CN108624927A - 油管内壁多镀层复合电镀设备及电镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油管内壁多镀层复合电镀设备，包括：供液箱，其与油管的一端相连通，工作流体能够通过供液箱注入油管中；回液箱，其与油管的另一端相连通，经过油管的工作流体排出至回液箱；循环泵，其使得工作流体在供液箱、油管和回液箱中循环流动；一个或多个旋转机构，其驱动油管沿轴向旋转；一个或多个油管导电机构，其电性连接油管；阳极导电机构，其设置在油管的两侧；以及辅助阳极，其能够同轴穿设在油管中，辅助阳极的两端电性连接阳极导电机构。本发明还公开了一种油管内壁多镀层复合电镀方法。本发明采用同轴穿设在油管中的辅助阳极及旋转机构，镀层质量稳定、厚度均匀，可以对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层，防腐能力强。

Description

油管内壁多镀层复合电镀设备及电镀方法

技术领域

本发明涉及石油与机械工程表面处理领域，特别涉及一种油管内壁多镀层复合电镀设备及电镀方法。

背景技术

目前油品的开采，输送均离不开输油管线。油管腐蚀是困扰油田开采的一大难题，而内壁腐蚀是引起管材失效的主要原因。现有解决此问题的方式有环氧类等塑料涂层和化学镍磷镀、钨合金镀等处理方式。

环氧类等塑料涂层，主要缺点是易脱落，影响生产。在油井中，受高温、高压的环境和有机溶剂的影响，涂层易老化、结合力下降而脱落，易造成井下工具的堵塞，影响油井生产甚至增加作业风险。

现有技术中存在密闭镍磷涂镀油管新工艺，其将油管经酸洗后，采用镍磷镀的方式。镍磷镀主要采用化学镀工艺，化学镀的工件侵泡在溶液中，因此进入油管内壁的镀液体积小、流动性差，造成产生的气体无法排出，镀层存在漏点多和厚度薄等问题。在实际使用时，内壁腐蚀远远大于外壁腐蚀，而引起失效。

此外，单一的防腐层无法满足油田不同区块内的腐蚀介质多样性的要求。例如，在注水井中主要存在高矿化度的电化学腐蚀；在注蒸汽井中主要存在高温腐蚀；注二氧化碳井中存在氧腐蚀；采气井存在硫化氢腐蚀等。

因此，亟需一种可针对不同腐蚀介质，采用不同镀层进行灵活操作的油管内壁防腐方式。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于，解决塑料涂层耐温性差和易脱落的问题；本发明另一目的在于，进一步解决化学镀镀层单一、镀液流动性差、废液外排等引起的镀层质量不稳定和环境问题；本发明再一目的在于，提高镀层耐腐蚀的灵活性及针对性，能够根据区块内的不同腐蚀介质设计不同的防腐镀层方案。

为实现上述一个或多个目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种油管内壁多镀层复合电镀设备，包括：供液箱，其与油管的一端相连通，工作流体能够通过供液箱注入油管中；回液箱，其与油管的另一端相连通，经过油管的工作流体排出至回液箱；循环泵，其使得工作流体在供液箱、油管和回液箱中循环流动；一个或多个旋转机构，其驱动油管沿轴向旋转；一个或多个油管导电机构，其电性连接油管；阳极导电机构，其设置在油管的两侧；以及辅助阳极，其能够同轴穿设在油管中，辅助阳极的两端电性连接阳极导电机构。

进一步，上述技术方案中，辅助阳极为不溶性阳极。

进一步，上述技术方案中，辅助阳极的长度为12米。

进一步，上述技术方案中，一个或多个旋转机构均匀地设置在供液箱与回液箱之间的油管上；一个或多个油管导电机构均匀地设置在供液箱与回液箱之间的油管上。

进一步，上述技术方案中，旋转机构的数量与油管导电机构的数量相同。

进一步，上述技术方案中，还包括工作流体监测装置，其用于监测工作流体的温度、pH值及液位值。

进一步，上述技术方案中，工作流体为水、酸洗液、除油液、镍镀液、铜镀液、镍磷合金镀液或镍钨合金镀液。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种油管内壁多镀层复合电镀方法，其应用如上述技术方案中任意一项的油管内壁多镀层复合电镀设备实现，该方法包括如下步骤：清洗油管内壁；将辅助阳极同轴安装在油管中；再次清洗；以及对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层。

进一步，上述技术方案中，清洗油管内壁的步骤依次包括：高温除油、除锈工序、流动除油、流动水洗、流动酸洗、流动水洗和流动中和；再次清洗的步骤为流动水洗。

进一步，上述技术方案中，高温除油的温度为250～500℃；除锈工序采用压强为0.5～1MPa的气流将石英砂由油管的一端吹入，持续时间为2～4min，再从油管的另一端进行相同的操作；流动除油是将除油液注入油管内，油管在旋转机构驱动下旋转5～10min；流动水洗是将水注入油管内，油管在旋转机构驱动下旋转2～4min；流动酸洗是将酸洗液注入油管内，油管在旋转机构驱动下旋转10～20min；以及流动中和是将碱性溶液注入油管内，油管在旋转机构驱动下旋转2～6min。

进一步，上述技术方案中，对油管内壁进行多次电镀的步骤包括：镀镍，采用镍镀液，主盐含量250～300mg/L，镀镍的pH值4.0～5.0，温度50～60℃；镀铜，采用铜镀液，主盐含量200～300mg/L，镀铜的温度20～30℃；镀镍磷合金，采用镍磷合金镀液，主盐含量350～450mg/L，镀镍磷合金的pH值1.9～2.7，温度50～65℃；和/或镀镍钨合金，采用镀镍钨合金，主盐含量250～300mg/L，镀镍钨合金的pH值4.0～5.0，温度50～55℃。

进一步，上述技术方案中，对油管内壁进行多次电镀所形成的的多层镀层为镍-铜-镍层、镍-镍磷合金层或镍-镍钨合金层。

进一步，上述技术方案中，对油管内壁进行多次电镀的步骤采用的镀液为硫酸盐镀液。

进一步，上述技术方案中，在对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层的步骤后，还包括步骤：将辅助阳极从油管中取出；以及对油管进行热处理脱氢。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的设备和方法采用同轴穿设在油管中的辅助阳极及旋转机构，镀层质量稳定、厚度均匀，根据需要对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层，防腐能力强；

2.镀液能够循环使用，减少环境问题；

3.能够根据各个区域内不同的腐蚀介质设计不同的防腐镀层组合，提高了镀层耐腐蚀的灵活性，适用范围广；

4.对油管内壁的预处理和清洗能够提高镀层的结合力；

5.油管内壁的部分预处理工序也可以采用本发明的设备来实现，方便使用。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的一实施方式的油管内壁多镀层复合电镀设备的示意图。

主要附图标记说明：

1-油管，2-供液箱，3-回液箱，4-旋转机构，5-油管导电机构，6-阳极导电机构，7-辅助阳极。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

结合图1所示，根据本发明一个或多个具体实施方式的油管内壁多镀层复合电镀设备，包括供液箱2、回液箱3、旋转机构4、油管导电机构5、阳极导电机构6和辅助阳极7。内壁待电镀的油管1的两端分别与供液箱2和回液箱3相连通，供液箱2将工作流体注入油管1，工作流体经过油管1排出至回液箱3，通过循环泵(图中未示出)使得工作流体在供液箱2、油管1和回液箱3中循环流动。油管1的中间连接n个旋转机构4和油管导电机构5，其中n≥1。旋转机构4能够驱动油管1沿轴向旋转，油管导电机构5与油管1电性连接。优选而非限制性地，旋转机构4和油管导电机构5均匀设置在供液箱2与回液箱3之间的油管1上，旋转机构4的数量和油管导电机构5的数量相同，如图1所示的实施方式中，旋转机构4和油管导电机构5各有两个，本发明并不以此为限。本发明的油管内壁多镀层复合电镀设备采用辅助阳极7，使用时，辅助阳极7同轴穿入油管1中，辅助阳极7的两端电性连接阳极导电机构6，阳极导电机构6设置在油管1的两侧。

示例性地，本发明的油管内壁多镀层复合电镀设备可以用于油管内壁清洗工序，例如，流动水洗、流动除油、流动酸洗、流动中和等。这些工序中，水、除油液、酸洗液或碱性溶液作为工作流体。

示例性地，利用本发明的油管内壁多镀层复合电镀设备进行电镀时，根据所需镀层的类型，工作流体可以为镍镀液、铜镀液、镍磷合金镀液或镍钨合金镀液。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，辅助阳极7为不溶性阳极。不溶性阳极的尺寸稳定，从而确保镀层厚度均匀。辅助阳极7的形状和尺寸与油管1的内壁相匹配，示例性地，辅助阳极7的长度可达12米。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，油管内壁多镀层复合电镀设备还包括工作流体监测装置(图中未示出)，其用于监测工作流体的温度、pH值及液位值等。

下面具体说明利用上述油管内壁多镀层复合电镀设备的电镀方法，该电镀方法可以包括如下步骤：

(a)清洗油管内壁。

(b)将辅助阳极同轴安装在油管内。

(c)再次清洗。

(d)对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层。

优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，步骤(a)清洗油管内壁依次包括：高温除油、除锈、流动除油、流动水洗、流动酸洗、流动水洗和流动中和。油管经过上卸扣后，油管丝扣和油管内壁粘有大量的丝扣油、防锈油等油污，因此需要高温除油。高温除油是在高温下处理油管，使油污炭化，从而提高镀层的结合能力。示例性地，高温除油在热处理炉中完成，工作温度为250～500℃，当然本发明并不以此为限。油管经过高温除油后，油管内壁上仍存在油污炭化的污垢、氧化皮、浮锈，因此需要除锈处理。具体地，除锈处理是采用具有一定压强的气流通过石英砂储罐，将石英砂由油管的一端端口吹扫入油管内壁，示例性地，吹扫持续时间为2～4min，再从油管的另一端端口进行相同的操作，从而均匀除去油管内壁上的油污炭化的污垢、氧化皮、浮锈。优选而非限制性地，气流的压强为0.5～1MPa。经过除锈工序后，油管内壁会和空气反应形成油脂，需要进行流动除油处理。流动除油是通过将除油液注入油管内，油管经旋转机构驱动沿轴向旋转，即可达到去除油脂的目的。示例性地，旋转时间为5～10min。流动水洗的工序目的都是用水清洗上一道工序的残留物。示例性地，将水注入油管内，经旋转机构驱动，油管沿轴向旋转，旋转时间为2～4min。流动酸洗是为了去除油管中存在的深层锈蚀，通过将酸性混合溶液注入油管内，经旋转机构驱动，油管沿轴向旋转，即可达到去除深层锈蚀的目的。示例性地，旋转时间为10～20min。流动中和是将经流动酸洗后的油管内壁环境进行中和处理，防止返锈的产生。示例性地，将碱性混合溶液注入油管内，经旋转机构驱动，油管沿轴向旋转，旋转时间为2～6min。应理解的是，针对不同的镀层可以选用不同的预处理工序，从而满足不同镀层的附着条件，提高镀层间的结合力，本发明并不以此为限。在现有的技术中，油管内壁的前处理方式中没有高温除油工序，并且除锈工序多采用风砂或钢丸，使得后续的镀层结合能力不足。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，步骤(c)的再次清洗是指流动水洗，示例性地，将水注入油管内，经旋转机构驱动，油管沿轴向旋转，旋转时间为2～4min。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，步骤(d)对油管内壁进行多镀层复合电镀采用多层电镀的方式，在保证一层镀层表面没有形成钝化膜的情况下进行下一层的电镀，从而形成多层镀层。多层电镀一方面能够降低孔隙率，另一方面能够形成电位差，从而形成横向腐蚀趋向，先对表层形成均匀腐蚀，保护油管基材。多层电镀的每一层不同，可以根据不同应用场景的腐蚀介质不同，确定所需多层镀层构成，例如，矿化度高的水井可采用镍-铜-镍镀层；硫化氢井可采用镍-镍磷合金镀层；电泵井可采用镍-镍钨合金镀层。同时，多层镀层中的每一层也可以发挥单一镀层的特性，解决诸如冲刷腐蚀等问题。例如，针对硫化氢井，多层镀层中最后一层也就是表面层为镍磷合金层，其耐腐蚀能够防止硫化氢对镀层的破坏，进而整体保护了多层镀层的其他耐腐蚀效果。

优选地，本发明配备多种镀液，镀液优选采用惰性金属镀液，不同镀液相互组合使用能够得到所需的多层镀层。示例而非限制性地，本发明的一个或多个实施方式中，镀液的种类及相应镀层所需的电镀反应条件如下，其中电流密度可以为1～3A/dm²：

镍镀液，主盐含量250～300mg/L，形成镍镀层的反应条件：pH值4.0～5.0，温度50～60℃。

铜镀液，主盐含量200～300mg/L，形成铜镀层的反应条件：温度20～30℃。

镍磷合金镀液，主盐含量350～450mg/L，形成镍磷镀层的反应条件：pH值1.9～2.7，温度50～65℃。

镍钨合金镀液，主盐含量250～300mg/L，形成镍钨镀层的反应条件：pH值4.0～5.0，温度50～55℃。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，步骤(d)对油管内壁进行多镀层复合电镀还包括实时监控镀液，以及时补充电镀过程中损失的物质，从而确保电镀反应的实现。其中，对镀液的实时监控主要包括温度、pH值、液位等。优选地，监测的时间间隔为2～3小时。

在本发明的一个或多个实施方式中，镀液是循环利用的，定期对镀液进行处理，例如，通过活性炭吸附、有机物精密过滤、浓度调整等，以保证镀液的纯度。

在本发明的一个或多个实施方式中，针对辅助阳极为不溶性阳极，改变镀液的体系，并改变镀液添加体系，使多种金属层的镀液都可以运用不溶性阳极作为辅助阳极，以实现多镀层复合电镀。例如，镍镀液不包含常规镀液中的氯化镍，氯化镍的主要作用是增加阳极的溶解。

进一步地，在本发明的一个或多个实施方式中，在完成多镀层复合电镀后，将辅助阳极从油管中取出，清洗油管，并对油管进行热处理脱氢，防止氢脆影响。

本发明的设备和方法所得到的产品为多层金属复合镀层，首先解决了塑料涂层耐温和易脱落的问题；其次把稳定的电镀工艺成功运用到长管内镀，并采用环保型循环镀液和多次电镀的方式，解决化学镀镀层单一、溶液流动性差、废液外排等引起的质量不稳定和环境问题；再次运用多层电镀工艺，可根据区块内的不同腐蚀介质设计不同的防腐镀层方案。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油管内壁多镀层复合电镀设备，其特征在于，包括：

供液箱，其与油管的一端相连通，工作流体能够通过所述供液箱注入所述油管中；

回液箱，其与油管的另一端相连通，经过所述油管的工作流体排出至所述回液箱；

循环泵，其使得工作流体在所述供液箱、所述油管和所述回液箱中循环流动；

一个或多个旋转机构，其驱动所述油管沿轴向旋转；

一个或多个油管导电机构，其电性连接所述油管；

阳极导电机构，其设置在所述油管的两侧；以及

辅助阳极，其能够同轴穿设在所述油管中，所述辅助阳极的两端电性连接所述阳极导电机构。

2.根据权利要求1所述的油管内壁多镀层复合电镀设备，其特征在于，所述辅助阳极为不溶性阳极。

3.根据权利要求1所述的油管内壁多镀层复合电镀设备，其特征在于，还包括工作流体监测装置，其用于监测所述工作流体的温度、pH值及液位值。

4.根据权利要求1所述的油管内壁多镀层复合电镀设备，其特征在于，所述工作流体为水、酸洗液、除油液、镍镀液、铜镀液、镍磷合金镀液或镍钨合金镀液。

5.一种油管内壁多镀层复合电镀方法，其特征在于，其应用如权利要求1～7中任意一项所述的油管内壁多镀层复合电镀设备实现，该方法包括如下步骤：

清洗油管内壁；

将辅助阳极同轴安装在油管中；

再次清洗；以及

对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层。

6.根据权利要求5所述的油管内壁多镀层复合电镀方法，其特征在于，所述清洗油管内壁的步骤依次包括：高温除油、除锈工序、流动除油、流动水洗、流动酸洗、流动水洗和流动中和；所述再次清洗的步骤为流动水洗。

7.根据权利要求6所述的油管内壁多镀层复合电镀方法，其特征在于，

所述高温除油的温度为250～500℃；

所述除锈工序采用压强为0.5～1MPa的气流将石英砂由油管的一端吹入，持续时间为2～4min，再从所述油管的另一端进行相同的操作；

所述流动除油是将除油液注入油管内，所述油管在所述旋转机构驱动下旋转5～10min；

所述流动水洗是将水注入油管内，所述油管在所述旋转机构驱动下旋转2～4min；

所述流动酸洗是将酸洗液注入油管内，所述油管在所述旋转机构驱动下旋转10～20min；以及

所述流动中和是将碱性溶液注入油管内，所述油管在所述旋转机构驱动下旋转2～6min。

8.根据权利要求5所述的油管内壁多镀层复合电镀方法，其特征在于，所述对油管内壁进行多次电镀的步骤包括：

镀镍，采用镍镀液，主盐含量250～300mg/L，镀镍的pH值4.0～5.0，温度50～60℃；

镀铜，采用铜镀液，主盐含量200～300mg/L，镀铜的温度20～30℃；

镀镍磷合金，采用镍磷合金镀液，主盐含量350～450mg/L，镀镍磷合金的pH值1.9～2.7，温度50～65℃；和/或

镀镍钨合金，采用镀镍钨合金，主盐含量250～300mg/L，镀镍钨合金的pH值4.0～5.0，温度50～55℃。

9.根据权利要求5所述的油管内壁多镀层复合电镀方法，其特征在于，所述对油管内壁进行多次电镀的步骤采用的镀液为硫酸盐镀液。

10.根据权利要求5所述的油管内壁多镀层复合电镀方法，其特征在于，在所述对油管内壁进行多次电镀，形成多层镀层的步骤后，还包括步骤：

将辅助阳极从油管中取出；以及

对油管进行热处理脱氢。