百分比为20%的环氧树脂和聚氨酯树脂，加入质量百分比为1%的消泡剂混合均匀；步骤四，继续加入有机溶剂至质量百分比为68%，加入质量百分比为1%的消泡剂，混合均匀；步骤五，将配置好的涂料密封存储。
[0029]一种油套管螺纹用复合纳米涂料的制备方法，包括以下步骤:
步骤一，油套管螺纹处进行预处理，包括去污、脱脂、水洗、酸洗以及喷砂或磷化；步骤二，经过步骤一，油套管螺纹表面粗糙度要达到RalO μ m ;步骤三，将混合均匀的涂料涂刷或喷涂于螺纹表面，涂层厚度为20 μ m ;步骤四，将涂料在室温下放置48h固结。
[0030]参见图1，图1为本发明中所使用的纳米聚四氟乙烯的TEM照片。
[0031]参见图2，图2为本发明中所使用的纳米无机润滑填料的TEM照片。
[0032]参见图3，图3为本发明具体实施例1中上、卸扣前照片，其中图3 (a)为上扣前公扣照片，图3 (b)为上扣前母扣照片。
[0033]参见图4，图4为本发明具体实施例1中5次上、卸扣后照片，其中图4 Ca)为上、卸扣5次后公扣照片，图4 (b)为上、卸扣5后母扣照片
参见图5，图5为本发明具体实施例1中10次上、卸扣后照片，其中图5 (a)为上、卸扣10次后公扣照片，图5 (b)为上、卸扣10次后母扣照片。
【权利要求】
1.一种油套管螺纹用复合纳米涂料，按质量百分比，其特征在于，包括以下组分:5%?25%的成膜树脂、50%?80%的有机溶剂、1.5%?20%的纳米润滑填料、0.1%?10%的分散剂、0.1%?5%的消泡剂。
2.按照权利要求1所述的一种油套管螺纹用复合纳米涂料，其特征在于，所述成膜树脂为酚醛树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、不饱和树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂、聚醛树脂、环氧树月旨、聚氨酯树脂及合成树脂中的一种或任意几种。
3.按照权利要求1所述的一种油套管螺纹用复合纳米涂料，其特征在于，所述的有机溶剂为酯类有机溶剂、醇类有机溶剂、醚类有机溶剂或酮类有机溶剂中的一种或任意几种。
4.按照权利要求1所述的一种油套管螺纹用复合纳米涂料，其特征在于，所述的纳米润滑填料包括纳米有机润滑填料和纳米无机润滑填料。
5.按照权利要求4所述的一种油套管螺纹用复合纳米涂料，其特征在于，所述的纳米有机润滑涂料为纳米聚四氟乙烯，其粒径为20?800nm，质量百分比为0.5%?5%。
6.按照权利要求4所述的一种油套管螺纹用复合纳米涂料，其特征在于，所述纳米无机润滑涂料为纳米二硫化钥、纳米三氧化二锑、纳米碳化硅、纳米石墨等中的一种或任意几种，其粒径为20?500nm ;纳米无机润滑涂料质量百分比为1%?15%。
7.一种油套管螺纹用复合纳米涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，将纳米润滑填料、分散剂、混合均匀；步骤二，将上述混合物与有机溶剂按照I?30倍比例研磨，混合均匀；步骤三，加入质量百分比为5%?25%的成膜树脂，加入质量百分比0.05%?2.5%的消泡剂，混合均匀；步骤四，继续加入有机溶剂至质量百分比为50%?80%，加入质量百分比0.05%?2.5%的消泡剂，混合均匀；步骤五，将配置好的涂料密封存储。
8.一种油套管螺纹用复合纳米涂料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一，油套管螺纹处进行预处理，包括去污、脱脂、水洗、酸洗以及喷砂或磷化；步骤二，经过步骤一，油套管螺纹表面粗糙度要达到Ra5 μ m?RalO μ m ;步骤三，将混合均匀的涂料涂刷或喷涂于螺纹表面，涂层厚度为5 μ m?20 μ m ;步骤四，将涂料在室温下放置2h?48h固结。
【文档编号】C09D161/06GK104403484SQ201410770025
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】张坤, 申昭熙 申请人:西安瑞璘表面工程有限公司