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      油套管螺紋防粘扣的方法

      文檔序號:3365155閱讀:362來源:國知局
      專利名稱:油套管螺紋防粘扣的方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及的是油套管防粘扣的表面處理技術,屬于油套管螺紋連接技術領域, 也屬于表面處理技術領域。
      背景技術
      當今油套管、鉆桿行業(yè)普遍存在粘扣問題,一般認為有以下幾個原因(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 技術不好(如高鋼級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行的化學反應,其反應特性要求在特定的條件下進行。 首先在金屬表面活性點上形成磷酸鹽晶核,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,特別是當金屬 經(jīng)過酸洗除銹、強堿除油等前處理后,金屬的表面性能遭到破壞,要獲得滿意的磷化效果, 必須對金屬表面進行調(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晶原點越多,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)整時間為50s時形成網(wǎng)狀結構,大量的結晶原點形成網(wǎng)狀 結晶核。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化程度,而高的覆蓋率會使磷化膜更加細致緊密且連續(xù),并 且膜重也會降低。在金屬表面與磷化液接觸前就形成大量的極細晶核,當金屬表面與磷化 液接觸時,立即開始上膜,這不僅加快了磷化速度,而且阻止了大結晶的生成,防止在金屬 表面生成粗糙多孔的磷化膜,轉而促進形成薄而致密的磷化膜。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是針對國內(nèi)螺紋,特別是高鋼級、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)明的技術方案一種油套管螺紋防粘扣的方法,采用手動浸式磷化工藝,其步 驟為(a)預脫脂化學脫脂,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),彌補因脫脂、酸洗等帶來的表面缺陷, 提供磷化所需要的結晶條件;(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,高鋼級油套管接箍反應20 50min,低鋼級油套管接箍反應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1. 0 40g/mL ;所述高鋼級油套管接箍選用P110、Q125、V140或防硫鋼級,低鋼級油套管接箍選 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油套管接箍進行防銹處理,使螺紋磷化層的顆粒空隙 中貯存一定量的潤滑油,進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 長時間風吹日曬、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,當接箍擰接到位突然中斷時,磷化膜還能夠吸收 一定的機械應力,防止螺紋表面損傷。當接箍表面與磷化溶液接觸時,在接箍表面上的微陽 極區(qū)就會產(chǎn)生鐵的溶解,同時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。當從非摩擦區(qū)進入 摩擦區(qū)時,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,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)化實施后,磷化層達到了均勻、牢固、完整、無銹跡 和基體金屬裸露的磷化質(zhì)量要求,對磷化后的油套管接箍進行跟蹤檢測,磷化螺紋的整體
      4性能得到加強,油套管使用損壞率明顯降低。使用原技術處理的油套管損壞率高,修復工作 量大,并且每年有大量因嚴重粘扣、在現(xiàn)場無法正常卸開而氣割報廢的油套管;而使用本發(fā) 明所述防粘扣表面磷化處理技術,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。
      具體實施例方式實施例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準范圍之內(nèi)。手動浸式磷化過程為(a)預脫脂將 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,(高鋼級油套管接箍反應20 50min,低鋼級油套管接箍 反應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油套管進行防銹處理;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。實施例2螺紋鍍銅,本實施例為對照例(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準范圍之內(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。實施例3螺紋鋅鹽磷化,本實施例為對照例(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準范圍之內(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浸式磷化工藝,其步驟為(a)預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,高級鋼油套管接箍反應20~50min,低級鋼油套管接箍反應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;所述高鋼級油套管接箍選用P110、Q125、V140或防硫鋼級;低鋼級油套管接箍選用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步驟(k)處理所得油套管接箍進行防銹處理。
      2.根據(jù)權利要求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,屬于油套管螺紋連接技術領域,也屬于表面處理技術領域。本發(fā)明采用手動浸式磷化工藝,實施流程為預脫脂、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)濟效益。
      文檔編號C23C22/07GK101956188SQ201010268210
      公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月26日
      發(fā)明者葉仁平, 朱富林, 高連新 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司
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