RU2543880C2 - Protective sealing powder coating based on polysulphone for thread connections of responsible products - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to protective powder sealing coatings based on polymers for protection against corrosion and wear of, for instance, oil and gas equipment. Components of powder composition for coating include powder polysulphone with vitrification temperature not lower than 210°C and additionally contain ultradisperse montmorillonite powder and polytetrafluoroethylene 4-MB powder with the following ratio, wt %: polysulphone - 50-58; polytetrafluoroethylene 4-MB - 24-28; montmorillonite - 18-22.

EFFECT: invention makes it possible to obtain coatings for thread connections of responsible products, possessing improved physical and mechanical, thermal and tribological properties.

1 dwg, 1 ex

Description

Защитное уплотнительное порошковое покрытие на основе полисульфона для резьбовых соединений ответственных изделийPolysulfone-based protective powder coating for threaded joints in critical products

Изобретение относится к защитным порошковым покрытиям на базе полимеров, обладающих специальными функциональными свойствами, и может успешно применяться в нефтегазовой отрасли.The invention relates to protective powder coatings based on polymers with special functional properties, and can be successfully applied in the oil and gas industry.

Проблема коррозии и износа резьбовых соединений, как правило, остается без должного внимания со стороны производителей нефтегазового оборудования и эксплуатирующих месторождения компаний. При этом резьбовые соединения являются одним из наиболее подверженных коррозии элементов нефтедобывающего оборудования и трубопроводов. Защита резьбовых соединений от коррозии позволила бы значительно сократить эксплуатационные расходы в ходе разработки полезных ископаемых. Особенно актуальной является защита насосно-компрессорных труб с резьбовыми соединениями. Зона резьбового соединения является одной из наиболее подверженных коррозии и износу мест в таких трубах. Напряжения, создаваемые в районе резьбы, а также значительное утончение труб в этом месте, способствуют быстрому распространению коррозии. Именно поэтому на скважинах часто происходят аварии, причиной которых становится обрыв колонн в зоне резьбового соединения. Еще одним неприятным последствием коррозии резьбовых соединений является потеря герметичности насосно-компрессорных труб и, как следствие, необходимость их замены.The problem of corrosion and wear of threaded joints, as a rule, remains without due attention on the part of oil and gas equipment manufacturers and field operating companies. At the same time, threaded connections are one of the most susceptible to corrosion elements of oil production equipment and pipelines. Corrosion protection of threaded joints would significantly reduce operating costs during the development of minerals. Particularly relevant is the protection of tubing with threaded connections. The threaded joint area is one of the most susceptible to corrosion and wear in places in such pipes. Stresses created in the thread area, as well as significant thinning of the pipes in this place, contribute to the rapid spread of corrosion. That is why accidents often occur in wells, the cause of which is a break in the columns in the area of the threaded connection. Another unpleasant consequence of corrosion of threaded joints is the loss of tightness of tubing and, as a consequence, the need to replace them.

Защитное уплотнительное порошковое покрытие на основе полисульфона позволит не только защитить резьбу от коррозии, но и доведет минимальное количество «скручиваний-раскручиваний» до 40-45 циклов, при том, что хорошим результатом сегодня считается 20-25 циклов.Protective sealing powder coating based on polysulfone will not only protect the threads from corrosion, but will also bring the minimum number of "twisting-untwisting" to 40-45 cycles, despite the fact that 20-25 cycles are considered a good result today.

Из патента BY 10391, 28.02.2008 известен композиционный материал для покрытий деталей узлов трения различных машин и механизмов на основе полиамида 11 с добавлением политетрафторэтилена и слоистого силикатосодержащего минерала (например, монтмориллонита).From patent BY 10391, February 28, 2008, a composite material is known for coating parts of friction units of various machines and mechanisms based on polyamide 11 with the addition of polytetrafluoroethylene and a layered silicate-containing mineral (for example, montmorillonite).

К недостаткам метода можно отнести применение в качестве базового полимера полиамида, не обладающего достаточной теплостойкостью, химической стойкостью и долговечностью, а также модифицирование полимерной матрицы крупными (более 5 мкм) частицами силикатосодержащего минерала, что не позволяет добиться максимального упрочняющего эффекта и достаточной гидрофобности покрытия.The disadvantages of the method include the use of a polyamide as a base polymer, which does not have sufficient heat resistance, chemical resistance and durability, as well as the modification of the polymer matrix with large (more than 5 μm) particles of a silicate-containing mineral, which does not allow maximum hardening effect and sufficient hydrophobicity of the coating.

В работах JP 03159736, 09.07.1991 (D2) и BY 9397, 30.06.2007 (D3) в качестве основ композиционных покрытий используются другие полимерные матрицы и добавки (полиэфирсульфон, неизвестный тип политетрафторэтилена и т.д.), а также очищенные и модифицированные упрочняющие наполнители (монтмориллонит), а также не до конца раскрыты технологии их получения. Таким образом, указанные отличительные признаки не являются известными.In the works of JP 03159736, 07/09/1991 (D2) and BY 9397, 06/30/2007 (D3), other polymer matrices and additives (polyethersulfone, an unknown type of polytetrafluoroethylene, etc.), as well as refined and modified, are used as the basis for composite coatings reinforcing fillers (montmorillonite), and also technologies for their preparation are not fully disclosed. Thus, these distinguishing features are not known.

Авторская разработка по патенту US 5376996, 27.12.1994 (D2) касается покрытия на основе полифениленсульфида, содержащего до 40 масс. % политетрафторэтилена и возможные упрочняющие добавки. Однако такой состав характеризуется крайне низкой адгезией к металлической подложке из-за применения чистого политетрафторэтилена. В качестве модифицирующей добавки предлагается использовать глину, но не указывается конкретный тип, что, в свою очередь, может оказывать сильное влияние на свойства покрытия. Предложенный жидкофазный метод не позволяет получать однородную механическую смесь или гомогенный состав из-за разной природы используемых полимеров. Таким образом, такой состав может быть эффективно применен лишь в полиграфии для валиков термического закрепления.The inventor's patent US 5376996, 12/27/1994 (D2) relates to a coating based on polyphenylene sulfide containing up to 40 mass. % polytetrafluoroethylene and possible reinforcing additives. However, this composition is characterized by extremely low adhesion to the metal substrate due to the use of pure polytetrafluoroethylene. It is proposed to use clay as a modifying additive, but a specific type is not indicated, which, in turn, can have a strong effect on the properties of the coating. The proposed liquid-phase method does not allow to obtain a homogeneous mechanical mixture or homogeneous composition due to the different nature of the polymers used. Thus, such a composition can be effectively applied only in the printing industry for fuser rollers.

В данном изобретении предложен состав, обеспечивающий не только максимальные физико-механические свойства, но и высокий уровень адгезии к металлической подложке.The present invention proposed a composition that provides not only the maximum physical and mechanical properties, but also a high level of adhesion to the metal substrate.

Новый технический результат изобретения заключается в получении эффективного защитного уплотнительного порошкового покрытия на основе полисульфона с размером частиц 60-120 мкм и улучшенными физико-механическими, тепловыми и трибологическими свойствами для резьбовых соединений ответственных изделий.A new technical result of the invention is to obtain an effective protective sealing powder coating based on polysulfone with a particle size of 60-120 microns and improved physicomechanical, thermal and tribological properties for threaded joints of critical products.

Достигается технический результат тем, что в составе помимо полисульфона дисперсностью 60 мкм с температурой стеклования не менее 210°C содержится ультрадисперсный порошок (частицы размером менее 100 нм со слоистой структурой, собранные в конгломераты) Na-монтмориллонита и порошок политетрафторэтилена 4-МБ дисперсностью 60 мкм при следующем соотношении, масс. %: полисульфон - 50-58; политетрафторэтилен 4-МБ - 24-28; монтмориллонит - 18-22.The technical result is achieved by the fact that in addition to polysulfone with a dispersion of 60 microns with a glass transition temperature of at least 210 ° C, an ultrafine powder (particles less than 100 nm in size with a layered structure, collected in conglomerates) contains Na-montmorillonite and 4-MB polytetrafluoroethylene powder with a dispersion of 60 microns in the following ratio, mass. %: polysulfone - 50-58; polytetrafluoroethylene 4-MB - 24-28; montmorillonite - 18-22.

Заявленный состав может быть получен следующим способом. В качестве исходных материалов используются промышленные порошки полисульфона с температурой стеклования не менее 210°C и политетрафторэтилена 4-МБ, а также ультрадисперсный порошок монтмориллонита. Состав компонентов в композиции отвечает соотношению, масс. %: полисульфон - 50-58; политетрафторэтилен 4-МБ - 24-28; монтмориллонит - 18-22.The claimed composition can be obtained in the following way. The starting materials used are industrial polysulfone powders with a glass transition temperature of at least 210 ° C and 4-MB polytetrafluoroethylene, as well as ultrafine montmorillonite powder. The composition of the components in the composition corresponds to the ratio, mass. %: polysulfone - 50-58; polytetrafluoroethylene 4-MB - 24-28; montmorillonite - 18-22.

Компоненты, взятые в вышеуказанной пропорции, смешиваются в шаровом активаторе планетарного типа. Время механохимической обработки на активаторе типа АПФ-3/МПФ-1 составляет 30-35 минут.The components taken in the above proportion are mixed in a planetary ball activator. The time of mechanochemical treatment on the activator type APF-3 / MPF-1 is 30-35 minutes.

Полученный таким образом материал представляет собой порошок коричневого цвета с размером частиц 60-120 мкм, не требующий дополнительной обработки. Готовый состав можно наносить на стальные изделия методом электростатического напыления. Пример защитного уплотнительного порошкового покрытия на основе полисульфона представлен на Фигуре 1, где изображено защитное покрытие на резьбе насосно-компрессорной трубы.Thus obtained material is a brown powder with a particle size of 60-120 μm, which does not require additional processing. The finished composition can be applied to steel products by electrostatic spraying. An example of a polysulfone-based protective sealing powder coating is shown in Figure 1, which shows the protective coating on the threads of a tubing.

Испытания показали, что до потери герметичности резьбового соединения при использовании защитного уплотнительного порошкового покрытия на основе полисульфона требуется не менее циклов 40 «соединение-разъединение». Возможность промышленной применимости предлагаемого способа и полученного с его использованием полимерного покрытия на основе полисульфоната подтверждается следующим примером реализации.Tests have shown that before loss of tightness of a threaded connection when using a protective polysulfone-based powder seal coating, at least 40 connection-disconnection cycles are required. The possibility of industrial applicability of the proposed method and obtained with its use of a polymer coating based on polysulfonate is confirmed by the following implementation example.

ПримерExample

В качестве исходных материалов использовались Na-монтмориллонит (ММТ) с Таганского месторождения (Казахстан) с размером частиц менее 100 нм, порошок полисульфона (ПС) ULTRASON S2010 дисперсностью 60 мкм производства BASF и порошок политетрафторэтилена 4-МБ (ПТФЭ) дисперсностью 60 мкм производства ОАО «ГалоПолимер».The starting materials used were Na-montmorillonite (MMT) from the Taganskoye deposit (Kazakhstan) with a particle size of less than 100 nm, a polysulfone (PS) powder of ULTRASON S2010 with a dispersion of 60 microns produced by BASF and a 4-MB polytetrafluoroethylene powder (PTFE) with a dispersion of 60 microns produced by OAO "HaloPolymer".

Состав защитного уплотнительного порошкового покрытия на основе полисульфона для резьбовых соединений ответственных изделий, отличающийся тем, что содержит ультрадисперсный порошок монтмориллонита и порошок политетрафторэтилена 4-МБ при следующем соотношении, масс. %: полисульфон - 50-58; политетрафторэтилен 4-МБ - 24-28; монтмориллонит - 18-22.The composition of the protective sealing powder coating based on polysulfone for threaded connections of critical products, characterized in that it contains ultrafine montmorillonite powder and 4-MB polytetrafluoroethylene powder in the following ratio, mass. %: polysulfone - 50-58; polytetrafluoroethylene 4-MB - 24-28; montmorillonite - 18-22.

Коэффициент заполнения мелющими телами рабочего барабана составил 0,5, общий коэффициент заполнения рабочего барабана - 0,75. Мелющими телами были шарики диаметром 5 и 8 мм, выполненные из стали ПГХ15.The fill factor of the working drum with grinding media was 0.5, the total fill factor of the working drum was 0.75. The grinding bodies were balls with a diameter of 5 and 8 mm, made of PGX15 steel.

Представленные выше порошки полисульфона, политетрафторэтилена 4-МБ и монтмориллонита были помещены в реакторы в соотношении 50/28/22, 54/26/20 и 58/24/18 (масс. %) соответственно и смешаны в АПФ-3 в течение 30 минут.The above powders of polysulfone, polytetrafluoroethylene 4-MB and montmorillonite were placed in reactors in the ratios 50/28/22, 54/26/20 and 58/24/18 (wt.%), Respectively, and mixed in ACE-3 for 30 minutes .

Для испытаний свойств покрытий (для резьбовых соединений) было предложено две методики, позволяющие определить герметичность резьбовых соединений во время длительной эксплуатации.To test the properties of coatings (for threaded joints), two methods were proposed that make it possible to determine the tightness of threaded joints during prolonged operation.

Первая методика заключается в погружении в ванну с водой трубы диаметром 73 мм и муфты. С одной стороны труба и муфта имеют нарезанную резьбу с нанесенным защитным покрытием, а с другой они герметично заварены. При соединении трубы и муфты образуется единый элемент, который погружается в ванну на глубину 0,5 м. Каждые 24 часа труба и муфта извлекаются, сушатся и разъединяются для оценки герметичности. Внутренняя поверхность трубы и муфты обработана специальной легкосмываемой краской, которая позволяет определить попадание воды внутрь элемента. Испытание продолжается до тех пор, пока не будут обнаружены следы воды на внутренней поверхности трубы или муфты. Для оценки герметичности по данной методике было сделано 30 элементов с защитным покрытием на резьбах.The first technique consists in immersing pipes with a diameter of 73 mm and a coupling in a bath with water. On the one hand, the pipe and coupling have a threaded thread with a protective coating applied, and on the other they are hermetically sealed. When connecting the pipe and the coupling, a single element is formed, which is immersed in the bath to a depth of 0.5 m. Every 24 hours, the pipe and coupling are removed, dried and disconnected to assess the tightness. The inner surface of the pipe and coupling is treated with a special easily washed-out paint, which allows you to determine the ingress of water into the element. The test continues until traces of water are detected on the inner surface of the pipe or coupling. To assess the tightness by this technique, 30 elements with a protective coating on the threads were made.

Вторая методика отличается от первой тем, что муфта на заваренном конце имеет отверстие, в которое поступает вода под давлением 5 атм. Таким образом, герметичность резьбового соединения проверяется под избыточным давлением, создаваемым внутри элемента. Каждые 30 минут элемент разбирался и собирался заново. Для оценки герметичности по данной методике было произведено 50 элементов с защитным покрытием на резьбах.The second technique differs from the first in that the coupling at the brewed end has an opening into which water enters under a pressure of 5 atm. Thus, the tightness of the threaded connection is checked under excess pressure created inside the element. Every 30 minutes the element was disassembled and reassembled. To assess the tightness by this method, 50 elements with a protective coating on the threads were produced.

Разработанные защитные покрытия показали высокую эффективность в плане увеличения количества циклов «соединение-разъединение» резьбовых соединений. Количество циклов «соединение-разъединение» резьбовых соединений было увеличено в среднем в два раза по сравнению с необработанными резьбами. Испытания показали, что до потери герметичности требуется не менее циклов 40 «соединение-разъединение».The developed protective coatings have shown high efficiency in terms of increasing the number of connection-disconnection cycles of threaded joints. The number of connection-disconnection cycles of threaded joints was doubled on average compared to untreated threads. Tests have shown that before loss of tightness, at least 40 connection-disconnection cycles are required.

Claims (1)

Состав защитного уплотнительного порошкового покрытия на основе полисульфона для резьбовых соединений ответственных изделий, отличающийся тем, что содержит ультрадисперсный порошок монтмориллонита и порошок политетрафторэтилена 4-МБ при следующем соотношении, масс.%:
Полисульфон 50-58 Политетрафторэтилен 4-МБ 24-28 Монтмориллонит 18-22 The composition of the protective sealing powder coating based on polysulfone for threaded connections of critical products, characterized in that it contains ultrafine montmorillonite powder and 4-MB polytetrafluoroethylene powder in the following ratio, wt.%:
Polysulfone 50-58 Polytetrafluoroethylene 4-MB 24-28 Montmorillonite 18-22

Images