專利名稱：油套管螺紋防粘扣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是油套管防粘扣的表面處理技術(shù)，屬于油套管螺紋連接技術(shù)領(lǐng)域， 也屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今油套管、鉆桿行業(yè)普遍存在粘扣問題，一般認(rèn)為有以下幾個(gè)原因(1)內(nèi)螺紋 錐度上偏差大；(2)螺紋公差選擇不合理；(3)管端螺紋起始扣倒角存在棱邊或毛刺；(4) 螺紋表面光潔度低，有銹蝕、黑皮扣存在等；(5)油套管及接箍橢圓度差；(6)螺紋表面處理 技術(shù)不好(如高鋼級(jí)材料的油套管螺紋采用了鋅系磷化、鋅鈣系磷化、鍍銅等)。磷化是一種在金屬表面進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)特性要求在特定的條件下進(jìn)行。 首先在金屬表面活性點(diǎn)上形成磷酸鹽晶核，然后才在晶核上繼續(xù)生長壯大，直至形成致密 的磷化膜。因此，金屬表面晶核的多少、自由能的大小決定著磷化膜的質(zhì)量，特別是當(dāng)金屬 經(jīng)過酸洗除銹、強(qiáng)堿除油等前處理后，金屬的表面性能遭到破壞，要獲得滿意的磷化效果， 必須對(duì)金屬表面進(jìn)行調(diào)整。在磷化工藝中，就表調(diào)工序而言，表面調(diào)整劑的結(jié)晶成分是膠體磷酸氧鈦四鈉 [Na4TiO(PO4)2]，其吸附在金屬表面的結(jié)晶原點(diǎn)越多，覆蓋率就越高。膠體鈦主要附著在腐 蝕造成的晶間裂紋附近，表面調(diào)整時(shí)間為50s時(shí)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大量的結(jié)晶原點(diǎn)形成網(wǎng)狀 結(jié)晶核。磷酸鈦膠體水解產(chǎn)生具有高活性的Ti (OH)4,以物理吸附的方式附著在工件表面。 晶核的數(shù)量決定了磷化膜的細(xì)化程度，而高的覆蓋率會(huì)使磷化膜更加細(xì)致緊密且連續(xù)，并 且膜重也會(huì)降低。在金屬表面與磷化液接觸前就形成大量的極細(xì)晶核，當(dāng)金屬表面與磷化 液接觸時(shí)，立即開始上膜，這不僅加快了磷化速度，而且阻止了大結(jié)晶的生成，防止在金屬 表面生成粗糙多孔的磷化膜，轉(zhuǎn)而促進(jìn)形成薄而致密的磷化膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)國內(nèi)螺紋，特別是高鋼級(jí)、偏梯型、特殊扣螺紋粘扣的問題， 提供一種新型油套管螺紋防粘扣的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種油套管螺紋防粘扣的方法，采用手動(dòng)浸式磷化工藝，其步 驟為(a)預(yù)脫脂化學(xué)脫脂，將油套管接箍浸沒在脫脂劑溶液中，溫度70 90°C，脫脂 5 lOmin，控制游離堿度在60 90Pt ；(b)脫脂將步驟(a)處理所得油套管將油套管接箍再脫脂一次，浸沒在脫脂劑溶 液中，溫度70 90°C，脫脂5-lOmin，控制游離堿度60 90Pt，起到去除重油污的作用；(c)水洗將步驟(b)處理所得油套管接箍用自來水常溫洗滌1 5min，可初步清 除殘留在工件表面的脫脂液及雜物；(d)蒸餾水水洗將步驟(c)處理所得油套管接箍再用蒸餾水常溫洗滌1 5min， 可徹底清除殘留在工件表面的脫脂液及雜物；
(e)酸洗將步驟(d)處理所得油套管接箍用質(zhì)量濃度7%鹽酸常溫洗滌1 5min,以除去工件表面的氧化層及銹蝕；(f)水洗將步驟(e)處理所得油套管蒸餾水用常溫洗滌1 5min，以初步清除殘 留在工件表面的酸液及雜物；(g)蒸餾水水洗將步驟(f)處理所得油套管接箍再用蒸餾水常溫洗滌1 5min， 以徹底清除殘留在工件表面的酸液及雜物；(h)表調(diào)用膠體磷酸氧鈦四鈉調(diào)整步驟(g)處理所得的油套管基本的表面狀態(tài)， 調(diào)節(jié)PH值7. 5 8，以改善調(diào)整工件基本的表面狀態(tài)，彌補(bǔ)因脫脂、酸洗等帶來的表面缺陷， 提供磷化所需要的結(jié)晶條件；(i)磷化將步驟(h)處理所得油套管接箍浸沒在錳鹽磷化劑中，溫度95 99°C， 總酸度保持在55 80Pt，高鋼級(jí)油套管接箍反應(yīng)20 50min，低鋼級(jí)油套管接箍反應(yīng)10 15min ；形成的磷化膜基本成分為Mn3(PO4)2 · 3H20、(Mn, Fe)5 · H2(PO4)4 · 4H20 ；膜層致密耐 磨，膜質(zhì)量范圍可達(dá)1. 0 40g/mL ；所述高鋼級(jí)油套管接箍選用P110、Q125、V140或防硫鋼級(jí)，低鋼級(jí)油套管接箍選 用H50、J55、K55、M65、N80、L80、C90 或 T95 ；(j)水洗將步驟(i)處理所得油套管接箍自來水常溫洗滌1 5min，初步除去從 磷化溶液帶來的、殘留在磷化膜孔隙中的可溶性鹽；(k)蒸餾水水洗將步驟(j)處理所得油套管接箍蒸餾水常溫洗滌1 5min，徹底 除去從磷化溶液和初步清洗自來水里帶來的、殘留在磷化膜孔隙中的可溶性鹽。(1)防銹用水性防銹油對(duì)油套管接箍進(jìn)行防銹處理，使螺紋磷化層的顆?？障?中貯存一定量的潤滑油，進(jìn)一步改善螺紋表面與周圍介質(zhì)的接觸條件，防止在自然條件下 長時(shí)間風(fēng)吹日曬、灰塵附著使螺紋表面銹蝕而失去磷化效果。所用脫脂劑溶液為含有脫脂劑和表面活性劑的溶液；脫脂劑成分及濃度為 Na+2.0X104mg/L和Si032_7. 8 X 103mg/L ；表面活性劑為900mg/L的脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基 酚聚氧乙烯醚、十二烷基磷酸脂鉀鹽、十四醇聚氧乙烯醚或琥珀酸單脂磺酸鹽。購自上海光 華金屬表面處理有限公司、上海艾希爾實(shí)業(yè)有限公司。本錳鹽磷化膜層硬度、承載能力和熱穩(wěn)定性都較大，特別適用于油套管螺紋連接， 提高油套管接箍的耐磨性能和磨合性能，當(dāng)接箍擰接到位突然中斷時(shí)，磷化膜還能夠吸收 一定的機(jī)械應(yīng)力，防止螺紋表面損傷。當(dāng)接箍表面與磷化溶液接觸時(shí)，在接箍表面上的微陽 極區(qū)就會(huì)產(chǎn)生鐵的溶解，同時(shí)也開始形成磷化膜層。在磷化膜層下的鋼鐵表面上也因此而 被浸蝕形成致密的、具有一定深度的小凹坑。磷化過的鋼鐵表面在磨合過程中，大量的磷酸 鹽被擠壓在凹坑內(nèi)。這些被擠壓在凹坑內(nèi)的磷酸鹽一方面可改善摩擦面的粗糙度，另一方 面凹坑內(nèi)的磷酸鹽又能吸附潤滑劑(本行業(yè)內(nèi)為螺紋脂)，保持不流失。當(dāng)從非摩擦區(qū)進(jìn)入 摩擦區(qū)時(shí)，摩擦面承受的正壓力逐漸增大，凹坑內(nèi)的液壓亦隨之增高，螺紋脂從凹坑內(nèi)被擠 出，使摩擦面之間形成連貫的潤滑油膜，可明顯提高摩擦副的耐磨性。只有當(dāng)鋼鐵表面受到 浸蝕后才能形成致密的凹坑，而凹坑又能被足夠數(shù)量的磷酸鹽填平時(shí)，才能起到良好的減 摩作用。本發(fā)明的有益效果磷化工藝優(yōu)化實(shí)施后，磷化層達(dá)到了均勻、牢固、完整、無銹跡 和基體金屬裸露的磷化質(zhì)量要求，對(duì)磷化后的油套管接箍進(jìn)行跟蹤檢測，磷化螺紋的整體
4性能得到加強(qiáng)，油套管使用損壞率明顯降低。使用原技術(shù)處理的油套管損壞率高，修復(fù)工作 量大，并且每年有大量因嚴(yán)重粘扣、在現(xiàn)場無法正常卸開而氣割報(bào)廢的油套管；而使用本發(fā) 明所述防粘扣表面磷化處理技術(shù)，油套管在現(xiàn)場使用后因螺紋磨損、粘扣而損壞的數(shù)量大 大減少，并能基本杜絕油套管刺扣、粘扣事故，油套管螺紋的總體損壞率將大大下降，極大 減少油套管螺紋修復(fù)量，降低了生產(chǎn)成本，延長了油套管使用壽命，有效控制因油套管螺紋 非預(yù)期損壞引發(fā)的鉆井誤工和井下事故，能取得顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。


圖1 樣品1螺紋錳鹽磷化樣品的四次擰接效果圖。圖2 樣品2螺紋鍍銅樣品的一次擰接效果圖。圖3 樣品3螺紋鋅鹽磷化樣品的兩次擰接效果圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1螺紋錳鹽磷化(錳鹽磷化四次擰接)使用管體88. 9X9. 19EU 28CrM0 PllOS 一根，記作樣品1，接箍樣品作錳鹽磷化處 理。經(jīng)測試，各樣品的理化性能都在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。手動(dòng)浸式磷化過程為(a)預(yù)脫脂將 油套管接箍浸沒在脫脂劑溶液中，溫度70 90°C，脫脂5 lOmin，控制游離堿度在60 90Pt ； (b)脫脂將油套管接箍浸沒在脫脂劑溶液中，溫度70 90°C，脫脂5-lOmin，控制 游離堿度60 90Pt ；所述脫脂劑溶液為脫脂劑溶液及表面活性劑，脫脂劑溶液成分及濃 度Na+2. O X 104mg/L> SiO32T. 8 X 103mg/L，表面活性劑濃度為900mg/L，購自上海光華金屬 表面處理有限公司或上海艾希爾實(shí)業(yè)有限公司；所述表調(diào)劑成分及濃度膠體磷酸氧鈦四 鈉Na4TiO(PO4)2 0. 79X 103mg/L ；pH緩沖劑、水質(zhì)調(diào)整劑(c)水洗自來水常溫洗滌Imin ； (d)蒸餾水洗蒸餾水常溫洗滌5min;(e)酸洗用質(zhì)量濃度7 %鹽酸常溫洗滌Imin ； (f) 水洗自來水常溫洗滌Imin ； (g)蒸餾水洗蒸餾水常溫洗滌Imin ； (h)表調(diào)用磷酸氧鈦 四鈉膠體溶液調(diào)整工件基本的表面狀態(tài)，調(diào)節(jié)pH值7. 5 8 ； (i)磷化將步驟(h)處理 所得油套管接箍浸沒在錳鹽磷化劑中，采用加熱導(dǎo)熱油溫控方式控制磷化液溫度在95 990C，總酸度保持在55 80Pt，(高鋼級(jí)油套管接箍反應(yīng)20 50min，低鋼級(jí)油套管接箍 反應(yīng)10 15min)；所述錳鹽磷化劑成分及濃度:P043"32. 7X 103mg/L，NO3^. 8X 103mg/L, ΜΝ2+7· 1 X 103mg/L, Ni+O. 2Χ 103mg/L ； (j)水洗自來水常溫洗滌5min ； (k)蒸餾水洗蒸餾 水常溫洗滌Imin ； (1)防銹用水性防銹油對(duì)油套管進(jìn)行防銹處理；樣品1四次擰接，效果見圖1。擰接后螺紋完好，管體螺紋表面光潔，接箍螺紋表面 磷化物完好，未露出金屬光澤，在擰接的過程中發(fā)熱量小。實(shí)施例2螺紋鍍銅，本實(shí)施例為對(duì)照例(鍍銅一次擰接)使用管體88. 9X9. 19EU 28CrM0 PllOS 一根，記作樣品2，接箍樣品作鍍銅處理。 經(jīng)測試，各樣品的理化性能都在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。鍍銅工藝鋼鐵表面電鍍銅，具體工藝略。樣品2—次擰接，效果見圖3。螺紋的頭部和尾部粘扣，粘扣螺紋有撕裂痕跡，接箍 粘扣處螺紋表面鍍銅脫落，在擰接的過程中發(fā)熱量很大。實(shí)施例3螺紋鋅鹽磷化，本實(shí)施例為對(duì)照例(鋅鹽磷化兩次擰接)
使用管體88. 9X9. 19EU 28CrM0 PllOS 一根，記作樣品3，接箍樣品作鋅鹽磷化處 理。經(jīng)測試，各樣品的理化性能都在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。鋅鹽磷化工藝(a)酸洗用質(zhì)量濃度15%鹽酸溶液，浸泡IOmin ； (b)水洗常溫 自來水，清洗2min ;(c)脫脂每1000L水加25kg的FC-302S脫脂劑，溫度70°C，時(shí)間IOmin ； (d)水洗常溫自來水，清洗2min ； (e)磷化每1000L溶液里含47kg PB-210磷化劑、20kg AD-10添加劑，溫度80°C，時(shí)間20min ； (f)水洗常溫自來水，清洗2min ； (g)熱水烘干 80°C自來水，清洗2min;脫脂劑FC-302S 主要成分Na+3700mg/L，PO43^l200mg/L, Si023500mg/L, C032-1200mg/L，NOJOOmg/L，表面活性劑(同錳鹽磷化)900mg/L。磷化劑PB-210 主要成分Zn2+7000mg/L，PO廣 15000mg/L，F(xiàn)e3+3000mg/L, S042_2000mg/L, N03_8000mg/Lo樣品3兩次擰接，擰接后螺紋表面粗糙，有輕微撕裂痕跡，部分接箍螺紋表面露出 金屬光澤，在擰接的過程中發(fā)熱量很大。
權(quán)利要求
一種油套管螺紋防粘扣的方法，其特征在于采用手動(dòng)浸式磷化工藝，其步驟為(a)預(yù)脫脂將油套管接箍浸沒在脫脂劑溶液中，溫度70～90℃，脫脂5～10min，控制游離堿度60～90Pt；(b)脫脂將步驟(a)處理所得油套管接箍浸沒在脫脂劑溶液中再脫脂一次，溫度70～90℃，脫脂5～10min，控制游離堿度60～90Pt；預(yù)脫脂及脫脂所用脫脂劑溶液為含有脫脂劑和表面活性劑的溶液；脫脂劑成分及濃度為Na+2.0×104mg/L和SiO32 7.8×103mg/L；(c)水洗將步驟(b)處理所得油套管接箍用自來水常溫洗滌1～5min；(d)蒸餾水洗將步驟(c)處理所得油套管接箍再用蒸餾水常溫洗滌1～5min；(e)酸洗將步驟(d)處理所得油套管接箍使用質(zhì)量濃度7％的鹽酸常溫洗滌1～5min；(f)水洗將步驟(e)處理所得油套管接箍用自來水常溫洗滌1～5min；(g)蒸餾水洗將步驟(f)處理所得油套管接箍在用蒸餾水常溫洗滌1～5min；(h)表調(diào)用表調(diào)劑磷酸氧鈦四鈉膠體溶液調(diào)整步驟(g)，處理所得油套管接箍基本的表面狀態(tài)膠體溶液中的磷酸氧鈦四鈉Na4TiO(PO4)2的濃度為0.79×103mg/L；調(diào)節(jié)pH值7.5～8；(i)磷化將步驟(h)處理所得油套管接箍浸沒在錳鹽磷化劑中，采用加熱導(dǎo)熱油溫控方式控制錳鹽磷化液溫度在95～99℃，總酸度保持在55～80Pt，高級(jí)鋼油套管接箍反應(yīng)20～50min，低級(jí)鋼油套管接箍反應(yīng)10～15min；所用錳鹽磷化劑成分及濃度PO43 32.7×103mg/L，NO3 5.8×103mg/L，Mn2+7.1×103mg/L，Ni+0.2×103mg/L；所述高鋼級(jí)油套管接箍選用P110、Q125、V140或防硫鋼級(jí)；低鋼級(jí)油套管接箍選用H50、J55、K55、M65、N80、L80、C90或T95；(j)水洗將步驟(i)處理所得油套管接箍用自來水常溫洗滌1～5min；(k)蒸餾水洗將步驟(j)處理所得油套管接箍再用蒸餾水常溫洗滌1～5min；(l)防銹用水性防銹油對(duì)步驟(k)處理所得油套管接箍進(jìn)行防銹處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油套管螺紋防粘扣的方法，其特征在于，所述表面活性劑是 濃度為900mg/L的脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磷酸脂鉀鹽、十四醇聚 氧乙烯醚或琥珀酸單脂磺酸鹽。
全文摘要
一種油套管螺紋防粘扣的方法，涉及油套管防粘扣的表面處理技術(shù)，屬于油套管螺紋連接技術(shù)領(lǐng)域，也屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用手動(dòng)浸式磷化工藝，實(shí)施流程為預(yù)脫脂、脫脂、水洗、蒸餾洗、酸洗、水洗、蒸餾水洗、表調(diào)、磷化、水洗、蒸餾水洗、防銹。使用本發(fā)明所述防粘扣表面磷化處理技術(shù)處理后，油套管在使用中因螺紋磨損、粘扣而損壞的數(shù)量大大減少，能基本杜絕油套管刺扣、粘扣事故，油套管螺紋的總體損壞率大大下降，可極大減少油套管螺紋修復(fù)量，降低了生產(chǎn)成本，延長了油套管使用壽命，可有效控制因油套管螺紋非預(yù)期損壞引發(fā)的鉆井誤工和井下事故，取得顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C23C22/07GK101956188SQ201010268210
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者葉仁平, 朱富林, 高連新 申請(qǐng)人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司