CN101671507A - 油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明一种油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料的制备及应用提供一种用于石油专用管的外壁涂装或包敷防护材料还提供了该材料的涂装工艺，该材料可以降低在应力作用下油井管的腐蚀。该油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料具有耐温、耐腐蚀、耐磨、耐冲击与耐候等性能，既可用于井外防腐也可用于井下作业防腐。
Description
技术领域
本发明涉及专用防护材料，尤其涉及一种油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料的制备及应用。
背景技术
石油专用管，尤其钻杆从生产制备到井下作业存在着各种腐蚀。现有的防腐技术只解决了部分腐蚀问题，还有相当部分的腐蚀问题没有得到很好的解决。
在很多场合，石油专用管的生产制造场所和实际使用的场所相距甚远，往往需半年到一年的时间才能投入使用，在储运的过程中管体的外壁存在着各种腐蚀，为此中国专利第CN 101240137A提供了一种质优价廉的石油专用管外防护涂料，但其作为一种短期外防护涂料，使用周期不超过一年，且井下作业施工后钻杆外壁依然没有得到保护。
在石油勘探开发的过程中，钻井、采油采气、集输工程等使用的金属设备都始终伴随着H2S，CO2，O2和硫酸盐还原菌(SRB)等腐蚀剂的腐蚀。石油和天然气勘探、开发的各个阶段都需要钻井，钻井过程中钻井工具处于硫化氢、二氧化碳、溶解氧和导电性钻井液中，钻具处在拉、压、弯、扭的动态环境中，又受到流体流动和磨粒磨损的作用，使钻具腐蚀加剧并产生腐蚀疲劳、应力腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、点蚀、缝隙腐蚀、冲刷腐蚀、细菌腐蚀等。钻杆加厚过渡区是整根钻杆应力集中的区域，又易发生冲刷腐蚀，所以在该区域钻杆易发生应力腐蚀导致腐蚀穿孔，而缩短钻杆的使用周期。
对井下作业的钻杆内壁的防护多采用喷涂环氧酚醛体系涂层，本申请人申请的中国专利第CN 101270255A成功地将该体系涂层应用于油井管内壁的腐蚀防护。但对井下作业钻杆外壁的防护措施报道较少，中国专利第CN 1239539A将聚乙烯或聚丙烯及其共聚物包敷在油井管体外部，以降低作用于油井管外壁的摩擦力，防止深井地基下沉破坏油井管，美国专利US-0135296将聚脲体系的涂料涂装于钻杆管体外部，防止钻杆外壁在井下作业期间被腐蚀。但聚乙烯、聚脲耐温性均较差(长期使用温度不超过100℃)，只适合用于浅井作业。可是近年来随着油气资源的短缺，油气井的深度趋向高深度化，油气开采工矿环境的恶化，地温与地压均大幅上升(据SY/T- 0544-2004 常见工矿环境为148℃，70MPa)，故急需一种能耐更加恶劣环境的油井管专用防护材料。
发明内容
本发明的目的就是为了更好的保护石油专用管，尤其是钻杆，而提供一种用于石油专用管的外壁涂装或包敷防护材料，降低其在应力作用下的腐蚀。该防腐材料具有耐温、耐腐蚀、耐磨、耐冲击与耐候等性能，既可用于井外防腐也可用于井下作业防腐。
用于该领域的材料可选用氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯化聚醚橡胶、氯化聚醚丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、尼龙、聚醚醚酮、聚醚酮等。
上述防腐层所用材料，如有必要，在无损于所需性能范围内混合或添加抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、无机填料、阻燃剂、增塑剂、成核剂、抗静电剂等。
在实际使用时，石油专用管要经受各种外来的物理冲击，严重时上述防腐层材料会从管体剥离或脱落，以致有可能在施工后不能发挥其应有的功能。有些材料在钢管上的粘接性较差，如有必要可在防腐层和石油专用管管体之间设有粘接层，以提高管体与防腐层间的粘接力。
胶粘剂除具有将钢管管体与防腐材料粘接在一起的功能外，还应具有耐高温高压(148℃，70MPa)、耐介质(主要PH＝12.5碱性介质)的腐蚀。可选用环氧聚氨酯胶、环氧胶等，使用上述材料作为粘接层时，加热固化使羟基、氨基等极性基团通过氢键、共价键、静电键等分别与钢管管体和防腐材料粘接，从而使防腐材料紧紧的粘接在石油专用管上。这些粘接材料在无损于所需性能范围内可混合或添加抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、无机填料、阻燃剂、增塑剂、成核剂、抗静电剂等添加剂。
粘接层与防腐层可在石油专用管外面以例如挤压粘贴、层压或粉末涂层等而形成。
为了粘接层和底材粘接良好，或者为了加强抗锈能力，对底材可进行铬酸盐等化学处理和/或环氧富锌等构成的底漆处理。
本发明提供的油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料的施工工艺步骤包括：
第一步：管材的热处理，炭化除去油污；
第二步：底材进行酸洗、喷砂处理，如有必要可对底材进行铬酸盐处理、磷酸锌处理或环氧富锌底漆的底材处理；
第三步：在处理后的底材上涂敷粘接层；
第四步：在粘接层上涂敷防腐层；
第五步：将涂敷完的石油专用管在固化炉中固化粘接。
具体实施方式
现结合实施例，对本发明做进一步的描述。
实施例
表1石油专用管管体外部包敷材料
表2石油专用管管体外部包敷材料性能
| 粘接力(kgf/cm) | 耐冲击性(kgf/cm) | 耐热性(℃) | 耐腐蚀性 | 耐磨性(mg) | 耐候性 | |
| 实施例1 | 10-15 | 8-12 | 120 | 较好 | 10-15 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例2 | 5-10 | 10-15 | 120 | 较好 | 10-12 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例3 | 10-15 | 10-15 | 120 | 较好 | 10-12 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例4 | 10-15 | 5-10 | 100 | 较好 | 25-30 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例5 | 17-20 | 7-10 | 220 | 防腐层起泡 | 40-50 | 有裂纹，轻微硬化 |
| 实施例6 | 15-17 | 7-10 | 250 | 防腐层起泡 | 40-50 | 有裂纹，轻微硬化 |
| 实施例7 | 20-25 | ＞20 | 200 | 较好 | 4-8 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例8 | 20-22 | ＞20 | 200 | 较好 | 5-10 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例9 | 18-20 | ＞20 | 265 | 较好 | 5-8 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
| 实施例10 | 20-23 | ＞20 | 280 | 较好 | 5-8 | 光滑平整，无裂纹，无硬化 |
备注：耐热性---防腐材料长期使用所耐的最高温度；耐腐蚀性---在该防腐材料所耐温度下，液压为70MPa，PH＝12.5，16h环境下粘接层与防腐材料耐腐蚀的情况；耐磨性---根据GB1768-79标准，配重1Kg.1000圈，防腐材料磨损损失量；耐候性---包敷石油专用管的防腐材料在室外放置一年后的耐候情况。
从表1，表2可见氯磺化聚乙烯橡胶，氯化聚乙烯橡胶的耐温性较低(120℃)；而氯化聚醚丁腈橡胶，氢化丁腈橡胶耐候性较差，耐腐蚀性较差防腐层有起泡现象，原因是开母洛克胶的腐蚀性较差，腐蚀介质渗入基材所致；聚醚酮，聚醚醚酮性能较好，但价格较高，成本较高；尼龙66，尼龙6防腐层的性能较好且成本较低，作为油井管管体的外防腐材料较佳。
Claims (6)
1、一种油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料，选用氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯化聚醚橡胶、氯化聚醚丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、尼龙、聚醚醚酮、聚醚酮中的一种或几种涂装或包裹于油井管外壁。
2、如权利要求1所述的油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料，其特征在于，所需性能范围内混合或添加不仅限于以下种类的助剂：抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、无机填料、阻燃剂、增塑剂、成核剂及抗静电剂。
3、如权利要求1所述的油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料，其特征在于，在所述的油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料和油井管外壁之间设有粘接层，所述的粘接层的材料选用环氧聚氨酯胶、环氧胶中的一种，在所述的粘接层中可混合或添加抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、无机填料、阻燃剂、增塑剂、成核剂、抗静电剂等助剂。
4、如权利要求1或3所述的油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料，其特征在于，粘接层与油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料可在油井管外面以挤压粘贴、层压或粉末涂层的方式结合于油井管外壁。
5、如权利要求1或3所述的油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料，其特征在于，在结合油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料或粘接层之前，对底材进行铬酸盐化学处理和/或环氧富锌构成的底漆处理。
6、一种油井管专用耐候耐高温高压高抗冲外防护材料的施工工艺步骤包括：
第一步：管材的热处理，炭化除去油污；
第二步：底材进行酸洗、喷砂处理，如有必要可对底材进行铬酸盐处理、磷酸锌处理或环氧富锌底漆的底材处理；
第三步：在处理后的底材上涂敷粘接层；
第四步：在粘接层上涂敷防腐层；
第五步：将涂敷完的石油专用管在固化炉中固化粘接。
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