CN111455418A - 一种管壁镀层方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管壁镀层方法，所述管壁包括内壁、外壁以及丝扣，所述镀层方法针对丝扣、内壁及外壁分别进行电镀。所述内壁电镀采用流动电镀的方式。所述流动电镀的方式包括：电镀液以0.2～0.5米/秒的流速持续循环流经油套管内壁进行流动电镀。内壁及外壁电镀分别为两个阶段，以不同的电镀液及电镀条件分别进行电镀。本发明工艺流程完善、对油套管内外壁以及丝扣进行全面防腐。本发明方法效率高、镀层防腐能力强，可显著提高气密性油套管防腐能力，延长使用寿命。

Description

一种管壁镀层方法
技术领域
本发明涉及石油与机械工程表面处理领域，特别是一种管壁镀层方法，如气密性油套管内外壁镀层方法。
背景技术
硫化氢腐蚀是指油气管道中含有一定浓度的硫化氢和水产生的腐蚀。主要有电化学腐蚀和氢致损伤两种类型。硫化氢溶于水中后电离呈酸性，使管材受到电化学腐蚀，造成管壁减薄或局部点蚀穿孔。腐蚀过程中产生的氢原子被钢铁吸收后，在管材冶金缺陷区富集，可能导致钢材脆化，萌生裂纹，导致开裂。国内外开发含硫化氢的酸性油气田的管道和设备曾多次出现突发性的撕裂或脆断、焊接区开裂等事故，多是因为氢致开裂和硫化物应力开裂引起。影响硫化氢腐蚀的因素有硫化氢浓度、pH值、温度、流速、二氧化碳与氯离子的浓度等。
该领域常用的防护方式，除了高级防腐材料以外，表面防腐处理是最经济有效的手段，包括有机涂层，镍磷化学镀层，镀锌、镀铬等。虽取得一定的防腐效果，但仍存在使用周期短，维护成本高等问题。有机涂层的结合力下降快，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下，涂层易老化、结合力下降而脱落，易造成井下工具的堵塞，影响油井生产和增加作业风险。镍磷化学镀层主要采用化学镀工艺，化学镀采用工件浸泡在溶液中，存在进入油管内壁的镀液体积小、镀层不均匀等问题。电镀过程中产生的气体无法排除，镀层存在漏点多和厚度薄等问题。而在实际使用时内壁腐蚀远远大于外壁腐蚀，而引起失效。
另外，由于油田不同区块内的腐蚀介质多样性，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；注二氧化碳中存在氧腐蚀；采气井存在硫化氢腐蚀等，现有管路的镀层难以满足复杂环境的防腐要求。
而且，管路不同位置受腐蚀程度也存在差异，在使用过程中往往存在部分位置腐蚀严重，从而影响整根管路使用的情况，引起管路的整体失效。
发明内容
本发明目的在于针对硫化氢腐蚀特性，提供一种管壁镀层方法。以解决电镀过程中存在电镀不均匀，缺乏针对性的问题，对管进行全面防腐。同时，该方法镀层后的管具有高耐蚀性，防腐全面，有针对性以解决受腐蚀程度不均的问题。以有效解决含硫化氢输油、输气管道的腐蚀问题。
本发明提供一种管壁镀层方法，所述管壁包括内壁、外壁以及丝扣，所述镀层方法针对丝扣、内壁及外壁分别进行电镀，依次包括：丝扣电镀，内壁电镀以及外壁电镀。
如前所述的方法，其中所述丝扣电镀优选包括丝扣高温除油、丝扣化学除油、丝扣酸洗以及丝扣活化中的一步或者多步以及丝扣电镀过程。所述丝扣高温除油为将丝扣在350～450℃处理使油污炭化的过程。所述丝扣化学除油为将丝扣处置于浓度为40～70g/L的氢氧化钠和/或20～50g/L的碳酸钠溶液中，经过50～80℃浸泡10～20min。所述丝扣酸洗为将丝扣置于质量分数为10～15％的硫酸溶液和/或10～20％的盐酸溶液中，浸泡10～20min。所述丝扣活化为将丝扣置于质量分数为5～20％的硫酸溶液，浸泡60～180s。
所述丝扣电镀采用的电镀液的组成包含：硫酸镍200～300g/L，硼酸10～50g/L。丝扣电镀条件：电流密度为1.5～8A/dm2，电镀温度为40～70℃，电镀时间为5～20min，pH为3.0～5.0。镀层厚度宜控制在10～15μm。
进一步，所述内壁电镀采用流动电镀的方式。所述流动电镀的方式包括：电镀液以0.2～0.5米/秒的流速持续循环流经油套管内壁进行流动电镀。
所述流动电镀优选分为两个阶段，第一阶段电镀液组成为：200～400g/L的硫酸镍以及20～80g/L的硼酸；第二阶段电镀液组成为：100～400g/L的硫酸镍、5～60g/L柠檬酸、10～100g/L柠檬酸钠、5～50g/L亚磷酸以及30～100g/L钨酸钠。
第一阶段的电镀的条件：电流密度为2～8A/dm2，电镀温度为45～70℃，电镀时间为5～60min。第二阶段的电镀条件：电流密度为3～10A/dm2，电镀温度为55～80℃，电镀时间为20～60min。
所述流动电镀前优选包括除锈、除油、酸洗、中和以及活化中的一步或多步。
所述除锈过程优选采用内喷砂除锈的方式。
所述除油优选采用流动除油的方式：即除油液以0.5～1米/秒的流速循环流经套管内壁。除油液为浓度为40～70g/L的氢氧化钠和/或20～50g/L的碳酸钠溶液。除油温度为50～80℃，除油时间为10～20min。
所述酸洗优选采用流动酸洗的方式：即酸洗液以0.5～1米/秒的流速循环流经套管内壁。酸洗液为质量分数为10～15％的硫酸溶液和/或质量分数为10～20％的盐酸溶液。酸洗时间为10～20min。
所述中和优选采用流动中和的方式：即中和液以0.5～1米/秒的流速循环流经套管内壁。中和液为浓度为20～50g/L的磷酸三钠和/或10～30g/L酒石酸钾钠溶液。中和时间为2～5min。
所述活化优选采用流动活化的方式：即活化液以0.2～0.5米/秒的流速循环流经套管内壁。活化液为质量分数为5～20％的硫酸溶液。活化时间为60～180s。
进一步，所述外壁电镀包括外镀复合层步骤。所述外镀复合层优选分为两个阶段，第一阶段电镀液组成为200～400g/L硫酸镍和/或20～80g/L硼酸。第二阶段电镀液组成为100～400g/L硫酸镍、5～60g/L柠檬酸、10～100g/L柠檬酸钠、5～50g/L亚磷酸以及30～100g/L钨酸钠中的一种或多种。第一阶段电镀条件：电流密度为2～8A/dm2，电镀温度为45～70℃，电镀时间为20～100min。第二阶段电镀条件：电流密度为3～10A/dm2，电镀温度为55～80℃，电镀时间为20～60min。复合镀层厚度宜控制不小于60μm。
另外，所述外壁电镀在外镀复合层之前优选包括外壁除锈、浸泡化学除油、浸泡酸洗、浸泡活化中的一步或多步。所述外壁除锈采用通过式外抛丸除锈。所述浸泡化学除油为将套管置于浓度为40～70g/L的氢氧化钠和/或20～50g/L的碳酸钠溶液中，50～80℃浸泡10～20min。所述浸泡酸洗为将套管置于质量分数为10～15％的硫酸溶液和/或10～20％的盐酸溶液中，浸泡10～20min。所述浸泡活化为将套管置于质量分数为5～20％的硫酸溶液中，浸泡60～180s。
所述电镀方法优选在外壁电镀后还包括除氢处理过程：除氢处理温度为180～220℃，除氢处理时间为1～3h。
本发明另一方面在于提供一种带有防腐镀层的管，包括管体及丝扣，在丝扣及管体内壁及外壁上分别具有防腐镀层：丝扣防腐镀层、内壁防腐镀层以及外壁防腐镀层。
丝扣防腐镀层为金属镍镀层，镀层厚度为10～15μm。
内壁防腐镀层为复合层，优选为两层，由内壁向外依次为镍镀层以及镍钨磷镀层。复合层厚度为不小于60μm。
外壁防腐镀层为复合层，优选为两层，由外壁向外依次为镍镀层以及镍钨磷镀层。复合层厚度为不小于60μm。外壁在螺纹末端至不小于70cm处复合层分别具有一段加厚段，加厚段的厚度为不小于100μm。
本发明优点：工艺流程完善、对管内外壁以及丝扣进行全面防腐。本发明解决了电镀不均匀，缺乏针对性的问题，对管进行全面防腐。经本发明方法镀层后的管具有高耐蚀性，防腐全面，有针对性的优点，很好地解决了受腐蚀程度不均的问题。可有效解决含硫化氢输油、输气管道的腐蚀问题。提高气密性油套管防腐能力，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明未镀防腐镀层的管的剖面示意图；
图2为本发明带有防腐镀层的管的剖面示意图；
图3为图2所示A-A向剖视图；
图4为图2所示B-B向剖视图。
其中 1为管体，2为丝扣，3为内壁，4为外壁，5为丝扣防腐镀层，6为内壁镍镀层，7为内壁镍钨磷镀层，8为外壁镍镀层，9为外壁镍钨磷镀层，10为外壁复合层加厚段，
具体实施方式
为使本领域技术人员更好理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明方案进行进一步阐述。
实施例1
本实施例提供一种油套管壁镀层方法，如图1所示，所述管壁包括管体1的内壁3、外壁4以及丝扣2。针对丝扣2、内壁3及外壁4分别进行电镀，依次包括：丝扣电镀，内壁电镀以及外壁电镀。所述丝扣电镀包括丝扣高温除油、丝扣化学除油、丝扣酸洗以及丝扣活化中的一步或者多步以及丝扣电镀过程。所述内壁电镀采用流动电镀的方式，在流动电镀前依次经过除锈、除油、酸洗、中和以及活化。所述外壁电镀包括外壁除锈、浸泡化学除油、浸泡酸洗、浸泡活化以及外镀复合层步骤。
本实施例电镀过程具体流程如下：
高温除油→上工装→丝扣化学除油→水洗→丝扣酸洗→水洗→丝扣活化→纯水洗→丝扣电镀→水洗→上工装→内壁除锈→更换工装→流动除油→流动水洗→流动酸洗→流动水洗→流动中和→装阳极→流动水洗→流动活化→流动纯水洗→内镀复合层→流动水洗→下挂→上工装→外壁除锈→浸泡化学除油→浸泡水洗→浸泡酸洗→浸泡水洗→浸泡活化→浸泡水洗→外镀复合层→浸泡水洗→下挂→除氢处理→包装。
气密性油套管内外壁镀层工艺是主要方案及步骤:
1、高温除油：气密性油套管经过上卸扣后，油套管丝扣和内壁粘有大量的丝扣油、防锈油等大量的油污，经过380℃高温处理使油污炭化，提高镀层结合能力。
2、丝扣化学除油：将丝扣处置于浓度为50g/L的氢氧化钠、30g/L的碳酸钠溶液中，经过60℃浸泡15min。
3、丝扣酸洗：将除油过的丝扣置于质量分数为12％的硫酸溶液与15％的盐酸溶液中，经过浸泡15min。
4、丝扣活化：将酸洗过的丝扣置于质量分数为15％的硫酸溶液，经过浸泡100s。
5、丝扣电镀：电镀液的组成包含：硫酸镍250g/L，硼酸30g/L，直流整流器开通5A/dm2的电流密度进行电镀，电镀温度为50℃，电镀时间为15min，pH为4.0。
6、内除锈：丝扣电镀完毕后，采用内喷砂除锈，除锈前将丝扣端面保护铁工装、外螺纹保护工装上紧后开始除锈。确保除锈等级达到GB/T 8923.1规定的Sa 21/2～3级的要求。
7、更换工装：将丝扣端面保护铁工装取下，更换成根据丝扣端面大小相同的耐酸耐碱的特种橡胶垫片，保证密封性。
8、流动除油：将内除锈处理的气密性油套管置于浓度为50g/L的氢氧化钠、30g/L的碳酸钠溶液中内循环流动，流速为1米/秒，温度60℃，时间15min。
9、流动酸洗：将除油过的气密性油套管置于质量分数为15％的硫酸溶液与15％的盐酸溶液中内循环流动，流速为1米/秒，时间15min。
10、流动中和：将酸洗过的气密性油套管置于浓度为40g/L的磷酸三钠，20g/L酒石酸钾钠溶液中内循环流动，流速为1米/秒，时间5min。
11、装阳极：根据气密性油套管内径尺寸设计使用导电均匀的不溶性圆柱形阳极。穿入气密性扣油套内部。
12、流动活化：将装好阳极的气密性油套管置于质量分数为15％的硫酸溶液中内循环流动，流速为0.5米/秒，时间100s。
13、复合镀层：第一层镀层为半光亮镍镀层，其镀液组成为300g/L硫酸镍，60g/L硼酸。以直流整流器开通5A/dm2的电流密度进行电镀，电镀温度为60℃，电镀时间为40min。第二层镀层为镍钨磷镀层，其镀液组成为300g/L硫酸镍、50g/L柠檬酸、80g/L柠檬酸钠、40g/L亚磷酸、60g/L钨酸钠。以5A/dm2的电流密度进行电镀，电镀温度为60℃，电镀时间为30min。
14、外除锈：采用通过式外抛丸除锈，除锈前将外螺纹保护工装上紧后开始除锈，确保除锈等级达到GB/T 8923.1规定的Sa 2 1/2～3级的要求。
15、浸泡化学除油：将外除锈处理的气密性油套管置于浓度为50g/L的氢氧化钠、40g/L的碳酸钠溶液中，经过60℃浸泡15min。
16、浸泡酸洗：将化学除油过的气密性油套管置于质量分数为15％的硫酸溶液与15％的盐酸溶液中，经过浸泡15min。
17、浸泡活化：将酸洗过的气密性油套管置于质量分数为15％的硫酸溶液中，经过浸泡100s。
18、外镀复合层：采用外螺纹保护工装对丝扣与油套管内壁进行密封后电镀，第一层镀层为半光亮镍镀层，其镀液组成为300g/L硫酸镍，60g/L硼酸。以5A/dm2的电流密度进行电镀，电镀温度为50℃，电镀时间为70min。第二层镀层为镍钨磷镀层，其镀液组成为300g/L硫酸镍、40g/L柠檬酸、60g/L柠檬酸钠、40g/L亚磷酸、60g/L钨酸钠。以5A/dm2的电流密度进行电镀，电镀温度为60℃，电镀时间为40min。复合镀层厚度为60μm。在距离螺纹末端至70cm处两端镀有一凸出加厚段，该凸出加厚段厚度为100μm。
除氢处理：经过温度为200℃除氢处理，时间为2h。
实施例2
本实施例为由实施例1所制备的带有防腐镀层的管，如图1及图2所示。所述带有防腐镀层的管包括管体1及丝扣2，在丝扣2及管体1的内壁3及外壁4上分别具有防腐镀层：即丝扣防腐镀层5、内壁防腐镀层以及外壁防腐镀层。
丝扣防腐镀层为金属镍镀层，镀层厚度为10μm。
内壁防腐镀层为复合层，由内壁向外依次为内壁镍镀层6，内壁镍钨磷镀层7。复合层厚度为60μm。
外壁防腐镀层为复合层，由外壁向外依次为外壁镍镀层8，外壁镍钨磷镀层9。复合层厚度为60μm。
在距离螺纹末端至70cm处两端镀有一凸出加厚段即外壁复合层加厚段10，该外壁复合层加厚段10的厚度为100μm。
实施例3
青海油田某井是H2S腐蚀较严重水井之一。采出液中硫化物含量20mg/L～45mg/L。2017年12月16日应用实施例所示带有防腐镀层的管3500米与普通油管100米做对比试验。2018年6月22日提井检验，防H2S效果明显，内外壁、丝扣、与加厚段未发生腐蚀破坏。达到了预期的效果。而普通油管受电化学腐蚀和氢致损伤的影响在管口与管体都腐蚀比较严重。
本发明工艺流程完善、对油套管内外壁以及丝扣进行全面防腐。效率高、防腐能力强。本发明针对硫化氢的腐蚀，将气密性油套管内外壁全面防腐，提高气密性油套管防腐能力，延长使用寿命。

Claims (10)

1.一种管壁镀层方法，其特征在于，所述管壁包括内壁、外壁以及丝扣，所述镀层方法针对丝扣、内壁及外壁分别进行电镀，依次包括：丝扣电镀，内壁电镀以及外壁电镀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内壁电镀采用流动电镀的方式，所述流动电镀的方式包括：电镀液以0.2～0.5米/秒的流速持续循环流经油套管内壁进行流动电镀。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流动电镀分为两个阶段，第一阶段电镀液组成为：200～400g/L的硫酸镍以及20～80g/L的硼酸；第二阶段电镀液组成为：100～400g/L的硫酸镍、5～60g/L柠檬酸、10～100g/L柠檬酸钠、5～50g/L亚磷酸以及30～100g/L钨酸钠。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一阶段的电镀的条件：电流密度为2～8A/dm2，电镀温度为45～70℃，电镀时间为5～60min；第二阶段的电镀条件：电流密度为3～10A/dm2，电镀温度为55～80℃，电镀时间为20～60min。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流动电镀前包括除锈、除油、酸洗、中和以及活化中的一步或多步。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述除油采用流动除油的方式：即除油液以0.5～1米/秒的流速循环流经套管内壁；除油液为浓度为40～70g/L的氢氧化钠和/或20～50g/L的碳酸钠溶液；除油温度为50～80℃，除油时间为10～20min；
所述酸洗采用流动酸洗的方式：即酸洗液以0.5～1米/秒的流速循环流经套管内壁；酸洗液为质量分数为10～15％的硫酸溶液和/或质量分数为10～20％的盐酸溶液；酸洗时间为10～20min；
所述中和采用流动中和的方式：即中和液以0.5～1米/秒的流速循环流经套管内壁；中和液为浓度为20～50g/L的磷酸三钠和/或10～30g/L酒石酸钾钠溶液；中和时间为2～5min；
所述活化采用流动活化的方式：即活化液以0.2～0.5米/秒的流速循环流经套管内壁；活化液为质量分数为5～20％的硫酸溶液。活化时间为60～180s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外壁电镀包括外镀复合层步骤；所述外镀复合层分为两个阶段，第一阶段电镀液组成为200～400g/L硫酸镍和/或20～80g/L硼酸；第二阶段电镀液组成为100～400g/L硫酸镍、5～60g/L柠檬酸、10～100g/L柠檬酸钠、5～50g/L亚磷酸以及30～100g/L钨酸钠中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，第一阶段电镀条件：电流密度为2～8A/dm2，电镀温度为45～70℃，电镀时间为20～100min；第二阶段电镀条件：电流密度为3～10A/dm2，电镀温度为55～80℃，电镀时间为20～60min。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述外壁电镀在外镀复合层之前还包括外壁除锈、浸泡化学除油、浸泡酸洗、浸泡活化中的一步或多步；所述外壁除锈采用通过式外抛丸除锈；所述浸泡化学除油为将套管置于浓度为40～70g/L的氢氧化钠和/或20～50g/L的碳酸钠溶液中，50～80℃浸泡10～20min；所述浸泡酸洗为将套管置于质量分数为10～15％的硫酸溶液和/或10～20％的盐酸溶液中，浸泡10～20min；所述浸泡活化为将套管置于质量分数为5～20％的硫酸溶液中，浸泡60～180s。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀方法在外壁电镀后还包括除氢处理过程：除氢处理温度为180～220℃，除氢处理时间为1～3h。
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