本发明涉及石油机械
技术领域：
，特别涉及一种脂肪族聚酮全包覆抽油杆及其制备方法。
背景技术：
：抽油杆的工作环境极为复杂,井液中含有水、氯离子、硫化氢及二氧化碳腐蚀性物质。抽油杆直接与腐蚀介质接触，长期使用容易导致抽油杆腐蚀、偏磨、断脱情况的发生。这在很大程度上增加了作业频率，使得生产成本大幅提高，成为制约原油生产的重要因素。对抽油杆进行耐磨和抗腐蚀处理，变得日趋紧要。为了避免抽油杆腐蚀，目前主要采用涂覆树脂、电镀或冷喷等方式进行抗腐蚀处理。但在实际使用中，经上述抗腐蚀处理后，抗腐蚀效果不能令人满意。在作业施工过程中，容易造成包覆层损坏，影响抗腐蚀性能，同时杆头断裂的现象也时有发生。采用玻璃钢替代金属材料可有效避免抽油杆腐蚀，然而，玻璃钢抽油杆存在价格贵和使用温度低的缺陷，报废杆难以熔化再利用，导致整体成本过高。随着近年来我国各主要油田采油深度不断增加，在2000m-3000m深井中，井温通常可达到130℃。对抽油杆表面涂覆树脂的性能提出了越来越高的要求。目前主要采用的聚乙烯类树脂材料使用温度较低，只适用于井温90℃以下的油井。聚酰胺类材料虽然耐高温性优良、化学稳定性优秀，但是材质较脆、易龟裂、吸水率高、使用寿命短。聚醚醚酮类材料虽然综合性能优越，但价格昂贵，不适合大面积普及推广应用。因此，目前急需一种能够适应高温油井要求，长期稳定地保持抗腐蚀性和耐磨性的抽油杆。技术实现要素：针对上述现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种采用脂肪族聚酮全包覆的抽油杆。其具有优异的耐磨、抗腐蚀、抗冲击、防结垢性能，且包覆层能够与抽油杆紧密结合，不易脱落，从而大幅提高了抽油杆的使用寿命，降低了油田运行成本。本发明还提供了所述全包覆抽油杆的制备方法。本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆包括杆体、杆头，以及完整包覆在杆体和杆头表面的脂肪族聚酮包覆层；所述脂肪族聚酮包覆层由以下组分制备得到：脂肪族聚酮100重量份2,2-二（4-羟苯基）丙烷1-5重量份碘化物鎓盐3-12重量份云母10-25重量份成核剂0.02-0.05重量份芥酸酰胺3-10重量份硅微粉15-35重量份防老剂2-13重量份水分捕捉剂0.5-1重量份。所述脂肪族聚酮是数均分子量为70,000-110,000的线形交替共聚脂肪族聚酮，其以一氧化碳、乙烯和丙烯为原料，按下示反应方程式制备而成：其中，丙烯用量占反应物总量的20-40摩尔％。包覆层厚度为2.0-3.0mm；且在同一个圆形截面内，包覆层的厚度公差为±0.2mm。本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆可通过如下方法制造：（1）将上述各组分添加至搅拌机中，搅拌均匀，并在90-100℃下烘干1.5-3小时，得到烘干产物；（2）清洗抽油杆表面，去除油污和锈迹，然后对表面实施喷砂处理，喷砂处理后，采用有机溶剂清洗表面；（3）将步骤（1）的一部分烘干产物加热至熔融，在245-270℃下涂覆至抽油杆杆体表面，并在冷却后实施精车处理，完成杆体包覆；（4）预热抽油杆杆头，同时将剩余步骤（1）的烘干产物加入注塑机中，加热至熔融，注塑包覆抽油杆杆头并冷却，得到全包覆抽油杆。采用本发明提供的技术方案，可实现如下有益效果：（1）本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆通过使用脂肪族聚酮包覆层，与采用聚乙烯包覆层包覆的抽油杆相比，具有良好的耐高温、抗腐蚀、防结蜡和耐磨的优点。可在150℃以上高温油井中长期使用。（2）本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆的脂肪族聚酮包覆层中，通过组合使用低分子量脂肪族聚酮、2,2-二(4-羟苯基)丙烷和碘化物鎓盐，与使用高分子量脂肪族聚酮的包覆层组合物相比，在改善可加工性的同时，获得了与之相当，甚至更好的耐高温性、耐腐蚀性和耐冲击性，实现了200℃以上的热变形温度。（3）本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆的脂肪族聚酮包覆层中，通过组合使用低分子量脂肪族聚酮、云母和成核剂，在改善可加工性的同时，进一步提高了包覆层在高温环境下的耐磨性和耐冲击性。（4）本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆制造工艺中，通过进一步使用水分捕捉剂，充分避免了各组分烘干后残留的少量水分在挤出和注塑时散发水蒸气，导致在包覆层中产生气泡，有效改善抽油杆的机械强度。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下对本发明实施方式作进一步的详细描述。本发明的脂肪族聚酮全包覆抽油杆包括杆体、杆头和包覆杆体与杆头的脂肪族聚酮包覆层。作为本发明的抽油杆的杆体和杆头，典型地使用钢质材料。其中杆体包括φ19mm、φ22mm、φ25mm的圆杆；杆头为带有螺纹的端头，圆杆与端头之间设有方杆。作为本发明脂肪族聚酮包覆层中使用的脂肪族聚酮，典型地可使用数均分子量为70,000-110,000，优选为85,000-97,000的线形交替共聚脂肪族聚酮。如果所述脂肪族聚酮的数均分子量小于70,000，则得到的包覆层的耐高温性和机械强度可能不足；如果其数均分子量大于110,000，则包覆层材料的熔体粘度过高，包覆加工时，效果变得不理想。所述线形交替共聚脂肪族聚酮可采用本领域公知的方法，使co、乙烯和丙烯在催化剂存在下共聚制得。其中丙烯的用量占共聚单体总量的20-40摩尔％，更优选25-30摩尔％。所述线形交替共聚脂肪族聚酮也可通过市售获得，作为例子，典型地可使用hyosung公司的市售产品。作为本发明使用的碘化物鎓盐，其典型地可使用四苯基碘化鏻。通过使用碘化物鎓盐替代常规使用的碘化钠、碘化锌和碘化钙等碘化物，并使之与2,2-二（4-羟苯基）丙烷配合，可有效改善本发明采用的相对较低数均分子量的脂肪族聚酮在高温下的抗氧化性，从而改善抽油杆包覆层的耐高温性，以及在高温环境下的耐腐蚀性、耐水解性和耐冲击性。作为本发明使用的云母，典型地可使用扁平六面单斜的高纵横比云母。优选使用金云母，但其它天然的或人造的云母如白云母、氟金云母和钡氟金云母以及二硅酸钡也可使用。云母粒度典型地为50-500目，优选200-350目。作为本发明的成核剂，典型地可使用2,6-苯二甲酸环己酰胺、n,n′-二环己基-2,6-萘二酰胺、庚二酸镁中的一种或多种。本发明通过将云母和成核剂组合添加至所述低数均分子量的脂肪族聚酮中，可有效改善包覆层的热变形温度和机械强度。作为本发明使用的芥酸酰胺，其在本发明中主要起到防粘剂的作用。相对于100重量份线形交替共聚脂肪族聚酮，其用量在3-10重量份范围内，优选其用量为5-9重量份。如果其用量低于3重量份，则制得的包覆层防结蜡性不足；如果其用量大于10重量份，则可能对包覆层的机械强度产生不利影响。作为本发明使用的防老剂，没有特别限制，可使用本领域广泛采用的多种防老剂。典型地，作为例子，可例举防老剂rd和防老剂d。作为本发明使用的水分捕捉剂，可使用无机金属氧化物类水分捕捉剂。优选地，可使用氧化钙、氧化钡和氧化锶等。相对于100重量份线形交替共聚脂肪族聚酮，其用量典型地为0.5-1重量份，优选0.8-0.9重量份。如果用量低于0.5重量份，则可能导致无法充分吸收残余的水蒸气，在包覆层中形成气泡，不利地影响包覆层的机械强度。作为本发明使用的硅微粉，可使用本领域广泛作为填料的微米级二氧化硅粉。典型地，相对于100重量份的线形共聚脂肪族聚酮，其用量在15-35重量份范围内，如果其用量低于15重量份，则包覆层在高温下可能发生收缩变形；如果其用量高于35重量份，则可能不利地影响包覆层的抗冲击性。本发明还提供所述全包覆抽油杆的制造方法，典型地，其包括如下步骤：（1）按上述记载的用量，将各组分添加至搅拌机中，搅拌均匀，并在90-100℃下烘干1.5-3小时，得到烘干产物；（2）清洗抽油杆表面，去除油污和锈迹，然后对表面实施喷砂处理，喷砂处理后，采用有机溶剂清洗表面；（3）将步骤（1）的一部分烘干产物加热至熔融，在245-270℃下涂覆至抽油杆杆体表面，并在冷却后实施精车处理，完成杆体包覆；（4）预热抽油杆头，同时将剩余步骤（1）的烘干产物加入注塑机中，加热至熔融，注塑包覆抽油杆杆头并冷却，得到全包覆抽油杆。其中，步骤（3）的涂覆典型地可采用市售的挤塑机，其包括位于顶部的进料管，与进料管连通并设置在其下侧的料腔，和位于料腔下侧的喷腔，所述喷腔在其下端具有喷嘴。具体地，首先，将抽油杆两端水平固定在电动机上，使其高度略低于挤塑机喷嘴；启动电动机带动杆体沿抽油杆轴向快速旋转，同时缓慢从一侧向挤塑机的喷嘴方向水平运动；然后，使步骤（1）的烘干产物经挤塑机的进料管进入料腔中，加热至熔融后，通过挤塑机的喷嘴，将熔融物挤出至抽油杆体表面进行包覆处理。对步骤（4）的注塑没有特别限制，可采用本领域广泛采用的注塑机完成。下面通过具体实施例进一步对本发明作出解释，但应理解，以下实施例仅为示例性的实施方案，不以任何方式用于限制本发明的保护范围。实施例1将100kg线形交替共聚脂肪族聚酮（mn=87,300，结构单元中丙烯含量占33摩尔％，hyonsung制）、2kg2,2-二(4-羟苯基)丙烷、5kg四苯基碘化鏻、20kg云母、0.05kg2,6-苯二甲酸环己酰胺、4kg芥酸酰胺、22kg硅微粉、10kg防老剂d和0.6kg氧化钙添加至搅拌机中，搅拌均匀；在90℃下将得到的混合物烘干2.5小时，得到烘干产物。采用碱性水溶液清洗抽油杆表面，去除油污和锈迹，并清洗后的表面实施喷砂处理。喷砂后使用丙酮再次清洗。将抽油杆杆头两端固定在电动机上，启动电动机带动抽油杆沿轴向旋转，并向挤塑机的喷嘴缓慢水平运动。取一部分烘干产物，添加至挤塑机的进料管，使得烘干产物经进料管进入料腔中，并在其中加热至熔融。将熔融产物经喷腔的喷嘴，在265℃下挤出至抽油杆杆体表面。冷却后实施精车处理，得到包覆的抽油杆杆体。将完成杆体包覆的抽油杆的杆头放置于注塑机模具内，同时将步骤（1）剩余的烘干产物加入注塑机料筒中并加热至熔融。将熔融产物注入注塑机模具内，完成抽油杆杆头的注塑包覆并冷却，得到全包覆抽油杆。实施例2除了使用4kg2,2-二(4-羟苯基)丙烷、10kg四苯基碘化鏻、13kg云母、0.02kg2,6-苯二甲酸环己酰胺、7kg芥酸酰胺、30kg硅微粉、4kg防老剂d和0.9kg氧化钙外，采用与实施例1相同的方式制备全包覆抽油杆，得到全包覆抽油杆2。实施例3除了使用13kg云母和使用0.02kg庚二酸镁代替2,6-苯二甲酸环己酰胺外，采用与实施例1相同的方式制备全包覆抽油杆，得到全包覆抽油杆3。实施例4除了使用0.9kg氧化钡代替氧化钙和将各组分的混合物在95℃下烘干3小时外，采用与实施例1相同的方式制备全包覆抽油杆，得到全包覆抽油杆4。对比例1采用与实施例1相同的方式制备全包覆抽油杆，除了不使用2,6-苯二甲酸环己酰胺，得到全包覆抽油杆c1。对比例2采用与实施例1相同的方式制备全包覆抽油杆，除了使用碘化钠代替2,2-二(4-羟苯基)丙烷，并添加0.5kg受阻酚外，得到全包覆抽油杆c2。对比例3采用与实施例1相同的方式制备全包覆抽油杆，除了使用pa6代替脂肪族聚酮，和不使用氧化钙以及将原料混合物不经烘干处理，直接实施熔融挤出包覆和注塑包覆工艺，得到全包覆抽油杆c3。从实施例1-4和对比例1-3制得的的全包覆抽油杆上，分别切取1.5m长的包覆层片段，按照如下表1所示试验方法，测试包覆层的密度、维卡软化温度、热变形温度、邵氏硬度、断裂伸长率和屈服强度。此外，分别采用实施例1-4和对比例1-3得到的1.5m长的全包覆抽油杆，按下表1所示试验方法，测量其砂浆磨损量，测得的性能示于下表1中：表1：全包覆抽油杆包覆层的性能试验项目试验方法实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3密度，g/cm3gb/t1033.11.221.291.201.231.221.211.28维卡软化温度(a50)，℃gb/t1633215216203220183169206热变形温度（0.45mpa），℃gb/t1634.2≥180≥180≥180≥180159151≥180邵氏硬度，hdgb/t241186918290666175拉伸断裂伸长率，120℃，%gb/t8804.3459460453466381373412拉伸断裂屈服强度，mpagb/t8804.389918695736984砂浆磨损量，%q/sh10201889-20112.42.32.42.54.14.95.3由表1的试验数据可以发现，本发明尽管通过选择相对较低分子量的交替共聚脂肪族聚酮作为基料，但通过组合使用所述量的2,2-二(4-羟苯基)丙烷和碘化物鎓盐，以及云母和成核剂，在降低材料加工难度的同时，获得了耐高温性、耐磨性、硬度和耐冲击性的明显改善。这表明本发明的全包覆抽油杆即使在高温深井的腐蚀性环境中长期使用时，仍然具备优异的抗腐蚀性。以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。当前第1页12