CN103119106B - 用于钻探或加工烃井的管状部件的螺纹端和得到的连接件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钻探或加工烃井的管状部件的螺纹端(1;2),取决于螺纹端为阳型或者阴型,所述端包含在其的外或内周表面上产生的螺纹区(3;4),端(1;2)的至少一部分涂布有包含有机基质的干膜,在所述有机基质中离子交换颜料以3‑30重量%的比例分散;和由通过上扣而连接两个对应端得到的连接件。

Description

用于钻探或加工烃井的管状部件的螺纹端和得到的连接件
本发明涉及用于钻探和加工烃井(hydrocarbon well)的防磨损管状部件,并且更确切地涉及该部件的螺纹端,所述端为阳型或阴型并且能够连接于另一个部件的对应端以形成连接件。本发明还涉及由通过上扣(makeup)而结合两个管状部件所得到的螺纹连接件。本发明还涉及涂布该防磨损的管状部件的方法。
“用于钻探和加工烃井”的部件是指这样的任何元件:其基本为管状,意图连接于另一个相同类型的元件或者另外最终构成用于钻探烃井的柱或意图用于维护的提升器,例如检查提升器,或用于加工的提升器,例如开采提升器,或者用于加工井中的套管柱或油管柱。本发明还可用于钻柱中使用的部件,例如钻管、重型质量钻管、钻环和管连接件的部分以及作为钻具接头而已知的重型质量管。
每个管状部件包含具有阳螺纹区的一端和/或具有阴螺纹区的一端,每一端意图通过上扣而连接于另一部件的对应端,组件界定了螺纹管状连接件。
螺纹管状部件在规定的负荷下连接以满足由工作条件提出的对于过盈配合和密封的要求。由此所得到的螺纹管状连接件在上扣端经受最佳的过盈配合,这是对于螺纹连接件的最佳机械强度例如就拉伸力而言、还有就工作中的意外断开而言、和对于最佳密封性能的度量。因此对于给定类型的连接件,螺纹连接件的设计者有义务界定最佳上扣扭矩的值,所述值对于所有该连接件类型的组件必须低于塑化扭矩CP(以避免相接点塑化和引起的缺点)并且高于肩部扭矩、CAB。完成上扣至低于CAB的扭矩不能保证阳和阴元件的正确相对位置,并且因此对于它们的密封表面不能保证合适的过盈配合。因此,最佳上扣扭矩应该实质上高于肩部扭矩CAB。因此,塑化扭矩CP与肩部扭矩CAB之间的差值越大,用于界定最佳上扣扭矩的余地就越大,并且就工作负荷而言螺纹连接件将越强。为了满足这类规格,必须使用这样的涂料:所述涂料可以获得大于或等于根据美国石油协会API RP 5A3用传统正规化润滑剂得到的塑化扭矩与肩部扭矩之间的差值。
而且,涂料必须提供具有好的防磨损性的连接件并且使得完成一定量的上扣和断开循环而对界面接触的表面没有改变。这意味着对于多于500MPa并且优选多于800MPa的接触压力而言,高压剪切强度必须等于或好于符合API(美国石油协会)标准RP 5A3的油脂的高压剪切强度。
将螺纹管状部件进行连接然后在就腐蚀而言严格的条件下使用。再次,希望使用可以尽可能抵制腐蚀的出现的涂料。该腐蚀使螺纹和密封区的几何结构恶化。腐蚀有许多起源,通常与在热、潮湿、海上等的地区中管状部件的运输和/或储存有关。
更确切地,本发明意图解决所有或一些上述的技术要求。
本发明涉及用于钻探或加工烃井的管状部件的螺纹端,取决于螺纹端为阳型或者阴型,所述端包含在其的外或内周表面上产生的螺纹区。所述端的至少一部分涂布有包含有机基质的干膜,在所述有机基质中离子交换颜料以3-30重量%的比例分散。
任选的特征,其为补充的或者替代的,在下面定义。
颜料可以包含选自由以下组分界定的类别的阳离子交换颜料:钙、锌、钴、锶、锂、镁或钇离子交换无定形二氧化硅,钙、钼或钠离子交换沸石,和钙或铈离子交换膨润土。
颜料可以包含阴离子交换颜料,例如钒酸根离子交换水滑石。
有机基质可以具有与对于根据API标准RP 5A3的油脂所获得的相等或比其大的至少500MPa的接触压力下的剪切强度。同时,有机基质可以具有比对于根据API标准RP 5A3的油脂所获得的大或与其相等的肩部扭矩阻力值。
有机基质可以为热塑性基质。
有机基质可以选自由以下组分界定的类别:聚酰胺、聚乙烯蜡、基于酸二聚物的共聚酰胺、酯化松香(esterified colophanes)、萜烯树脂、苯乙烯-萜烯树脂、聚醚醚酮、聚氟烷(polyfluoroalkyls)和聚醚砜。
有机基质可以包含聚乙烯蜡。
有机基质可以包含共聚酰胺树脂。
有机基质可以为热固性基质。
有机基质可以包含聚氨酯。
聚氨酯基质可以通过使用多异氰酸酯型固化剂将在含水分散体中或在溶剂基质中的氟氨基甲酸酯聚合物固化而得到。
聚氨酯基质可以通过使用多异氰酸酯型固化剂将固体聚酯多醇固化而得到。
聚氨酯基质可以通过UV固化然后通过混合丙烯酸类-氨基甲酸酯共聚物的湿法聚合而得到。
端部在用干膜将其涂布前可以通过选自由砂磨、转化处理和电解沉积组成的组的表面准备步骤来预处理。
有机基质可以进一步包含固体润滑剂的颗粒。
有机基质可以进一步包含腐蚀抑制剂。
螺纹区可以至少部分涂布有干膜。
螺纹端可以包含金属/金属密封表面,所述密封表面涂布有干膜。
本发明还涉及螺纹管状连接件,其包含彼此上扣的阳螺纹端和阴螺纹端,根据本发明,至少一个螺纹端涂布有干膜。
涂布有干膜的端可以是阴螺纹端。
参照附图,在下面的描述中将更详细地描述本发明的特征和优点。
图1是由通过上扣而连接两个管状部件所得到的连接件的图解视图;
图2是两个螺纹管状部件的上扣曲线的图解视图;
图3是根据本发明在管状涂布部件的表面涉及的化学机理的图解视图;
图4是试验装置的图解视图。
图1中所示的螺纹连接件包含伴随着旋转轴10具有阳端1的第一管状部件,和伴随着旋转轴10具有阴端2的第二管状部件。两个端1和2各自在终止表面结束并且分别具有螺纹区3和4,所述终止表面相对于螺纹连接件的轴10为径向方向,所述螺纹区3和4相互协作而用于两个部件通过上扣的相互连接。螺纹区3和4可以为梯形、自锁等螺纹类别。而且,在通过上扣而连接两个螺纹部件后分别在接近于螺纹区3,4的阳端和阴端上提供意图彼此过盈接触的金属/金属密封表面5,6。最后,阳端1在终止表面7结束,当两个端彼此上扣时,所述终止面7相对于提供在阴端2上的对应的表面8而相接。申请人还开发了另一个实施方案,其中在本情形中通过两个接触面7和8形成的相接由螺纹区3,4的自锁过盈协作所代替-参见US-4822081、US RE30467和US RE34467。
如在图1和3中看到的那样,至少一个螺纹管状连接件在其中一个端的至少一部分、称为基材11上涂布有包含含离子交换颜料的有机基质的干膜12。干膜12可以至少部分覆盖螺纹区3,4。干膜12可以至少部分覆盖金属/金属密封表面5,6。在图1中所示的实施方案中,干膜12形成于螺纹区4的中心区。
在漆类涂料中使用离子交换颜料作为腐蚀抑制剂是新近的,并且积极地有助于逐渐替代已知极其有毒的传统腐蚀抑制剂、例如铬酸锌。已经优先地在具有含水和/或溶剂基质的有机涂料中研究了离子交换颜料的保护机理。
离子交换颜料的作用机理可以描述为基于两个不同步骤的电化学方法,引起:
·在涂层12中存在的侵蚀性离子的吸附;
·在表面上的不溶的保护层的形成导致基材11与涂层12之间的界面13的钝化。
申请人特别注意到阳离子交换二氧化硅、和更特别地注意到钙离子交换二氧化硅,其产生非常好的结果。在钢基材11的情形中并且对于包含水、氧和氢氧根离子的潮湿环境,保护机理详述于图3中。金属铁原子通常通过电化学机理1a氧化成铁离子Fe2+,并且在第二步骤中可以在区A在阳极腐蚀点被氧化成铁离子Fe3+
由于有机涂层12的渗透性,因此氧和水可以存在于涂层与基材11之间的界面13,在那里借助于在区C处的阳极反应,氧通过电化学机理1b而还原成氢氧根离子OH-
由于涂层的碱度,二氧化硅可以通过电化学机理2a而溶解成硅酸根离子。离子交换颜料的该可溶部分可以在涂层与基材11之间的界面13处通过电化学机理3a与铁离子反应,形成硅酸铁的保护层4a。
在该反应的同时,在侵蚀性H+离子吸附在二氧化硅表面后的存在于二氧化硅颜料表面的钙离子通过电化学机理2b而被释放,其在反应时通过电化学机理3b与硅酸根离子反应,以在金属4b的表面处在碱性区形成硅酸钙的膜。
硅酸钙的颗粒可与硅酸铁的那些一起沉淀,以通过在金属表面处的混合氧化物的层的形成而增强不溶的保护层。
对于不同于铁的金属原子例如锌,通过在牺牲阳极腐蚀点ZnSiO3保护层的形成,该提出的机理也是有效的。当以着重于耐腐蚀性的目的而已经进行了磷酸盐化型的表面准备或电解沉积时,包括锌。
因为它们的结构,阳离子交换二氧化硅也提供其他优点:
·颜料表面的高碱性的性质意味着涂层中的酸化合物被中和(低碱度的涂层对于保护机理是不利的);
·对于更小的数量,与常规无机腐蚀抑制剂颜料相比的低密度和高比表面积提供更好的效率;
·它们的通用性意味着广泛种类的粘结剂,例如热塑性树脂或热固性树脂,可用于含水的、溶剂或热熔基质中。
可使用的阳离子交换颜料是合成的钙、锌、钴、锶、锂、镁或钇离子交换无定形二氧化硅颜料,钙、钼或钠离子交换沸石,或者钙或铈离子交换膨润土。
关于阴离子交换颜料,更特别地用含有氯化物离子的侵蚀性电解质、例如钒酸根阴离子交换水滑石而发生阴离子交换反应。
有机基质的选择优选定向于以下的有机基质:具有大于或等于对于符合API标准RP 5A3的油脂获得的至少500MPa的接触压力下的剪切强度和具有大于或等于对于符合API标准RP 5A3的油脂获得的肩部扭矩值。至少500MPa的接触压力下的剪切强度与肩部扭矩值相关。大的高压剪切强度由肩部扭矩值获得,该后者在Bridgman型机器上使用试验相对于API油脂的参考扭矩而确定。在本申请中在下面详细描述试验。
已经研究了第一类别有机基质,即热塑性材料并且更特别地是聚酰胺、聚乙烯蜡、基于酸二聚物的共聚酰胺、酯化松香、萜烯树脂、苯乙烯-萜烯树脂、聚醚醚酮、聚氟烷和聚醚砜。
已经研究了第二类别有机基质,即热固性材料并且更特别地是聚氨酯。设想了获得聚氨酯的几种方法:
·使用多异氰酸酯型固化剂将在含水分散体中或在溶剂基质中的氟氨基甲酸酯聚合物固化;
·使用多异氰酸酯型固化剂将固体聚酯多醇固化;
·通过UV聚合然后湿法聚合将在含水分散体中或在溶剂基质中的混合丙烯酸类-氨基甲酸酯共聚物固化。
申请人最初在钙离子交换二氧化硅、并且更特别地在由供应商GRACEDAVISON在商品名SHIELDEX AC5下出售的合成钙离子交换无定形二氧化硅上进行腐蚀试验。
申请人测量由钙离子交换二氧化硅在各种热塑性基质中提供的腐蚀保护,所述基质还可能包含补充的添加剂例如润滑剂或腐蚀抑制剂。
类似地,在一些情形中,在试验样品接受干膜涂布前,它们最初经受选自由砂磨,转化处理例如磷酸盐化,或电解沉积例如Cu-Sn-Zn组成的组的表面准备步骤。
腐蚀试验由在人工气候室中在以下条件下进行的盐喷雾试验组成:35℃,用在25℃具有1.029-1.036密度,在25℃具有6.5-7.2的pH的50g/L盐水溶液,并且在1.5mL/h平均速率下回收。
没有生锈的完整的样品然后必须在暴露后对应于ISO标准9227的ReO等级。该方法提供了证实有或没有腐蚀保护涂层的金属材料的相当量得到保持的方式。
耐水性试验由将样品经受在人工气候室中进行的根据DIN标准50017的加速腐蚀试验组成。该试验,包括1个循环/天,由在以下条件下通过冷凝而沉积水蒸气所组成:35℃,90%相对湿度8小时,然后使得样品干燥。7个循环后,进行检验以查看是否由涂料保护的基材被腐蚀。
优异的耐性必须对应于ISO标准4628中的分级:通过锌磷酸盐化(8-20g/m2磷酸盐沉积)处理的或者通过具有Ni中间层的三元Cu-Sn-Zn合金的电解沉积处理的碳钢板没有腐蚀、没有起泡、没有裂化、也没有剥落。
将得到的结果与用传统有机或无机腐蚀抑制剂、即过碱化的磺酸钙衍生物和水合锌钙锶正磷硅酸盐而得到的那些进行比较。
首先,申请人测量碳钢表面的腐蚀保护,所述碳纲表面用电解的Cu-Sn-Zn沉积处理、然后用包含各种传统无机腐蚀抑制剂颜料(样品A、B、D)和SHIELDEX(样品C)的粘塑型单组分基质例如聚乙烯蜡(均聚物)涂布。以下的表1表明,与已知的颜料或蜡腐蚀抑制剂相比,钙离子交换二氧化硅的使用可以将耐腐蚀性增加至少50%。
表1
从这些第一次结果,申请人然后寻求确定可以提供令人满意的腐蚀保护的极限浓度。
表2
表2表明从10重量%钙离子交换二氧化硅的极限浓度开始,腐蚀保护变得有效。对于更高的浓度,腐蚀保护轻微增加但大量颜料可能造成膜中不均匀,造成不需要的孔隙度。
基于10重量%钙离子交换二氧化硅的最佳浓度,申请人将对于已经经受了在前的表面准备步骤的碳钢表面具有不同的粘合性能的几种热塑性基质的腐蚀保护进行比较。在该情形中,其是电解的Cu-Sn-Zn沉积。
结果示于表3中:
表3
与用其他无机颜料例如10%锶锌钙的正磷硅酸盐和10%磷酸锌得到的结果(表4)比较,就腐蚀保护而言,钙离子交换二氧化硅提供了相对的通用性,无论使用何种热塑性基质,并且尤其是具有纯的共聚酰胺树脂。换句话说,离子交换二氧化硅的保护机理意味着传统的阴极和/或阳极型机理可以不再使用。
表4
如在表5中看出的那样,申请人证实粒径对于防腐蚀保护性能的重要性。对于亚层型涂层而言,希望使用具有不超过20μm的小平均粒径的钙离子交换二氧化硅。申请人还证实小粒径意味着涂层厚度可以更低。
表5:*平均涂层厚度=35-40μm;**:平均厚度=~25μm。
申请人然后观察到与钙离子交换二氧化硅的粒径成比例的干涂层厚度的减小产生非常有趣的腐蚀保护倍增的盐喷雾试验性能。该结果开启了在肩部阶段的期间较少过盈的较薄热塑性基质上润滑涂层的前景,由此产生可操纵的肩部扭矩值。
关于涉及膜的摩擦学结果,申请人测量在对于“优质”连接件而言特定的上扣操作期间引入离子交换颜料的涂层的性能。更准确地,模拟并且测量肩部扭矩阻力CSB,也是ToSR(肩部扭矩阻力)。在油工业中使用的对于优质连接件而言特定的上扣操作期间该扭矩上升,并且示于图2中。图2中的曲线表示作为产生的旋转转动数目的函数的上扣扭矩(或者过盈)。
如可看到的那样,用于“优质”连接件的上扣扭矩的曲线分成四个部分。在第一部分P1中,螺纹管状连接件的第一部件的阳螺纹元件(或销)的外螺纹还没有与相同螺纹管状连接件的第二部件的对应阴螺纹元件(或盒)的内螺纹径向过盈。
在第二部分P2中,阳和阴螺纹元件的螺纹的几何过盈产生径向过盈,当继续上扣时该过盈增加(产生小但增加的上扣扭矩)。
在第三部分P3中,在阳螺纹元件的端部的外周围的密封表面与阴螺纹元件的对应密封表面径向过盈,产生金属/金属密封。
在第四部分P4中,阳螺纹元件的前端面与阴螺纹元件的上扣相接的环形表面轴向相接。该第四部分P4对应于上扣的终止阶段。上扣扭矩CAB,其对应于第三部分P3的结束和第四部分P4的开始,被称为肩部扭矩。对应于第四部分P4的结束的上扣扭矩CP被称为塑化扭矩。
超出该塑化扭矩CP,假定阳上扣相接(阳螺纹元件的端部)和/或阴上扣相接(位于阴螺纹元件的环形相接表面后面的区域)经受塑料变形,这可能就密封表面之间的接触紧密性而言、也通过密封表面的塑化而使性能降低。塑化扭矩CP与肩部扭矩CAB的值之间的差值被称为肩部扭矩阻力CSB(CSB=CP-CAB)。
在上扣的最终,螺纹管状连接件经受最佳过盈配合,这是对于螺纹连接件的最佳机械强度、例如就拉伸力而言、还有就工作中的意外断开而言,和对于最佳密封性能的度量。因此对于给定类型的螺纹连接件,螺纹连接件的设计者有义务界定最佳上扣扭矩值,所述值对于所有该连接件类别的连接件必须低于塑化扭矩CP(以避免相接点塑化和引起的缺点)并且高于肩部扭矩、CAB。
具有小于CAB的扭矩的最终上扣不能保证阳和阴元件的正确相对定位和因此在它们的密封表面之间的有效的密封。而且,存在断开的风险。对于相同类型的连接件,肩部扭矩CAB的有效值从一个连接件到另一个极大地波动,因为其取决于阳和阴螺纹以及密封表面的直径和轴向加工公差;最佳上扣扭矩应该显著高于肩部扭矩CAB。因此,肩部扭矩阻力CSB的值越高,用于界定最佳上扣扭矩的余量越大,并且更多的螺纹连接件将耐工作应力。
使用Bridgman型机器进行摩擦试验。这类机器特别地描述于DKuhlmann-Wilsdorf等的论文“Plastic flow between Bridgman anvilsunder high pressures”,J.Mater.Res,6卷,12期,1991年12月中。
Bridgman机器的图解和功能例子示于图4中。该机器包含:
·可以在选择的速度下旋转驱动的圆盘DQ;
·第一铁砧EC1,优选圆锥型,其永久地连接于圆盘DQ的第一面;
·第二铁砧EC2,优选圆锥型,其永久地连接于与其的第一面相对的圆盘DQ的第二面;
·第一EP1和第二EP2压力元件,例如活塞,其可以施加选择的轴向压力P;
·第三铁砧EC3,优选圆柱型,其永久地连接于第一压力元件EP1的一个面;
·第四铁砧EC4,优选圆柱型,其永久地连接于第二压力元件EP2的一个面。
为了试验润滑剂组合物,将两片与构成螺纹元件的材料相同的材料用所述组合物覆盖,以形成第一S1和第二S2样品。随后,将第一样品S1***到第一EC1的自由面与第三EC3铁砧之间,并且将第二样品S2***到第二EC2的自由面与第四EC4铁砧之间。随后,使圆盘DQ在选择的速度下旋转,同时用第一EP1和第二EP2压力元件的每一个施加选择的轴向压力P(例如1GPa的数量级),并且测量每一样品S1、S2经受的上扣扭矩。
在Bridgman试验中选择轴向压力、旋转速度和旋转角度以模拟Hertz压力和在上扣结束时相接表面的相对速度。
使用该机器,可以固定几个不同的参数对(上扣扭矩,旋转速度),以将预定的上扣扭矩施加于样品S1和S2上,并且因此检验这些样品S1和S2是否严密地遵从给定的上扣扭矩曲线,并且特别是在磨损前是否它们可以达到一定数目的完成的旋转,该数目至少等于相对于选择的上扣扭矩而选择的阈值。
在本情形中,选择的接触压力为1GPa并且旋转速度为1rpm。试验样品由碳钢形成,加工然后用不同的干涂料的配方进行涂布,所述配方在下表中连同肩部扭矩阻力(CSB或ToSR)的确定一起列出。
因此申请人使用Bridgman试验确定没有离子交换二氧化硅颜料的各种热塑性基质的摩擦-流变性能、然后具有离子交换二氧化硅颜料的各种热塑性基质的摩擦-流变性能。对于研究的热塑性基质的代表性部分,表6概述了ToSR和盐喷雾试验性能。
表6:涂层的平均厚度=30-40μm
钙离子交换二氧化硅的引入后的结果在表7中给出:
表7
申请人观察到通过使用钙离子交换二氧化硅作为腐蚀抑制剂颜料,腐蚀保护显著得到增强,这意味着在盐喷雾试验中可以实现750小时或更多的暴露而没有生锈。表面准备的钝化也非常好;对于研究的所有样品,在1000小时暴露后少于10%的表面被腐蚀或者不钝化。
同时,在各种热塑性基质中使用钙离子交换二氧化硅作为腐蚀抑制剂仅表现出80%-110%的肩部扭矩阻力,这极大地有助于各种基质的该值增加。相对的增加为7%-13%。
根据这些好的性能,申请人寻求检验在几种引入了公认的固体润滑剂的配方中是否保持了钙离子交换二氧化硅的功效,特别是就它们对肩部扭矩阻力和涂料均匀性的不利影响而言。配方的组成和性能在表8中给出。
表8:(*:具有电解的Cu-Sn-Zn沉积的碳钢样品;**:具有锌磷酸盐化的碳钢样品)。
固体润滑剂通常引入这些基质对于腐蚀保护不利,因为涂层的硬度得到增加。对于样品A,申请人观察到裂纹和过早分离。
相反,腐蚀保护性能证明是优异的,尤其对于足够柔性的热塑性基质而言,即使用不同的表面准备通过机械接合而增强了粘合性。
肩部扭矩阻力值保持不变,说明热塑性基质的选择对于添加剂(固体润滑剂、流变改性添加剂、腐蚀抑制剂)和最重要的是、在非常高压下完全不可预见的总的流变性能的思想的考虑的重要性。
为了以明确的方式来验证钙离子交换二氧化硅,申请人选择对于相同的热塑性基质、比较具有不同的保护机理的不同的腐蚀抑制剂颜料,即:
·硬脂酸锌,其减小离子渗透性并且增加湿粘合性;
·层状铝,其增加表面电阻并且充当牺牲阳极。
表9:具有电解的Cu-Sn-Zn沉积的碳钢样品
当用另一种腐蚀抑制剂、即钙改性的三磷酸铝来测试其他热塑性基质时,申请人得到相同的结论。非常好的结果示于下表10中。
表10:具有电解的Cu-Sn-Zn沉积的碳钢样品
最后,在热塑性基质中得到的离子交换二氧化硅的性能可以相当地得到提高,即通过用纳米颜料增强基质。表12总结了得到的结果。
表11:具有电解的Cu-Sn-Zn沉积的碳钢样品
申请人观察到,在盐喷雾试验中超过1500小时暴露,用具有γ结晶结构的纳米氧化铝代替固体润滑剂可以相当地增加腐蚀保护而没有锈斑,不改变就摩擦和肩部扭矩阻力而言的机械性能。另外将注意到,对于超过1500小时的盐喷雾试验暴露时间,离子交换二氧化硅和纳米氧化铝的协同组合也有助于增强电解的Cu-Sn-Zn型表面准备的钝化。
申请人还评价了在多种热固性基质中钙离子交换二氧化硅提供的腐蚀保护,所述基质也可能包含补充的添加剂例如固体润滑剂或腐蚀抑制剂。
更特别地,申请人研究了最初用电解的Cu-Sn-Zn沉积处理并且然后用氟氨基甲酸酯涂料涂布的碳钢的腐蚀保护。氟氨基甲酸酯涂料由可固化的氟乙烯乙烯基醚的含水分散体获得。得到的结果示于表12中。
表12
为了提高离子交换二氧化硅的腐蚀保护,研究者以获得协同效应的而将钙离子交换二氧化硅与磷硅酸盐型腐蚀抑制剂颜料组合。结果示于表13中。钙离子交换二氧化硅与腐蚀抑制剂例如750之间的协同效应是指根据ISO标准9227,获得1200小时或更多的腐蚀保护而没有锈斑、起泡或分离,并且表面准备的大部分钝化。两种腐蚀抑制剂之间的重量比优选为1。
表13
总之,钙离子交换二氧化硅可以产生显著的腐蚀保护,尤其是与已知的腐蚀抑制剂比较,对于使用的各种热塑性基质而言,无论它们是过碱化的磺酸钙或者无机锶锌钙的正磷硅酸盐类颜料或者甚至为层状铝型的。
而且,基质的流变性能受到钙离子交换二氧化硅的使用积极地影响。
钙离子交换二氧化硅的使用可以满足两个目的,即:
·使用盐喷雾试验在不利环境中多于750小时的暴露时间以上,提供腐蚀保护;
·保持或提高热塑性基质的肩部扭矩阻力值。
同时,通过将单一颜料组分引入基质,本发明同时在低和高赫兹负荷下提供耐腐蚀性能和可以将肩部扭矩阻力值稳定在高的值的性能,而不改变润滑性能。
在着重的保护的背景下,阴离子交换颜料的或者与阳离子交换颜料例如钙离子交换二氧化硅协同或者将其代替的使用,将在潮湿条件下提供甚至更全面的腐蚀保护响应,与表面或表面准备无关。实际上,由于它们的保护机理特别适应于含有氯化物离子的潮湿介质,并且由于颜料和金属原子在表面上各自的电化学势,因此阴离子或阳离子交换颜料之间的结合可以是特别合适的,尤其是因为对于表面上不同的金属原子或者对于不同的表面准备而言,通过该机理可以形成多个不溶的保护层。
作为例子,钙离子交换二氧化硅和钒酸根离子交换水滑石之间的结合将提高侵蚀离子吸附(H+和氯化物),并且将特别地通过存在的离子类的电子相互作用或物理吸附而增强电解的Cu-Sn-Zn沉积在界面的钝化。
就应用而言,优选将包含其中分散有离子交换颜料的有机基质的干膜施加于用于钻探或加工烃井的管状部件的螺纹区。更特别地,所述干膜可以沉积在阴螺纹区,所述螺纹区被提供以通过上扣而与阳螺纹区协作,所述阳螺纹区本身可以涂布有不同性质的干膜。
以非限制的方式,也可以将包含其中分散有离子交换颜料的有机基质的干膜施加于图1中所述的密封表面5,6,并且意图通过过盈配合而协作,和/或施加于相接表面7,8。

Claims (18)

1.一种用于钻探或加工烃井的管状部件的螺纹端,取决于螺纹端为阳型或者阴型,所述螺纹端包含在其的外或内周表面上产生的螺纹区,其特征在于,螺纹端的至少一部分涂布有包含渗透性有机基质的干膜,其中所述基质中离子交换颜料以3-30重量%的比例分散,其中所述颜料由阳离子交换颜料和由钒酸根离子交换水滑石组成的阴离子交换颜料组成,该阳离子交换颜料选自由以下组分界定的类别:钙、锌、钴、锶、锂、镁和/或钇离子交换无定形二氧化硅,钙、钼和/或钠离子交换沸石,和钙和/或铈离子交换膨润土。
2.根据权利要求1的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质具有至少500MPa的接触压力下的剪切强度和比对于符合API标准RP5A3的油脂所获得的大或与其相等的肩部扭矩阻力值。
3.根据权利要求1或2的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质是热塑性基质。
4.根据权利要求3的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质选自由以下组分界定的类别:聚酰胺、聚乙烯蜡、基于酸二聚物的共聚酰胺、酯化松香、萜烯树脂、苯乙烯-萜烯树脂、聚醚醚酮、聚氟烷和聚醚砜。
5.根据权利要求3的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质包含聚乙烯蜡。
6.根据权利要求3的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质包含共聚酰胺树脂。
7.根据权利要求1或2的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质是热固性基质。
8.根据权利要求7的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质包含聚氨酯。
9.根据权利要求8的管状部件的螺纹端,其特征在于,聚氨酯基质通过使用多异氰酸酯型固化剂将在含水分散体中或在溶剂基质中的氟氨基甲酸酯聚合物固化而得到。
10.根据权利要求8的管状部件的螺纹端,其特征在于,聚氨酯基质通过使用多异氰酸酯型固化剂将固体聚酯多醇固化而得到。
11.根据权利要求8的管状部件的螺纹端,其特征在于,聚氨酯基质通过UV固化然后通过杂化丙烯酸类-氨基甲酸酯共聚物的湿法聚合而得到。
12.根据前述权利要求1-2、4-6和8-11中任一项的管状部件的螺纹端,其特征在于,螺纹端在用干膜涂布前通过选自由砂磨、转化处理和电解沉积组成的组的表面准备步骤来预处理。
13.根据前述权利要求1-2、4-6和8-11中任一项的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质进一步包含固体润滑剂的颗粒。
14.根据前述权利要求1-2、4-6和8-11中任一项的管状部件的螺纹端,其特征在于,有机基质进一步包含腐蚀抑制剂。
15.根据前述权利要求1-2、4-6和8-11中任一项的管状部件的螺纹端,其特征在于,螺纹区至少部分涂布有干膜。
16.根据前述权利要求1-2、4-6和8-11中任一项的管状部件的螺纹端,其特征在于,其包含金属/金属密封表面,所述密封表面涂布有干膜。
17.一种螺纹管状连接件,包含彼此上扣的管状部件的阳螺纹端和阴螺纹端,其特征在于,至少一个螺纹端为根据前述权利要求之一的螺纹端。
18.根据权利要求17的螺纹管状连接件,其特征在于,涂布有干膜的端是阴螺纹端。
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