CN110863165A - 自抛光防腐防垢涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抛光防腐防垢技术领域，是一种自抛光防腐防垢涂层及其制备方法，前者为复合涂层，复合涂层由内至外包括惰性金属涂层、活泼金属涂层和封孔层，按照下述方法制备得到：将自腐蚀电位高的合金采用热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；将自腐蚀电位低的合金采用热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；将高分子或钝化液态合金采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。本发明是将电化学牺牲阳极防腐机理和高电位涂层物理隔离机理的综合应用，避免了单一机理失效后而导致的加速腐蚀问题，使得涂层表面缓慢消耗，既不会被垢覆盖，也不会被腐蚀穿孔，从而实现了油气田苛刻工况下井筒的防腐、防垢双重目的。

Description

自抛光防腐防垢涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及抛光防腐防垢技术领域，是一种自抛光防腐防垢涂层及其制备方法。

背景技术

随着油气田勘探开发的不断深入，油气开采面临的环境越来越恶劣，特别是高矿化度水、高含二氧化碳和硫化氢等工况的出现,使得油气田井筒和地面的腐蚀和结垢问题越来越突出，包括发生在油管、套管和地面管道的内外壁。部分管线或井筒，仅生产1个月就要检泵或清管一次，给生产带来较大影响和安全隐患。

腐蚀和结垢存在协同作用关系。首先，油井管或地面管道局部腐蚀后，粗糙度增加，垢很容易在该处沉积和堆积，导致结垢速率显著增加。其次，油井管或地面管道局部结垢后，很容易造成垢下腐蚀。由于该处垢下和周围的自腐蚀电位或氧含量存在一定差异，会形成氧的浓差电池，导致电化学腐蚀，使其腐蚀速率显著增加。因此，腐蚀和结垢是相互促进，相互影响的协同作用关系。

目前在用的油井管或地面管道的防腐涂层主要以有机涂层居多，但应用过程中发现，油管在下井过程中不可避免的要发生摩擦和碰撞，造成涂层破损，裸露出来的金属在井下服役过程中很容易出现“大阴极小阳极”的电化学腐蚀现象，反而会加速管柱的穿孔失效。

发明内容

本发明提供了一种自抛光防腐防垢涂层及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，使油井管或地面管线腐蚀速率和结垢速率显著下降，保护油井管或地面管线，保障油气田正产生产，显著降低安全隐患。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种管壁上的自抛光防腐防垢涂层为复合涂层，复合涂层由内至外包括惰性金属涂层、活泼金属涂层和封孔层，按照下述方法制备得到：第一步，将自腐蚀电位高的合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将自腐蚀电位低的合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将高分子或钝化液态合金采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述自腐蚀电位高的合金为镍基合金、不锈钢和钛合金中的一种。

上述自腐蚀电位低的合金为铝合金和镁合金中的一种。

上述高分子或钝化液态合金为锌涂料、有机涂料和改性树脂中的一种。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种管壁上的自抛光防腐防垢涂层的制备方法，按照下述方法进行：第一步，将自腐蚀电位高的合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将自腐蚀电位低的合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将高分子或钝化液态合金采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述自腐蚀电位高的合金为镍基合金、不锈钢和钛合金中的一种。

上述自腐蚀电位低的合金为铝合金和镁合金中的一种。

上述高分子或钝化液态合金为锌涂料、有机涂料和改性树脂中的一种。

本发明是将电化学牺牲阳极防腐机理和高电位涂层物理隔离机理的综合应用，避免了单一机理失效后而导致的加速腐蚀问题，使得涂层表面缓慢消耗，既不会被垢覆盖，也不会被腐蚀穿孔，从而实现了油气田苛刻工况下井筒的防腐、防垢双重目的。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该管壁上的自抛光防腐防垢涂层，为复合涂层，复合涂层由内至外包括惰性金属涂层、活泼金属涂层和封孔层，按照下述方法制备得到：第一步，将自腐蚀电位高的合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将自腐蚀电位低的合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将高分子或钝化液态合金采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

本发明管壁上的自抛光防腐防垢涂层中，惰性金属涂层结构致密，自腐蚀电位高或易钝化，能够阻止腐蚀介质渗入，起到隔离和耐蚀的作用；活泼金属涂层，自腐蚀电位较低，具有牺牲阳极作用，管柱表面损伤后，可以给损伤处提供大量的电子，避免了“大阴极小阳极”现象发生；封孔层，可以有效封闭涂层表面大部分的固有孔隙，控制腐蚀介质的渗入通道，确保防腐效果。因此，本发明可以保护油套管或地面管道不被腐蚀，最终实现防腐、防垢、自抛光的效果；具有自抛光特点，能够实现逐层的剥蚀，成垢分子很难在管道外壁堆积。

本发明管壁上的自抛光防腐防垢涂层表面的大部分孔隙由封孔剂封闭，仅留下小部分的固有孔隙，均匀分布于涂层表面。在油气田高矿化度水等工况下，本发明管壁上的自抛光防腐防垢涂层受腐蚀/结垢的协同作用，表面会发生边结垢、边腐蚀、边脱落的“自抛光”行为。复相成垢分子不断在涂层表面堆积，同时腐蚀介质穿过表面孔隙与活泼金属涂层发生水解反应，生成粉状氧化物和氢气，表层活泼金属涂层从母体自由脱离，使附着于管壁上的垢层或腐蚀产物层随之脱落，实现涂层表层的“剥蚀”和均匀减薄的“自抛光”和“剥蚀”行为。

本发明管壁上的自抛光防腐防垢涂层制备于油管、套管或地面管道内外壁上，在油气田井下或地面工况下，高矿化度水会通过封孔层逐步与活泼金属涂层接触，发生水解反应后，生成粉状氧化物和氢气，使附着于管壁上的垢层或腐蚀产物层随之脱落，实现涂层表层的“剥蚀”，粉状氧化物和脱落产物随井下流体或管道输送介质排出，新暴露出来的涂层继续与高矿化度水继续发生“剥蚀”反应，底层的惰性金属涂层不与高矿化度水反应，阻止腐蚀介质进入，保护油套管或地面管道不被腐蚀。在“自抛光”行为的作用下，涂层表面缓慢消耗，既不会被垢覆盖，也不会被腐蚀穿孔，从而实现了油气田苛刻工况下井筒的防腐、防垢双重目的。

实施例2：作为上述实施例的优化，自腐蚀电位高的合金为镍基合金、不锈钢和钛合金中的一种。

实施例3：作为上述实施例的优化，自腐蚀电位低的合金为铝合金和镁合金中的一种。

实施例4：作为上述实施例的优化，高分子或钝化液态合金为锌涂料、有机涂料和改性树脂中的一种。

实施例5：该管壁上的自抛光防腐防垢涂层，按照下述方法制备得到：第一步，将镍基合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将铝合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将锌涂料采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

实施例6：该管壁上的自抛光防腐防垢涂层，按照下述方法制备得到：第一步，将钛合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将镁合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将有机涂料采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

实施例7：该管壁上的自抛光防腐防垢涂层，按照下述方法制备得到：第一步，将不锈钢采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将铝合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将改性树脂采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

根据实施例5至7得到的管壁上的自抛光防腐防垢涂层中，惰性金属涂层结构致密，能够阻止腐蚀介质渗入，起到隔离和耐蚀的作用；活泼金属涂层电位较低，具有牺牲阳极作用，管柱表面损伤后，可以给损伤处提供大量的电子，避免了“大阴极小阳极”现象发生；封孔层可以有效封闭涂层表面大部分的固有孔隙，控制腐蚀介质的渗入通道，确保防腐效果。

综上所述，本发明是将电化学牺牲阳极防腐机理和高电位涂层物理隔离机理的综合应用，避免了单一机理失效后而导致的加速腐蚀问题，使得涂层表面缓慢消耗，既不会被垢覆盖，也不会被腐蚀穿孔，从而实现了油气田苛刻工况下井筒的防腐、防垢双重目的。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (8)

1.一种管壁上的自抛光防腐防垢涂层，其特征在于为复合涂层，复合涂层由内至外包括惰性金属涂层、活泼金属涂层和封孔层，按照下述方法制备得到：第一步，将自腐蚀电位高的合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将自腐蚀电位低的合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将高分子或钝化液态合金采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

2.根据权利要求1所述的管壁上的自抛光防腐防垢涂层，其特征在于自腐蚀电位高的合金为镍基合金、不锈钢和钛合金中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的管壁上的自抛光防腐防垢涂层，其特征在于自腐蚀电位低的合金为铝合金和镁合金中的一种。

4.根据权利要求1或2或3所述的管壁上的自抛光防腐防垢涂层，其特征在于高分子或钝化液态合金为锌涂料、有机涂料和改性树脂中的一种。

5.一种管壁上的自抛光防腐防垢涂层的制备方法，其特征在于按照下述方法进行：第一步，将自腐蚀电位高的合金采用超音速热喷涂方式喷涂在管壁上，得到惰性金属涂层；第二步，将自腐蚀电位低的合金采用超音速热喷涂方式在喷涂惰性金属涂层上，得到活泼金属涂层；第三步，将高分子或钝化液态合金采用刷涂方式涂刷在活泼金属涂层上，得到封孔层。

6.根据权利要求5所述的自抛光防腐防垢涂层及其制备方法，其特征在于自腐蚀电位高的合金为镍基合金、不锈钢和钛合金中的一种。

7.根据权利要求5或6所述的自抛光防腐防垢涂层及其制备方法，其特征在于自腐蚀电位低的合金为铝合金和镁合金中的一种。

8.根据权利要求5或6或7所述的自抛光防腐防垢涂层及其制备方法，其特征在于高分子或钝化液态合金为锌涂料、有机涂料和改性树脂中的一种。