專(zhuān)利名稱(chēng)：一種油套管接頭復(fù)合表面層及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合物，具體涉及一種油套管接頭用組合物及其涂覆處理方法。
背景技術(shù)：
石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)必須使用油套管產(chǎn)品，套管用螺紋連接成套管柱，形成采油采氣通道，油管用螺紋連接成油管柱進(jìn)行采油采氣。油套管接頭重復(fù)上卸扣不發(fā)生粘扣是其重要性能指標(biāo)之一，為此，對(duì)接頭連接表面進(jìn)行磷化、電鍍銅錫合金等表面處理，在上扣時(shí)，再采用在接頭連接處涂覆螺紋脂，確保接頭連接處不發(fā)生粘扣失效。但螺紋脂中含有以鉛、鋅為主的重金屬粉末，這些重金屬粉末對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染，不能滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求。油套管產(chǎn)品在使用中既要保證上卸扣不粘扣性能，又要滿(mǎn)足環(huán)保要求，開(kāi)發(fā)不使用螺紋脂環(huán)保型油套管接頭是解決問(wèn)題的唯一方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種使油管套接頭不發(fā)生粘扣的復(fù)合表面層。本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供該復(fù)合表面層的處理方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種油套管接頭復(fù)合表面層，包括直接與油套管接頭接觸的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層，所述磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層上涂覆有有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層，所述有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層包括以下質(zhì)量百分比的組分:聚酰胺酰亞胺(PAI)20 45%，改性二硫化鑰(MoS2) 5 35%，三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA) 2 10%和水；所述聚酰胺酰亞胺為固含量20 %的水溶性懸濁液。根據(jù)本發(fā)明的油套管接頭復(fù)合表面層，優(yōu)選的是，所述改性二硫化鑰的粒徑為0.1 0.5 μ m ;所述三聚氰胺氰尿酸鹽的粒徑為0.5 I μ m。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述改性二硫化鑰粉末主要由以下質(zhì)量百分比的成分組成:83 96%二硫化鑰粉末、2 15% Y-氨丙基三乙氧基硅烷、2 12%脂肪醇聚氧乙烯醚和適量丙酮。丙酮在制備改性二硫化鑰時(shí)，添加的量必須使得二硫化鑰充分潤(rùn)濕、使得
Y-氨丙基三乙氧基硅烷和脂肪醇聚氧乙烯醚充分稀釋。烘干之后，丙酮完全揮發(fā)掉了，因此制得的改性二硫化鑰中不含丙酮。改性原理:通過(guò)在二硫化鑰表面包覆一層有機(jī)物質(zhì)，可以改善固體二硫化鑰顆粒的潤(rùn)濕性能，進(jìn)一步提高涂層與金屬基體間的附著強(qiáng)度。采用上述的組合物可方便地對(duì)經(jīng)磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理的油套管接頭表面進(jìn)行涂覆處理。本發(fā)明還提供了上述油套管接頭復(fù)合表面層的處理方法，該方法是將聚酰胺酰亞胺20 45%，改性二硫化鑰5 35%三聚氰胺氰尿酸鹽2 10%和水充分混合均勻后，噴涂于油套管接頭螺紋表面的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層上，共置于加熱裝置中，首先加熱至50 80°C保溫0.2 I小時(shí)，然后加熱至300 380°C保溫0.5 I小時(shí)。50 80°C保溫可以使涂層中的部分水份蒸發(fā)，保持在一個(gè)合理的水平，溫度太高會(huì)使得涂層中水份蒸發(fā)過(guò)快，涂層表面會(huì)產(chǎn)生氣孔，溫度太低則會(huì)在300 380°C的后續(xù)保溫過(guò)程中涂層產(chǎn)生氣孔。加熱溫度由50 80°C升至300 380°C，涂層燒結(jié)成膜。磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層的凹凸及空隙對(duì)上述有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層起到“釘扎”和儲(chǔ)存部分有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層材料，使涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度更好，在接頭重復(fù)擰接中不斷析出有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層材料，達(dá)到延長(zhǎng)涂層使用壽命效果，使上述組合物中的改性二硫化鑰成分充分發(fā)揮其自潤(rùn)滑作用，從而增強(qiáng)防粘扣性能。磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜能使抗粘扣性能優(yōu)良的理由是磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層的凹凸及空隙可增加固體潤(rùn)滑膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的油套管接頭復(fù)合表面層的處理方法，較好的是，所述改性二硫化鑰的粒徑為0.1 0.5 μ m ;所述三聚氰胺氰尿酸鹽的粒徑為0.5 I μ m。進(jìn)一步地，上述二硫化鑰粉末的表面改性方法為:按比例將83 96%二硫化鑰粉末、2 15% Y-氨丙基三乙氧基硅烷、2 12%脂肪醇聚氧乙烯醚和適量丙酮充分混合，然后烘干、球磨。丙酮在制備改性二硫化鑰時(shí)，添加的量必須使得二硫化鑰充分潤(rùn)濕、使得Y-氨丙基三乙氧基硅烷和脂肪醇聚氧乙烯醚充分稀釋。烘干之后，丙酮完全揮發(fā)掉了，因此制得的改性二硫化鑰中不含丙酮。采用本發(fā)明對(duì)油套管接頭進(jìn)行表面處理，然后，在上、卸扣試驗(yàn)機(jī)上完成油套管接頭全尺寸實(shí)物粘扣性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度高，具有防熱粘結(jié)的性能，油管和套管上、卸扣分別為10次和4次不粘扣,滿(mǎn)足了油套管接頭上、卸扣操作使用要求。本發(fā)明油套管接頭進(jìn)行表面處理方法，能夠方便地控制涂層的結(jié)合強(qiáng)度，工藝簡(jiǎn)單，操作容易，便于工業(yè)化實(shí)施。
具體實(shí)施例方式按錳磷化處理工藝獲得磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層，涂料組成按質(zhì)量百分比。實(shí)施例145%聚酰胺酰亞胺(PAI)，12%改性二硫化鑰{10%二硫化鑰(MoS2), 1.5% Y -氨丙基三乙氧基硅烷，0.5%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)，該比例是占最終有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層總質(zhì)量的百分比，下同}，5%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，38%水。PAI為水溶性懸濁液(固含量20% )，下同。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中70°C保溫0.5小時(shí)，然后再升高至380°C保溫I小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。表明抗粘扣性能優(yōu)良。實(shí)施例220%聚酰胺酰亞胺(PAI) ,8.2%改性二硫化鑰(MoS2)，{7%二硫化鑰(MoS2)，I %Y-氨丙基三乙氧基硅烷，0.2%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，2.5%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA), 69.3%水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中80°C保溫I小時(shí)，然后再升高至300°C保溫I小時(shí)。結(jié) 果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例3
30 %聚酰胺酰亞胺(PAI)，34 %改性二硫化鑰(MoS2)，{25 % 二硫化鑰(MoS2)，5% Y-氨丙基三乙氧基硅烷，4%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，10%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，26%水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中50°C保溫I小時(shí)，然后再升高至350°C保溫I小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例425 %聚酰胺酰亞胺(PAI)，34 %改性二硫化鑰(MoS2)，{25 % 二硫化鑰(MoS2)，5 %Y-氨丙基三乙氧基硅烷，4%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，7%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，34%水。 涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中60°C保溫I小時(shí)，然后再升高至360°C保溫I小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例540 %聚酰胺酰亞胺(PAI) ,5.2%改性二硫化鑰(MoS2)，{5 % 二硫化鑰(MoS2)，
0.1% Y-氨丙基三乙氧基硅烷，0.1%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，2%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，52.8%水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中80°C保溫I小時(shí)，然后再升高至360°C保溫I小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例635 %聚酰胺酰亞胺(PAI)，30 %改性二硫化鑰(MoS2)，{25 % 二硫化鑰(MoS2)，3 %
Y-氨丙基三乙氧基硅烷，2%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，8%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，27%水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中60°C保溫I小時(shí)，然后再升高至360°C保溫I小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例730 %聚酰胺酰亞胺(PAI)，34 %改性二硫化鑰(MoS2)，{25 % 二硫化鑰(MoS2)，5% Y-氨丙基三乙氧基硅烷，4%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，10%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，26%水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中50°C保溫I小時(shí)，然后再升高至350°C保溫0.5小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例845 %聚酰胺酰亞胺(PAI)，12 %改性二硫化鑰(MoS2), {10% 二硫化鑰(MoS2)，1.5% Y-氨丙基三乙氧基硅烷，0.5%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，5%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，38% 水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中70°C保溫0.2小時(shí)，然后再升高至380°C保溫0.5小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。實(shí)施例935 %聚酰胺酰亞胺(PAI)，30 %改性二硫化鑰(MoS2)，{25 % 二硫化鑰(MoS2)，3 %
Y-氨丙基三乙氧基硅烷，2%脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)}，8%三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)，27%水。涂覆工藝:噴槍壓力為0.25MPa，在干燥箱中60°C保溫0.6小時(shí)，然后再升高至360°C保溫0.8小時(shí)。結(jié)果:經(jīng)上述處理后，涂層與PllO鋼級(jí)的結(jié)合強(qiáng)度為I級(jí)。本發(fā)明油套管接頭進(jìn)行表面處理方法，通過(guò)磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層與有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層的復(fù)合，能夠方 便地控制涂層的結(jié)合強(qiáng)度，工藝簡(jiǎn)單，操作容易，便于工業(yè)化實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種油套管接頭復(fù)合表面層，包括直接與油套管接頭接觸的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層，其特征在于: 所述磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層上涂覆有有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層，所述有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層包括以下質(zhì)量百分比的組分:聚酰胺酰亞胺20 45%，改性二硫化鑰5 35%，三聚氰胺氰尿酸鹽2 10%和水； 所述聚酰胺酰亞胺為含固量20%的水溶性懸濁液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油套管接頭復(fù)合表面層，其特征在于:所述改性二硫化鑰的粒徑為0.1 0.5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油套管接頭復(fù)合表面層，其特征在于:所述三聚氰胺氰尿酸鹽的粒徑為0.5 I μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油套管接頭復(fù)合表面層，其特征在于:所述改性二硫化鑰粉末主要由以下質(zhì)量百分比的成分組成:83 96% 二硫化鑰粉末、2 15% Y-氨丙基三乙氧基娃燒、2 12%脂肪醇聚氧乙稀釀和適量丙麗。
5.權(quán)利要求1所述油套管接頭復(fù)合表面層的處理方法，其特征在于:將聚酰胺酰亞胺20 45%，改性二硫化鑰5 35%，三聚氰胺氰尿酸鹽2 10 %和水充分混合均勻后，噴涂于油套管接頭螺紋表面的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層上，共置于加熱裝置中，首先加熱至50 80°C保溫0.2 I小時(shí)，然后加熱至300 380°C保溫0.5 I小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述油套管接頭復(fù)合表面層的處理方法，其特征在于:所述改性二硫化鑰的粒徑為0.1 0.5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述油套管接頭復(fù)合表面層的處理方法，其特征在于:所述三聚氰胺氰尿酸鹽的粒徑為0.5 I μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述油套管接頭復(fù)合表面層的處理方法，其特征在于:所述二硫化鑰粉末的表面改性方法為 :按比例將83 96% 二化鑰粉末、2 15% Y-氨丙基三乙氧基硅烷、2 12%脂肪醇聚氧乙烯醚和適量丙酮充分混合，然后烘干、球磨。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種油套管接頭復(fù)合表面層，包括直接與油套管接頭接觸的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層和涂覆于其上的有機(jī)粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層，該涂層包括聚酰胺酰亞胺20～45％，改性二硫化鉬5～35％，三聚氰胺氰尿酸鹽2～10％和水。其處理方法是將上述組分充分混合均勻后，噴涂于油套管接頭螺紋表面的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層上，共置于加熱裝置中，加熱至50～80℃保溫0.2～1小時(shí)，然后加熱至300～380℃保溫0.5～1小時(shí)。本發(fā)明磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層的凹凸及空隙可增加固體潤(rùn)滑膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，其處理方法可方便地控制涂層的結(jié)合強(qiáng)度，工藝簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化實(shí)施。
文檔編號(hào)E21B17/02GK103225482SQ201210021239
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月30日
發(fā)明者王琍 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司