CN101353808B - 油套管接箍螺纹的电沉积复合镀方法及镀液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油套管接箍螺纹的电沉积复合镀方法及镀液，其使用由用量比为10～60g:1L的表面活性剂混合液与碱性镀液组成的复合镀液，其中表面活性剂混合液由重量比为1:20～1:50的脂肪醇聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯乳液组成。利用本发明方法及镀液在镍基合金油套管接箍的螺纹表面得到自润滑复合镀层，具有良好的耐磨减摩性能，能有效提高油套管接箍的抗粘扣性能。

Description

油套管接箍螺纹的电沉积复合镀方法及镀液
技术领域
本发明涉及油套管接箍螺纹的表面处理，更具体涉及一种用于镍基合金油套管接箍螺纹的电沉积复合镀方法及镀液。
背景技术
油套管接箍是油套管的重要联接部件，接箍螺纹粘扣是各类油套管使用中最常见的损伤失效形式，接箍在上、卸扣时，内、外螺纹就组成了一对摩擦副，当内、外螺纹表面相互接触时，由于螺纹过盈配合表面接触应力大引起弹塑性变形和“冷焊”(Cold welding)现象，这样形成的焊合点因内外螺纹表面的相对滑动而被剪断，从而引起油井管接头螺纹的撕裂，即粘扣失效，导致油管不能使用。根据美国石油协会(API)标准规定：在油套管使用中，螺纹上卸扣后观察螺纹表面，如果没有损伤则为1次上卸扣操作完成。
为防止粘扣现象的发生，目前对低钢级圆螺纹油套管接箍的表面处理通常采用磷化处理，对高钢级圆螺纹油套管接箍通常采用镀铜或镀铜锡合金处理，特殊扣螺纹由于通过金属密封面过盈起到气密封的效果因此密封面更易出现粘扣也采用镀铜或铜锡合金处理。
随着技术的迅猛发展，油田对材料性能的要求越来越高，开始逐渐应用适应于高耐腐蚀高强度的合金含量达70％以上的镍基合金特殊扣油套管，使用传统镀铜层的防粘扣性能不能满足该镍基合金特殊扣的使用要求，通常上卸扣1次即出现镀层脱落和粘扣现象，同时由于其价格昂贵，每吨高达数十万元，因此对于镍基合金特殊扣螺纹的保护提高油套管的使用次数显得更加重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种油套管接箍螺纹的电沉积复合镀方法及镀液，使用该方法及镀液，可在镍基合金油套管接箍的螺纹表面形成自润滑复合镀层，有效提高油套管接箍的抗粘扣性能，从而克服现有技术的不足。
本发明方法的特征在于使用由表面活性剂混合液与碱性镀液组成的复合镀液，其中表面活性剂混合液由重量比为1:20～1:50的脂肪醇聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯(PTFE)乳液组成；表面活性剂混合液与碱性镀液的用量比为10～60g:1L。
上述复合镀液中，脂肪醇聚氧乙烯醚可采用市售的平平加系列非离子型表明活性剂，例如平平加0-7、平平加0-9、平平加0-25、平平加SA—20等，其中优选平平加SA—20；PTFE乳液可采用市售产品，例如树脂含量55—65重量％，粒径≦0.25um的聚四氟乙烯浓缩分散液。将脂肪醇聚氧乙烯醚与PTFE乳液按1:20～1:50的重量比例混合即得表面活性剂混合液。
碱性镀液可采用常规的镀铜镀液，根据本发明，一种优选的碱性镀液的组成为5～40g/L氰化亚铜、10～55g/L氰化钠、10～55g/L锡酸钠和5～35g/L氢氧化钠或氢氧化钾。碱性镀液的制备可采用常规方法，例如，根据本发明的一种方法为：按照配方比例称取各组分，将氰化钠溶于40℃左右的温水中，然后在搅拌下分批加入氰化亚铜，使之溶解澄清。另用蒸馏水或去离子水溶解氢氧化钠，然后在搅拌下将锡酸钠缓慢加到氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，待澄清后与上一种溶液混合，然后加水到规定容积(例如1升)，电解后过滤制得碱性镀液，其中可以在1～5A/dm2的阴极电流密度下进行电解，电解时间一般为1～3小时，可采用的电解阴阳极的例子为：阳极为铜锡合金棒，阴极为普通钢板。
本发明方法采用电沉积复合镀，其包括以10～60g/L的添加量在碱性镀液中加入表面活性剂混合液，加热复合镀液至40～60℃，对油套管接箍的螺纹表面进行施镀。
上述方法中，复合镀的温度应控制在40～60℃，过低影响镀层表面光洁度，过高则会引起氰化物分解。优选在1～5A/dm2的阴极电流密度下沉积镀层，在施镀过程优选以100～300转/min的速度搅拌镀液。
有益效果
本发明方法使用碱性镀液中加入表面活性剂混合液得到的复合镀液，通过表面活性剂的作用实现了粒子的均匀沉积，从而在镍基合金油套管接箍的螺纹表面形成自润滑复合镀层。本发明所获取的自润滑复合镀层颗粒分布均匀，具有良好的耐磨减摩性能，能有效提高油套管接箍的抗粘扣性能。在API规定最大扭矩下对本发明方法处理的油套管接箍进行上卸扣试验，其抗粘扣次数可达油管10次，套管4次以上，可有效应用于实际工业化生产，满足油田的使用要求。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方法及镀液作进一步阐述，但不限制本发明：
下述实施例中，根据API5C5标准规定的最大扭矩进行上卸扣试验。
实施例1
将1重量份脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加SA—20)与20重量份PTFE乳液(树脂含量60％，粒径≦0.20um)混合得到表面活性剂混合液，备用。将10克氰化钠溶于40℃左右的温水中，然后在搅拌下分批加入40克氰化亚铜，使之溶解澄清；另用蒸馏水溶解10克氢氧化钠，然后在搅拌下，将50克锡酸钠缓慢加到氢氧化钠溶液中，待澄清后与上一种溶液混合，然后加水定容至1升，在2.5A/dm2的阴极电流密度下电解2小时后经过滤网过滤得到碱性镀液备用。以10g/L的添加量碱性镀液中加入表面活性剂混合液，加热镀液至40℃，对镍基合金(21～23.5％Cr、18～21％Fe、1％Mn、6～8％Mo、5％Co、1.52～.5％Cu、1.5％W、0.5％(Nb+Ta)，余量为Ni)31/2″特殊螺纹油管表面进行施镀，在1A/dm2的阴极电流密度下沉积镀层，施镀过程以200转/min的速度搅拌镀液。在螺纹油管表面所得的自润滑复合镀层颗粒分布均匀，具有良好的耐磨减摩性能，经测定，抗粘扣次数可达到10次。
实施例2
将1重量份脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加0-7)与50重量份PTFE乳液(树脂含量55％，粒径≦0.20um)混合得到表面活性剂混合液，备用。将55克氰化钠溶于40℃左右的温水中，然后在搅拌下分批加入5克氰化亚铜，使之溶解澄清；另用去离子水溶解55克氢氧化钠，然后在搅拌下将55克锡酸钠缓慢加到氢氧化钠溶液中，待澄清后与上一种溶液混合，然后加水定容至1升，在1A/dm2的阴极电流密度下电解。3小时后经过滤网过滤得到碱性镀液备用。以60g/L的添加量碱性镀液中加入表面活性剂混合液，加热镀液至50℃，对镍基合金(26.0～28.0％Cr、29.5～32.5％Ni、2.5％Mn、3.0～4.0％Mo、0.6～1.4％Cu、余量为Ni)41/2″特殊螺纹油管表面进行施镀，在2.5A/dm2的阴极电流密度下沉积镀层，施镀过程以150转/min的速度搅拌镀液。在螺纹油管表面所得的自润滑复合镀层颗粒分布均匀，具有良好的耐磨减摩性能，经测定，抗粘扣次数可达到10次。
实施例3
将1重量份脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加0-25)与35重量份PTFE乳液(树脂含量65％，粒径≦0.20um)混合得到表面活性剂混合液，备用。将30克氰化钠溶于40℃左右的温水中，然后在搅拌下分批加入20克氰化亚铜，使之溶解澄清；另用蒸馏水溶解20克氢氧化钠，然后在搅拌下，将30克锡酸钠缓慢加到氢氧化钠溶液中，待澄清后与上一种溶液混合，然后加水定容至1升，在5A/dm2的阴极电流密度下电解。2小时后经过滤网过滤得到碱性镀液备用。以40g/L的添加量碱性镀液中加入表面活性剂混合液，加热镀液至60℃，对镍基合金(21～23.5％Cr、18～21％Fe、1％Mn、6～8％Mo、5％Co、1.5～2.5％Cu、1.5％W、0.5％(Nb+Ta)，余量为Ni)27/8″特殊螺纹油管表面进行施镀，在4.5A/dm2的阴极电流密度下沉积镀层，施镀过程以200转/min的速度搅拌镀液。在螺纹油管表面所得的自润滑复合镀层颗粒分布均匀，具有良好的耐磨减摩性能，经测定，抗粘扣次数可达到10次。

Claims (8)

1.一种油套管接箍螺纹的电沉积复合镀方法，其特征在于使用由表面活性剂混合液与碱性镀液组成的复合镀液，其中表面活性剂混合液由重量比为1:20～1:50的脂肪醇聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯乳液组成；表面活性剂混合液与碱性镀液的用量比为10～60g:1L。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性镀液的组成为：5～40g/L氰化亚铜、10～55g/L氰化钠、10～55g/L锡酸钠和5～35g/L氢氧化钠或氢氧化钾。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括以10～60g/L的添加量在碱性镀液中加入表面活性剂混合液，加热镀液至40～60℃，对油套管接箍的螺纹表面进行施镀。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在1～5A/dm2的阴极电流密度下沉积镀层。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于施镀过程中以100～300转/min的速度搅拌镀液。
6.用于上述权利要求中任一项所述方法的复合镀液，其特征在于组成如下：(1)表面活性剂混合液，其由重量比为1:20～1:50的脂肪醇聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯乳液组成；(2)碱性镀液，其由5～40g/L氰化亚铜、10～55g/L氰化钠、10～55g/L锡酸钠和5～35g/L氢氧化钠或氢氧化钾组成，其中所述表面活性剂混合液与碱性镀液的用量比为10～60g:1L。
7.根据权利要求6所述的复合镀液，其特征在于所述脂肪醇聚氧乙烯醚为平平加0-7、平平加0-9、平平加0-25或平平加SA—20。
8.根据权利要求6所述的复合镀液，其特征在于所述聚四氟乙烯乳液为树脂含量55—65重量％，粒径≦0.25um的聚四氟乙烯浓缩分散液。
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