CN201080789Y - 一种耐腐蚀钻杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种耐腐蚀钻杆，包括钻杆管体，钻杆管体两端设置有内螺纹接头和外螺纹接头，所述钻杆管体内表面涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层。涂装了这种涂层的钻杆有更长的防腐寿命，涂层有更大附着力，更好的耐候性，更好的耐盐水性，耐多种有机溶剂性，更好的耐热性和更好的耐磨性。

Description

一种耐腐蚀钻杆

技术领域

本实用新型涉及石油钻井机械，具体涉及一种耐腐蚀钻杆。

背景技术

石油钻井用钻杆是一种在钢管两端焊接有螺纹接头的管状钻井工具，腐蚀及腐蚀疲劳是钻杆的主要损坏形式，目前提高钻杆防腐蚀性能的方法有二种：

1.提高钻杆材料的冶金质量，这种方法成本较高；

2.采用防腐蚀涂层，这种方法成本较低。

目前用于钻杆的涂层是树脂类涂层，这类涂层对提高钻杆防腐蚀性能起到了良好效果，但由于这种涂层属于有机物质，因此有几个缺点，

1.涂层的防腐原理是物理屏蔽，即将腐蚀介质与钻杆钢铁材料隔离，所以一旦涂层有缺陷或脱落，涂层将作为阴极，裸露的金属将作为小阳极加快腐蚀，其腐蚀穿孔速度比没有涂层的钻杆快。由于旧钻杆表面难以清理干净，获得完整涂层难度较大，所以有机涂层也不适合旧钻杆的翻新，油田每年大量旧钻杆得不到保护而浪费。

2.有机涂层抗高温能力较差，井下温度可高达300℃，涂层容易老化。

3.有机涂层抗磨损能力差。

4.形成有机涂层的有机涂料含大量挥发性有机物质，环保性能差，安全性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种耐腐蚀钻杆，该耐腐蚀钻杆效果好、成本低，而且这种钻杆的制造环保性能好，也适合旧钻杆的翻新。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种耐腐蚀钻杆，包括钻杆管体，钻杆管体两端设置有内螺纹接头和外螺纹接头，其特征在于所述钻杆管体内表面涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层。

水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层：也称水性无机硅酸锌涂层、水性无机富锌涂层、无机硅酸锌涂层、硅酸锌涂层等。

本实用新型耐腐蚀钻杆，所述钻杆管体外表面可以涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层。

本实用新型耐腐蚀钻杆，钻杆管体内表面水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层厚度为50μm-200μm。

本实用新型耐腐蚀钻杆，形成钻杆表面水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层的涂料选自以下的一种或几种：硅酸钠富锌涂料、硅酸钾富锌涂料和硅酸锂富锌涂料。

作为本实用新型耐腐蚀钻杆的一种优选方式，形成所述水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层的涂料选自以下的一种或两种：硅酸钾富锌涂料、硅酸钠富锌涂料。

本实用新型耐腐蚀钻杆，形成钻杆表面水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层的涂料可以含有一些助剂，所述助剂选自以下的一种或几种：稀土化合物、硅溶胶、烷氧基硅烷、硅酸乙酯和硅酸。

本实用新型耐腐蚀钻杆，可以在表面水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层上涂装其它涂层。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

与涂装树脂类有机涂层的钻杆相比，涂装水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层的钻杆有以下优点：

(1)更长的防腐寿命：因其阴极保护原理，即使涂层有少量磨损或脱落，仍然有防腐蚀性；

(2)涂层有更大附着力：无机锌粉底层能与金属基板形成很牢固的附着，从而抑制膜下的开裂和锈蚀的迁移；

(3)更好耐侯性：无机涂层不会老化，耐光照，寿命更长；

(4)更好耐盐水性：普通钻井泥浆类似盐水，所以在钻井环境，特别是海洋钻井环境下的钻杆耐腐蚀性良好；

(5)耐多种有机溶剂性：这也是无机涂层一个突出的性质，它们几乎在所有烃类溶剂中，包括汽油、甲苯、二甲苯以及其他脂肪烃和芳香烃石油产品中是不溶的，对许多强溶剂(如醚、酮以及氯化烃)均具有很强的抵抗能力；

(6)更好耐热性：硅酸盐涂层在形成固化层时以聚硅氧烷(Si-O-Si)相结合，这种Si-O键的结合能为106kcal/mol，比形成有机高分子的C-C键结合能(82.6kcal/mol)大得多，因而具有更强的耐热性，可长时期耐400℃高温，而油井下温度最高只有300℃，所以钻杆寿命延长；

(7)更好耐磨性：具有更优良的抵抗钻井泥浆磨损性能，即使少量涂层被磨损，仍然起防腐作用，延长了钻杆寿命；

(8)因其阴极保护原理，即使涂层有少量缺陷，仍然有防腐蚀性，所以这种涂层既适合新钻杆的改造、也适合旧钻杆的翻新，涂装水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层是旧钻杆翻新的理想技术。

与在钻杆表面涂装树脂类有机涂层的方法相比，涂装水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层有以下优点

(1)环保性：不含有挥发性有机物质，对环境无污染，对人体无害；

(2)安全性：因绝大多数无机涂层不以有机溶剂为稀释剂，因此无闪点，不燃烧。在涂装中无需采取严格的防火措施，大大简化了贮运、施工条件，提高了安全性能。

附图说明

图1为本实用新型第一种具体实施方式的结构示意图。

图2为本实用新型另一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种耐腐蚀钻杆，其结构如图1所示，一种耐腐蚀钻杆，包括钻杆管体1，钻杆管体1两端设置有内螺纹接头4和外螺纹接头2，内螺纹接头4内表面有内螺纹6，外螺纹接头2外表面有外螺纹3，其特征在于所述钻杆管体1内表面涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层5。

形成该涂层5的涂料是水性无机碱金属硅酸盐富锌涂料(也称水性无机富锌涂料、水性无机锌粉涂料、水性无机硅酸锌涂料、无机硅酸锌涂料等)，具体是指硅酸钠富锌涂料、硅酸钾富锌涂料、硅酸锂富锌涂料中的一种或其中二种、三种的混合物；优选硅酸钾富锌涂料、硅酸锂富锌涂料或这二种涂料的混合物

上述水性无机碱金属硅酸盐富锌涂料通常可选单组分涂料或液固型的双组分涂料。液固型的双组分涂料以碱金属硅酸盐水溶液(或其改性产品)作为主剂或基料。固化剂或填料为以锌粉为主的粉状物，锌粉为普通锌粉或鳞片状锌粉。为了减少固化时间、涂装速度、改善涂层性能等，可以在碱金属硅酸盐水溶液中添加其它物质如硅溶胶、烷氧基硅烷、硅酸乙酯、硅酸、稀土化合物如稀土磷酸盐和稀土硫酸盐等，也可以添加其它助剂等。

在涂装时，将碱性硅酸盐溶液与锌粉混合，按质量百分比锌粉占涂料的40％-85％，碱性硅酸盐溶液与锌粉混合后发生反应，生成硅酸锌。当涂料涂覆在钢铁表面时，铁也与碱性硅酸盐发生反应生成Fe₂(SiO₃)₃。涂装于钢铁基材的水性无机锌粉涂料先通过水分蒸发干燥成膜，随后再固化成膜。固化成膜过程中，锌粉微细粒子之间、钢铁基层与锌粉之间牢固附着或结合，形成了一层致密的络合结构，从而使漆膜牢固地附着在钢铁表面。水性无机富锌涂料中基料和锌的结合或包覆与有机富锌涂料不一样，基料通常和锌粉颜料表面的锌原子反应，并且也在钢铁表面产生一种以基态化合价键合的锌硅酸盐聚合物或基质。以基态化合价键合的涂膜比以二价键合的有机富锌体系质地更好，硬度、强度更大，附着力更好。

涂装前对钻杆内表面进行预处理，然后再进行喷涂，包括以下几个步骤：

(1)除油：钻杆内、外表面在喷砂处理前必须彻底清除油污，一般推荐使用中等碱性的水性清洁剂，除去油污后再用清水洗净，不容许使用有机溶剂。

(2)喷砂：对钻杆内表面进行喷砂除锈处理，喷砂用压缩空气机须安装良好的油水分离器，压缩空气气压不得低于0.5MPa，除锈处理等级符合GB8923-1988的Sa21/2级，表面粗糙度35～75μm。喷砂后的钻杆内表面用压缩空气清理干净，必须保持表面无油，在4h内进行喷涂，不能超过8h。涂层厚度130μm。

(3)用喷涂的方法涂装钻杆内表面，涂料主剂与锌粉混合，要求粉料始终处于悬浮状态(不断搅拌)，喷抢气喷压力≥0.4MPa。若采用无气喷涂，则使用水性富锌涂料专用设备。施工温度5-50℃，相对湿度小于85％大于35％。

实施例2：

一种耐腐蚀钻杆，其结构如图1所示，一种耐腐蚀钻杆，包括钻杆管体1，钻杆管体1两端设置有内螺纹接头4和外螺纹接头2，其特征在于所述钻杆管体1内表面涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层5。

涂装前对钻杆内表面进行预处理，然后再进行喷涂，包括以下几个步骤：

(1)除油：钻杆内、外表面在喷砂处理前必须彻底清除油污，一般推荐使用中等碱性的水性清洁剂，除去油污后再用清水洗净，不容许使用有机溶剂。

(2)喷砂：对钻杆内表面进行喷砂除锈处理，喷砂用压缩空气机须安装良好的油水分离器，压缩空气气压不得低于0.5MPa，除锈处理等级符合GB8923-1988的Sa21/2级，表面粗糙度35～75μm。喷砂后的钻杆内表面用压缩空气清理干净，必须保持表面无油，在4h内进行喷涂，不能超过8h。

(3)用喷涂的方法涂装钻杆内表面，涂料主剂与锌粉混合，要求粉料始终处于悬浮状态(不断搅拌)，喷抢气喷压力≥0.4MPa。若采用无气喷涂，则使用水性富锌涂料专用设备。施工温度5-50℃，相对湿度小于85％大于35％。涂层厚度50μm。

(4)因为水性无机锌粉涂料中含有大量的锌粉，干膜中锌粉含量甚至达到90％以上，这保证了锌粉颗粒间有良好的接触面积。但正因如此，可能造成了无机锌涂层多孔，使用环氧系列或其它封闭涂料进行涂层微孔的封闭处理。封闭涂膜厚度20～30μm即可。

(5)在上述形成的涂层上再喷涂50μm厚水性丙烯酸面漆。

实施例3：

一种耐腐蚀钻杆，其结构如图2所示，一种耐腐蚀钻杆，包括钻杆管体1，钻杆管体1两端设置有内螺纹接头4和外螺纹接头2，其特征在于所述钻杆管体1内表面及外表面均涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层5。

涂装前对钻杆内表面进行预处理，然后再进行喷涂，包括以下几个步骤：

(1)除油：钻杆内、外表面在喷砂处理前必须彻底清除油污，一般推荐使用中等碱性的水性清洁剂，除去油污后再用清水洗净，不容许使用有机溶剂。

(2)喷砂：对钻杆内表面及外表面进行喷砂除锈处理，喷砂用压缩空气机须安装良好的油水分离器，压缩空气气压不得低于0.5MPa，除锈处理等级符合GB8923-1988的Sa21/2级，表面粗糙度40～80μm。喷砂后的钻杆内表面及外表面用压缩空气清理干净，必须保持表面无油，在4h内进行喷涂，不能超过8h。

(3)喷涂：用喷涂的方法涂装钻杆内表面及外表面，将含有0.1％稀土磷酸盐的涂料主剂与锌粉混合，要求粉料始终处于悬浮状态(不断搅拌)，喷抢气喷压力≥0.4MPa。若采用无气喷涂，则使用水性富锌涂料专用设备。施工温度5-50℃，相对湿度小于85％大于35％。涂层厚度190μm±10μm。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种耐腐蚀钻杆，包括钻杆管体(1)，钻杆管体(1)两端设置有内螺纹接头(4)和外螺纹接头(2)，其特征在于所述钻杆管体(1)内表面涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层(5)。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀钻杆，其特征在于所述钻杆管体(1)外表面涂有水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层(5)。

3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀钻杆，其特征在于所述水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层(5)厚度为50μm-200μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种耐腐蚀钻杆，其特征在于所述水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层(5)的涂料为以下的一种或几种：硅酸钠富锌涂料、硅酸钾富锌涂料和硅酸锂富锌涂料。

5.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀钻杆，其特征在于所述水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层的涂料为硅酸钾富锌涂料和/或硅酸钠富锌涂料。

6.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀钻杆，其特征在于所述水性无机碱金属硅酸盐富锌涂层的涂料含有助剂，所述助剂为以下的一种或几种：稀土化合物、硅溶胶、烷氧基硅烷、硅酸乙酯和硅酸。

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