專利名稱：抵抗源自減壓的損壞的高溫涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及用于油和氣工業(yè)中的閘閥(gate valve)，且特定而言涉及用于在表面上形成涂層的工藝，其中涂層能承受減壓而不會(huì)損壞。
背景技術(shù)：
熱塑性材料用于形成油和氣的生產(chǎn)所用的各種構(gòu)件。在諸如閘閥的閥內(nèi)的密封件可完全或部分地由熱塑性材料制成。閘閥通常具有帶腔的主體，該腔與流動(dòng)通道相交。閘閥中的閘在腔中在閉合位置與打開(kāi)位置之間移動(dòng)，在閉合位置，其阻擋通過(guò)流動(dòng)通道的流動(dòng)，在打開(kāi)位置，其允許通過(guò)流動(dòng)通道流動(dòng)。桿(stem)接合閘的端部，其沿特定方向旋轉(zhuǎn)時(shí)抬高或降低該閘。閘閥的主體通常包括桿通道，桿延伸穿過(guò)該桿通道。桿密封件常常設(shè)于桿和桿通道之間，以在它們之間進(jìn)行密封且防止壓力從腔泄漏?！?br> 通常由置于腔中且與流動(dòng)通道同軸對(duì)準(zhǔn)的環(huán)形密封件來(lái)解決從流動(dòng)通道到腔中的泄漏。通常包括彈簧來(lái)將密封件推靠著閘，以維持跨過(guò)密封件與閘界面的流體流動(dòng)屏障。然而，熱塑性材料隨著時(shí)間推移及經(jīng)受井下流體的高溫之后失去其彈性。

發(fā)明內(nèi)容
本文中公開(kāi)了一種用于保護(hù)諸如金屬的材料免于由于環(huán)境暴露而降解的表面涂層。在一示例實(shí)施例中，公開(kāi)了一種用于處理從地層生產(chǎn)的流體的閥組件，其由彼此滑動(dòng)接觸的構(gòu)件構(gòu)成，其中涂層在構(gòu)件之一的表面上。涂層由在該表面上、具有與熱塑性材料混合的底漆的基層構(gòu)成。在基層上方為熱塑性材料層，且在熱塑性材料層上方為熱塑性與潤(rùn)滑劑的外層。在一示例實(shí)施例中，底漆包括諸如熱塑性非晶聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮或者它們的組合的聚合物。在一示例實(shí)施例中，熱塑性材料可為諸如聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮或者它們的組合的聚合物。在一示例實(shí)施例中，其中潤(rùn)滑劑可為諸如含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、過(guò)氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯或者它們的組合的聚合物。底漆可為聚酰胺酰亞胺，并且熱塑性材料可為聚醚醚酮(PEEK)。在一示例實(shí)施例中，基層中的聚酰胺酰亞胺的量為范圍從約60%至約90%的體積，并且基層中的PEEK的量為范圍約10%至約40%的體積。在一示例實(shí)施例中，熱塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)，并且潤(rùn)滑劑包括聚四氟乙烯(PTFE)?？蛇x地，外層中的PEEK的量為范圍從約10%至約40%的體積，并且外層中的PTFE的量為范圍從約60%至約90%的體積。在一示例實(shí)施例中，處于滑動(dòng)接觸的構(gòu)件的表面包括金屬，并且構(gòu)件之一為密封件。本文中還公開(kāi)了一種涂布閥構(gòu)件的表面的方法。在一示例實(shí)施例中，該方法包括將底漆與熱塑性材料的混合物的基層涂覆到該表面；利用熱塑性材料層覆蓋該基層；以及將熱塑性材料和潤(rùn)滑劑外層添加到熱塑性材料層上?？梢源賱?dòng)閥，使得外層與金屬表面滑動(dòng)接觸。在一示例實(shí)施例中，通過(guò)使基層中的熱塑性材料熔化而將基層與熱塑性材料層結(jié)合。在一示例實(shí)施例中，底漆包括諸如熱塑性非晶聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮或者它們的組合的聚合物?？蛇x地，熱塑性材料可包括聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮，或者可為它們的組合。在一示例實(shí)施例中，潤(rùn)滑劑包括含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、過(guò)氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它們的組合。備選地，底漆包括聚酰胺酰亞胺，并且熱塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)。在一示例實(shí)施例中,基層中的聚酰胺酰亞胺的量為范圍從約60%至約90%的體積，并且基層中的PEEK的量為范圍從約10%至約40%的體積。在一示例實(shí)施例中，熱塑性材料在其中具有聚醚醚酮(PEEK)，并且潤(rùn)滑劑包括聚四氟乙烯(PTFE)。在一示例實(shí)施例中，外層中的PEEK的量可為從約10%至約40%的體積，并且外層中的PTFE的量可為從約60%至約90%的體積。可選地,該表面在金屬密封件上。本文中還公開(kāi)了一種涂布閥構(gòu)件的金屬密封件的表面的方法。在一示例實(shí)施例中，該方法包括將聚酰胺酰亞胺底漆與聚醚醚酮熱塑性材料的基 層涂覆到金屬表面；在基層上,涂覆聚醚醚酮的熱塑性材料層；以及將約10%至約40%體積的聚醚醚酮和約60%至約90%體積的聚四氟乙烯的外層涂覆到熱塑性材料層上。通過(guò)使基層中的熱塑性材料熔化而將基層與熱塑性材料層結(jié)合，并且可以促動(dòng)閥，使得外層與金屬表面滑動(dòng)接觸。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的基底上的保護(hù)涂層的截面圖。圖2為帶有具有圖I的保護(hù)涂層的密封件的閘閥的示例的截面圖。圖3為帶有涂覆到閥座表面的圖I的涂層的圖2的閘閥的放大截面圖。圖4A為根據(jù)本發(fā)明的形成涂層的示例實(shí)施例。圖4B為根據(jù)本發(fā)明的正在受熱且具有圖4A的涂層的構(gòu)件的示例。
具體實(shí)施例方式涂層通常涂覆到金屬表面，用于防備在暴露至金屬時(shí)可能會(huì)腐蝕、降解或以其他方式損壞的要素。因此，當(dāng)選擇涂層時(shí)，常常考慮特定的要素環(huán)境為金屬表面將處于的情形。周圍條件也為決定涂層的因素，因?yàn)槟承┎牧显诟邏汉?或高溫下降解。運(yùn)轉(zhuǎn)范圍和運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的變化率可推動(dòng)材料選擇，因?yàn)橹車鷹l件的波動(dòng)能損壞涂層。圖I示出了保護(hù)下層基底12的涂層10的示例實(shí)施例。涂層10沿著限定了表面12與涂層10之間的接觸的界面14結(jié)合到基底12。涂層10顯示為由多層制成，其中直接在基底12頂部上的層被稱作基層16。在圖I的實(shí)施例中，基層16包括聚合物底漆(primer)的混合物。聚合物底漆的示例包括熱塑性非晶聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮以及它們的組合。熱塑性化合物的顆粒可分布到底漆16內(nèi)?？紤]在此用于本公開(kāi)的熱塑性化合物的示例包括但不限于聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮以及它們的組合。在示例實(shí)施例中，熱塑性材料可占基層16的體積的約10%至約40%。如此，基層16中的底漆18可占基層16的體積的約60%至約90%。在基層16的與基底12相反的一側(cè)上為熱塑性材料層20，其在一示例實(shí)施例中可為基本均質(zhì)的且由單種化合物制成。在一個(gè)示例實(shí)施例中，中間層22完全由熱塑性材料形成且可為構(gòu)成混雜在基層16內(nèi)的熱塑性材料20的相同材料。
外層24顯示為在中間層22的與基層16相反的一側(cè)上，其中外層由其中散布有顆粒的基質(zhì)材料構(gòu)成。在圖I的實(shí)施例中，基質(zhì)包括熱塑性材料26，其可由與熱塑性材料20相同或相似的材料制成。顯示為混雜于熱塑性材料26內(nèi)的顆粒28可為潤(rùn)滑劑，示例潤(rùn)滑劑包括但不限于含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、過(guò)氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它們的組合。形成如圖I所示的保護(hù)層10的優(yōu)點(diǎn)之一為，當(dāng)諸如通過(guò)加熱而熟化時(shí)，基層16由于熔化基層16中的熱塑性材料20而粘附到基底12和中間層22兩者的表面。通過(guò)熔化熱塑性材料20且允許其再固化，在基層16與基底12以及中間層22之間實(shí)現(xiàn) 了結(jié)合。此外，新穎的組成耐受可能對(duì)其它涂層有損壞性的爆發(fā)性減壓。因此，涂層10在涂覆于可以經(jīng)受可產(chǎn)生爆發(fā)性減壓的較大壓力和/或溫度波動(dòng)的閥表面時(shí)提供顯著優(yōu)點(diǎn)。在用途的一個(gè)示例中，層10顯示為涂覆至閥組件30內(nèi)的各種構(gòu)件。在圖2的示例中，閥組件30包括閥主體，在該閥主體中形成腔，用于允許閘36在其中的軸向移動(dòng)。閘36包括穿過(guò)它的開(kāi)口 38，并且可通過(guò)其到桿40的連接而在腔34內(nèi)軸向移動(dòng)。桿40顯示為從閘36向上突出且穿過(guò)桿通道42。在桿40的下端為用于將桿40緊固到閘36的鎖緊螺母44。軸向腔46設(shè)于閘36中且在鄰近開(kāi)口 38的部分中，腔46提供空間，當(dāng)閘36在主體32內(nèi)被軸向促動(dòng)時(shí)，桿40可延伸到該空間中。閥帽48顯示為安裝于主體32的上端，用于容納閘36的促動(dòng)機(jī)構(gòu)。閥帽48的上端變窄為頸部且穿過(guò)該頸部形成桿通道42。桿密封件52顯示為置于桿通道42的加寬部?jī)?nèi)且沿著桿40提供了密封功能，以防止從腔34到閥30外部的壓力連通。在桿密封件52的面向桿40的移動(dòng)部分的表面上，為如結(jié)合圖I所描述的保護(hù)涂層10。通過(guò)將涂層10涂覆到桿密封件52的滑動(dòng)接觸表面上，涂層10保護(hù)密封件52免于摩擦損壞。此外，如上文所述的那樣，涂層10在經(jīng)歷可導(dǎo)致其他這種涂層因爆發(fā)性減壓而起泡和開(kāi)裂的壓降時(shí)不會(huì)遭受損壞。在閥帽48內(nèi)還顯示了后座密封組件54，其圍繞桿40的一部分且具有與閥帽48的內(nèi)表面接觸的表面。一層涂層10顯示為在后座密封組件54的接觸閥帽48的表面上。如在上文所討論的那樣，關(guān)于桿密封件52，涂層10為后座密封組件54提供了摩擦保護(hù)而沒(méi)有遭受因爆發(fā)性減壓而起泡的缺點(diǎn)。圖2的實(shí)施例還包括用于促動(dòng)閘36的手輪56。與手輪56機(jī)械連接的齒輪箱為移動(dòng)閘36提供了機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，其中齒輪箱58設(shè)于環(huán)形軸環(huán)60上，環(huán)形軸環(huán)60顯示為安裝在頸部50的上端。輸出軸62從齒輪箱58下垂而與桿40的上端聯(lián)接接合。支承組件64圍繞輸出軸62且安裝于軸環(huán)60內(nèi)部的上端中。在圖3中以截面圖顯示了用于閥組件30的涂層10的另一應(yīng)用。在該示例中，閥主體32顯示為具有流動(dòng)通道66，其穿過(guò)主體32暢通且與腔34相交。在圖3的示例中，閘36被定位成使得開(kāi)口 38與通道66對(duì)準(zhǔn)。如圖所示，閥座68安裝于在主體32的面向閘36的一側(cè)形成的主體凹處70中。閥座68為環(huán)形部件且顯示為在其與閘36的側(cè)表面接觸的面上具有涂層10。如已知的那樣，通過(guò)附連桿40的移動(dòng)而在軸向上促動(dòng)閘36，使得閘36相對(duì)于閥座68的面滑動(dòng)。顯示為涂覆到滑動(dòng)表面和閥座68的相鄰?fù)獗砻嫔系耐繉?0提供了保護(hù)閘36和閥座68兩者免于由于滑動(dòng)接觸造成的損壞的表面；并且如上文所討論的那樣，涂層10抵抗由損壞其它已知涂層的減壓造成的損壞。如在圖3的示例實(shí)施例中所示的那樣，彈簧72顯示為在嵌套于主體凹處70中的閥座68的端部中。圍繞閥座68的其與閘的接觸相反的端部為密封件，用于在主體凹處70與閥座68之間進(jìn)行密封。在圖4A中以側(cè)視局部截面圖顯示了在構(gòu)件上形成如本文所述的涂層10的一個(gè)示例實(shí)施例。在圖4A的不例中，噴嘴76顯不為具有指向基底12的出口，其中每一層被噴涂到基底12和/或之前的層上。基底12可為構(gòu)件表面，其中構(gòu)件包括任何零件，包括閥組件的密封件。從噴嘴76的排放口出來(lái)的是噴涂物78，其表示處于液體形式的每個(gè)特定層的組成?，F(xiàn)參看圖4B，具有基底12和涂敷的涂層10的構(gòu)件顯示為放置在受熱環(huán)境中，諸如在施加熱使得溫度升高到超過(guò)基層16內(nèi)的熱塑性材料的熔點(diǎn)的爐80中。如上文所述的那樣，熔化熱塑性材料且然后允許它再固化在基層16與基底12之間以及在中間層18與基層16之間形成了改進(jìn)的結(jié)合。在示例實(shí)施例中，基層16具有高達(dá)約I ml的厚度，包括約O. 5ml與約O. 75 ml的厚度。在示例實(shí)施例中，中間層22和外層24具有范圍可從約I ml上至約5 ml的厚度。存在其它示例實(shí)施例，其中，中間層22和外層24的厚度可為I ml與5 ml之間的任何值。進(jìn)一步可選地，圖4A所示的噴涂技術(shù)可包括液體分散涂覆?？蛇x地，可包括靜電涂覆以將噴涂顆粒粘附到基底12或之前的層。因此，本文公開(kāi)的本方法很好地適于執(zhí)行和實(shí)現(xiàn)所提到的目的和優(yōu)點(diǎn)，以及其中固有的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。雖然出于公開(kāi)目的而給出了目前優(yōu)選的實(shí)施例，但是在實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的過(guò)程細(xì)節(jié)方面存在著許多變化。這些和其它類似修改會(huì)容易讓本領(lǐng)域技術(shù)人員想到它們，并且意圖被涵蓋在本文所公開(kāi)本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理從地層生產(chǎn)的流體的閥組件，包括 彼此滑動(dòng)接觸的構(gòu)件； 涂層，其在所述構(gòu)件之一的表面上，包括 基層，其在所述表面上，具有與熱塑性材料混合的底漆； 熱塑性材料層，其在所述基層的與所述表面上的該側(cè)相反的一側(cè)上， 熱塑性材料和潤(rùn)滑劑外層，其置于所述熱塑性材料層的與所述基層相反的一側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的閥組件，其特征在于，所述底漆包括選自由熱塑性非晶聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮以及它們的組合組成的組的聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的閥組件，其特征在于，所述熱塑性材料包括選自由聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮以及它們的組合組成的組的聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的閥組件，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑包括選自由含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、過(guò)氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它們的組合組成的組的聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的閥組件，其特征在于，所述底漆包括聚酰胺酰亞胺，并且所述熱塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥組件，其特征在于，所述基層中的聚酰胺酰亞胺的量包括從約60%至約90%的體積，并且所述基層中的PEEK的量包括從約10%至約40%的體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的閥組件，其特征在于，所述熱塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)，并且所述潤(rùn)滑劑包括聚四氟乙烯(PTFE)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥組件，其特征在于，所述外層中的PEEK的量包括從約10%至約40%的體積，并且所述外層中的PTFE的量包括從約60%至約90%的體積。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的閥組件，其特征在于，處于滑動(dòng)接觸的所述構(gòu)件的表面包括金屬，并且所述構(gòu)件之一包括密封件。
10.一種涂布閥構(gòu)件的表面的方法，包括 a.將底漆與熱塑性材料的混合物的基層涂覆到所述表面； b.將熱塑性材料層涂覆到所述基層的與所述表面上的該側(cè)相反的一側(cè)上； c.涂覆置于所述熱塑性材料層的與所述基層相反的一側(cè)上的熱塑性材料和潤(rùn)滑劑外層；以及 d.促動(dòng)所述閥，使得所述外層與金屬表面滑動(dòng)接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括通過(guò)使所述基層中的熱塑性材料熔化而將所述基層與所述熱塑性材料層結(jié)合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述底漆包括選自由熱塑性非晶聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮以及它們的組合組成的組的聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述熱塑性材料包括選自由聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮以及它們的組合組成的組的聚合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑包括選自由含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、過(guò)氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它們的組合組成的組的聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述底漆包括聚酰胺酰亞胺，并且所述熱塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述基層中的聚酰胺酰亞胺的量包括從約60%至約90%的體積，并且所述基層中的PEEK的量包括從約10%至約40%的體積。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述熱塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)，并且所述潤(rùn)滑劑包括聚四氟乙烯(PTFE)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述外層中的PEEK的量包括從約10%至約40%的體積，并且所述外層中的PTFE的量包括從約60%至約90%的體積。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述表面在金屬密封件上。
20.—種涂布閥構(gòu)件的金屬密封件的表面的方法,所述方法包括 a.將聚酰胺酰亞胺底漆與聚醚醚酮熱塑性材料的基層涂覆到所述金屬表面； b.將聚醚醚酮的熱塑性材料層涂覆到所述基層的與所述表面上的該側(cè)相反的一側(cè)上; c.將體積約10%至約40%的聚醚醚酮和體積約60%至約90%的聚四氟乙烯的外層涂覆到所述熱塑性材料層的與所述基層相反的一側(cè)上； d.通過(guò)使所述基層中的聚醚醚酮熔化而將所述基層與所述熱塑性材料層結(jié)合；以及 e.促動(dòng)所述閥，使得所述外層與金屬表面滑動(dòng)接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及抵抗源自減壓的損壞的高溫涂層，提供了一種用于保護(hù)易受環(huán)境降解影響的表面的涂層。該涂層可涂覆到金屬表面，以提供屏障免于否則將使表面材料降解的要素和/或周圍條件。該涂層包括多層，其中熱塑性聚合物完全或部分地包括在這些層中的一層或多層內(nèi)。該涂層的示例應(yīng)用為用于保護(hù)結(jié)合從地層生產(chǎn)的流體的處理而使用的閥組件的閥座密封件和閥桿密封件。
文檔編號(hào)C08L71/08GK102889424SQ20121025272
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者R.C.亨特, K.A.杜翁 申請(qǐng)人:韋特柯格雷公司