CN111575089B - 一种抗粘扣螺纹脂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗粘扣螺纹脂，包括组分A、组分B和组分C，三种组分质量比为A：B：C＝(0.8～1.1)：(1.6～2.2)：(3.6～4.2)；以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂30％～50％，正己烷50％～70％；组分B包括环氧树脂47％～60％，镍粉5％～15％，二硫化钨粉30％～40％，氮化硅1％～4％，气相二氧化硅1％～3％；组分C包括钛基润滑脂30％～50％，微晶石墨3％～7％，碳化硅晶须7％～13％，石墨粉15％～23％，聚四氟乙烯粉13％～18％，镍钛合金1％～4％，锌粉10％～15％。使用时先将组分B涂刷至螺纹表面后，再将组分A涂刷到被组分B涂刷过的螺纹表面后，二者会发生化学固化反应，在螺纹表面形成一层润滑涂层，该涂层具有表面附着力强的优势，然后再在该润滑涂层表面涂刷一层油基脂的润滑物质，发挥油基脂类润滑材料的物理堵塞螺纹泄漏间隙及铺展在螺纹表面的优势。

Description

一种抗粘扣螺纹脂及其使用方法

技术领域

本发明属于油套管螺纹脂技术领域，特别涉及一种抗粘扣螺纹脂及其使用方法。

背景技术

随着石油天然气勘探开发的不断发展，油田钻井中出现了大量的斜井、水平井、大位移丛式井、深井超深井、储气库井等较为苛刻的工况，而目前国内储气库井建设过程中由于地层条件的复杂、新钻井、完井等条件的苛刻，管柱设计标准不健全、套管选材不当、施工工艺不合理等各种因素，都可能造成套管损坏；而入井套管即使满足强度设计要求，也可能因螺纹泄漏、管柱腐蚀或者管柱磨损而造成管柱损伤，也可能因所承受的各向载荷(拉伸载荷、外挤力、内压力)加之温度效应而产生管柱变形。总体而言，包括储气库井在内的各种油气井管柱损伤主要包括漏失、粘扣、磨损、腐蚀、破裂、挤毁、错断等，这些不同形式的失效为后期安全运行埋下隐患。这就为后期施工亦或处理造成了极大的困难，同时也大幅提高了钻井周期和钻井成本。

在油气勘探开发过程中各种石油管材的消耗量十分巨大，石油生产中应用到的钻柱、套管柱、油管柱等都是通过螺纹接头将各个单根管子连接成长管柱，而管子与管子的螺纹连接处是最容易出现失效事故的部位，根据美国API石油学会的资料统计，套管柱损坏的80％以上，油管柱失效的70％以上都发生在螺纹连接处，油套管在螺纹连接过程中，如何防止螺纹发生粘扣一直备受关注，粘扣是石油专用管螺纹失效的一种形式，每年由于粘扣给油田的生产造成了不可估量的损失。按照规定油套管螺纹上扣前，必须在螺纹表面涂抹适量的螺纹脂，螺纹脂是一种在上扣前涂刷到管子螺纹表面上的一种物质，它在管子上扣和卸扣过程中起到润滑和抗粘扣作用，因此具有良好抗粘扣性能的螺纹脂对油套管螺纹粘扣有一定的抑制作用。

目前油田现场使用较多的螺纹脂是油基脂螺纹脂，其主要成分为基础脂、基础油、石墨粉和铅粉、锌粉、铜粉等软金属，该类型螺纹脂针对一般的API圆螺纹或偏梯形螺纹甚至特殊扣螺纹都具有较好的润滑性能，其润滑和抗粘扣原理是：螺纹上扣前被均匀涂抹在螺纹表面，当螺纹上扣时被涂抹在螺纹表面的螺纹脂尤其是包含其中的软金属被旋进、碾压并铺展在螺纹表面形成一层软金属润滑膜，降低了同材质的公母螺纹直接接触机会，使得各种载荷和润滑发生在软金属润滑膜内，降低出现粘扣的概率。

尽管目前使用的油基脂螺纹脂具有一定的抗粘扣作用，但仍有一定的缺陷和不足，由于现有的油基脂螺纹脂起到抗粘扣作用的原因是所含有的软金属被碾压铺展在螺纹表面，但由于各个螺纹脂制造厂商的配方千差万别，各个管厂在加工螺纹时由于加工工艺、质量控制、扣型设计等的不同，并不能保证油基脂螺纹脂能够被有效铺展在螺纹表面，个别螺纹脂甚至由于在螺纹表面粘附性较差会随着螺纹的上扣被挤出螺纹表面，进而导致无法起到润滑作用，最终导致油套管螺纹出现大量的粘扣失效事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗粘扣螺纹脂及其使用方法，可以有效的在螺纹表面形成一层润滑膜，起到优异的润滑和抗粘扣作用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种抗粘扣螺纹脂，包括组分A、组分B和组分C，三种组分质量比为A：B：C＝(0.8～1.1)：(1.6～2.2)：(3.6～4.2)；

以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂30％～50％，正己烷50％～70％；

以质量百分数计，组分B包括环氧树脂47％～60％，镍粉5％～15％，二硫化钨粉30％～40％，氮化硅1％～4％，气相二氧化硅1％～3％；

以质量百分数计，组分C包括钛基润滑脂30％～50％，微晶石墨3％～7％，碳化硅晶须7％～13％，石墨粉15％～23％，聚四氟乙烯粉13％～18％，镍钛合金1％～4％，锌粉10％～15％。

进一步，环氧树脂型号为F-44。

进一步，聚酰胺固化剂型号为YD-9115。

进一步，锌粉、石墨粉、聚四氟乙烯粉纯度在99％以上，粒径在350目以上。

进一步，二硫化钨粉纯度在99％以上，粒径在1000目以上。

进一步，钛基润滑脂的锥入度范围在220～250之间。

进一步，气相二氧化硅采用德固赛牌号380。

本发明还公开了所述抗粘扣螺纹脂的使用方法，包括以下步骤：

(1)按照组分比例，分别制备组分A、组分B和组分C；

(2)将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至已经涂刷过组分B的油套管外螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待60～90分钟，再将组分C分别均匀涂刷至油套管内螺纹表面和油套管外螺纹表面，最后进行上扣作业。

进一步，组分A的制备过程为：将聚酰胺固化剂和正己烷混合均匀；

组分B的制备过程为：将环氧树脂、镍粉、二硫化钨粉、氮化硅和气相二氧化硅混合均匀；

组分C的制备过程为：将钛基润滑脂、微晶石墨、碳化硅晶须、石墨粉、聚四氟乙烯粉、镍钛合金和锌粉混合均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种抗粘扣螺纹脂，组分A和组分B实际属于一种双组份环氧树脂粘接剂，其反应后可以粘接在螺纹表面，所以可以在螺纹表面形成一层固体润滑膜。按照以上配方制备的抗粘扣螺纹脂具有良好的涂覆性，可以方便的涂刷在油套管螺纹表面，并可以在螺纹表面形成一层固体润滑膜，同时还会粘附组分中的其他润滑成分，起到良好的辅助润滑和密封作用。将固体润滑技术与传统涂刷型螺纹脂技术工艺相结合创造性的发明了一种新型抗粘扣螺纹脂，该螺纹脂能够在涂刷过程中在螺纹表面形成一层固体润滑薄膜，而固体润滑膜表面仍存在传统的油基脂螺纹脂，这种工艺的设计避免了传统的油基脂螺纹脂无法有效完全铺展在油套管螺纹表面，加强了公母螺纹之间的润滑膜的润滑性，从而起到较好的抗粘扣作用。

本发明公开的抗粘扣螺纹脂的使用方法，因为组分A和组分B是一种会固化的胶粘剂，如果提前制备，就会固化结块，所以在使用时，这三种组分必须现场制备，先将组分B涂刷至螺纹表面后，再将组分A均匀涂刷到被组分B涂刷过的螺纹表面后，二者会发生化学固化反应，在螺纹表面形成一层润滑涂层，该涂层具有在表面附着力强的优势，然后再在该润滑涂层表面涂刷一层油基脂的润滑物质，发挥油基脂类润滑材料的物理堵塞螺纹泄漏间隙及铺展在螺纹表面的优势。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明的抗粘扣螺纹脂是由三种组分组成，其中三种组分质量比为A：B：C＝(0.8～1.1)：(1.6～2.2)：(3.6～4.2)，以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂30％～50％，正己烷50％～70％；组分B包括环氧树脂47％～60％，镍粉5％～15％，二硫化钨粉30％～40％，氮化硅1％～4％，气相二氧化硅1％～3％；组分C包括钛基润滑脂30％～50％，微晶石墨3％～7％，碳化硅晶须7％～13％，石墨粉15％～23％，聚四氟乙烯粉13％～18％，镍钛合金1％～4％，锌粉10％～15％。

组分A和组分B实际属于一种双组份环氧树脂粘接剂，其反应后可以粘接在螺纹表面，所以可以在螺纹表面形成一层固体润滑膜。

按照以上配方制备的抗粘扣螺纹脂具有良好的涂覆性，可以方便的涂刷在油套管螺纹表面，并可以在螺纹表面形成一层固体润滑膜，同时还会粘附组分中的其他润滑成分，起到良好的辅助润滑和密封作用。将固体润滑技术与传统涂刷型螺纹脂技术工艺相结合创造性的发明了一种新型抗粘扣螺纹脂，该螺纹脂能够在涂刷过程中在螺纹表面形成一层固体润滑薄膜，而固体润滑膜表面仍存在传统的油基脂螺纹脂，这种工艺的设计避免了传统的油基脂螺纹脂无法有效完全铺展在油套管螺纹表面，加强了公母螺纹之间的润滑膜的润滑性，从而起到较好的抗粘扣作用。

固体润滑技术：利用化学或者物理的方法将一些润滑材料附着在摩擦界面上，与传统的润滑脂、润滑油技术相比，固体润滑技术它适用温度范围宽，承载能力高，能在高温、高速、高承载、强腐蚀和强辐射等苛刻的条件下工作，而且符合环保要求，在石化、冶金、电子、航空航天等领域具有突出的优势和应用前景。

其中正己烷属于常用的化学试剂，用工业级即可。

环氧树脂型号为F-44，可以在无锡蓝星石油化工有限责任公司购买。

聚酰胺固化剂型号为YD-9115，可在江西省宜春远大化工有限公司处购买。

锌粉、石墨粉、聚四氟乙烯粉纯度达到99％以上，粒径应在350目以上。

高纯二硫化钨粉纯度应在99％以上，粒径应在1000目以上。

钛基润滑脂的锥入度范围应在220～250之间。

气相二氧化硅可采用德固赛牌号380。

本发明中使用氮化硅粉末属于一种陶瓷材料，该材料具有优异的耐高温、耐腐蚀和润滑作用，本发明中使用的氮化硅的粒径约350目以上。

本发明中使用微晶石墨粉是属于一种无定型石粉，又被叫做土状石墨粉，粒径要求800目以上。

碳化硅晶须是一种灰绿色粉末，晶须长径比大，具有优异的耐磨损、耐高温和耐腐蚀作用。粒径应小于100微米。

镍钛合金属于一种记忆合金，具有良好的耐磨性，该镍钛合金应制备成纤维状，制备成长度约0.5～2mm，直径为0.1～0.5mm的短纤维。

镍钛合金纤维的制备方法：首先将钛线缠在镍箍上，制作镍和钛的配合比约1:1的镍钛包覆线，这里用数十支至数百支集束包装材包上径510mm的集束单线，通过拉模拔丝加工制造线径细达0.1～0.5mm的集束轴心线，进一步将另外数十支到数百支集束包装材包再一次拔丝，加工径0.1～0.5mm或两次集束轴心线在比镍和钛的熔点低约1000℃的温度热处理下，镍和钛在固相状态扩散合金化，然后除去包装材，得到球棒尖状的镍钛合金纤开发的镍钛合金纤维。

实施例1

本发明的一种抗粘扣螺纹脂由三种组分组成，其中三种组分质量比为A：B：C＝1:2:4，以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂40％，正己烷60％；组分B包括环氧树脂53％，镍粉9％，高纯二硫化钨粉33％，氮化硅3％，气相二氧化硅2％；组分C包括钛基润滑脂40％，微晶石墨5％，碳化硅晶须10％，石墨粉16％，聚四氟乙烯粉15％，镍钛合金2％，锌粉12％。

按照以上组分比例，分别使用反应釜混合三种组分待用，使用时先将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至上述已经涂刷过组分B的螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待60分钟后再将组分C均匀涂刷至内外螺纹表面，然后即可进行上扣作业。

对本实施例所制备的抗粘扣螺纹脂进行抗粘扣性能试验，具体为：

以Φ89×6.45mm N80-EU油管为例进行说明，根据理论计算，对于Φ89×6.45mmN80-EU油管其上扣扭矩应按表1所示进行控制。

为了验证本实施例的抗粘扣螺纹脂的抗粘扣性能，油管在上扣时按照最大扭矩进行上扣。

表2为油管开展抗粘扣性能试验时现场上卸扣扭矩记录，从表2中可知油管在第10次卸扣后其外螺纹和内螺纹未出现粘扣现象，现场实验后，第10次卸扣后Φ89mmN80 EU油管外螺纹形貌表面光洁，完好无损。因此可表明本实施例的螺纹脂具有良好的抗粘扣性能。

特别说明，因为一组试验管是由两根管子和一个接箍组成，接箍的两端都可以做上卸扣，一般用来试验的一段我们习惯标记为A端，另一端习惯标记为B端，下述实施例与此相同。

表1上/卸扣试验条件

表2上/卸扣试验数据

实施例2

本发明的一种抗粘扣螺纹脂是由三种组分组成，其中三种组分质量比为：A：B：C＝0.8:1.6:4.2，以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂50％和正己烷50％；组分B包括环氧树脂47％，镍粉15％，高纯二硫化钨粉33％，氮化硅1％，气相二氧化硅3％；组分C包括钛基润滑脂50％，微晶石墨4％，碳化硅晶须7％，石墨粉15％，聚四氟乙烯粉13％，镍钛合金1％和锌粉10％。

按照以上组分比例，分别使用反应釜混合三种组分待用，使用时先将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至上述已经涂刷过组分B的油套管外螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待60分钟后再将组分C均匀涂刷至油套管内外螺纹表面，然后即可进行上扣作业。

对本实施例所制备的抗粘扣螺纹脂进行抗粘扣性能试验，具体为：

以Φ89×6.45mm N80-EU油管为例进行说明，根据理论计算，对于Φ89×6.45mmN80-EU油管其上扣扭矩应按表3所示进行控制。

为了验证本实施例的抗粘扣螺纹脂的抗粘扣性能，油管在上扣时按照最大扭矩进行上扣。

表4为油管开展抗粘扣性能试验时现场上卸扣扭矩记录，从表4中可知油管在第10次卸扣后其外螺纹和内螺纹未出现粘扣现象，现场实验后，第10次卸扣后Φ89mmN80 EU油管外螺纹形貌表面光洁，完好无损。因此可表明本实施例的螺纹脂具有良好的抗粘扣性能。

表3上/卸扣试验条件

表4上/卸扣试验数据

实施例3

本发明所涉及的新型抗粘扣螺纹脂是由三种组分组成，其中三种组分质量比例为：A：B：C＝1.1:2.2:4.2，以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂30％和正己烷70％；组分B包括环氧树脂53％，镍粉11％，二硫化钨粉33.7％，氮化硅1.3％和气相二氧化硅1％；组分C包括钛基润滑脂44％，微晶石墨4％，碳化硅晶须8％，石墨粉16％，聚四氟乙烯粉14％，镍钛合金3％，锌粉11％。

按照以上组分比例，分别使用反应釜混合三种组分待用，使用时先将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至上述已经涂刷过组分B的油套管外螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待60分钟后再将组分C均匀涂刷至油套管内外螺纹表面，然后即可进行上扣作业。

对本实施例所制备的抗粘扣螺纹脂进行抗粘扣性能试验，具体为：

以Φ89×6.45mm N80-EU油管为例进行说明，根据理论计算，对于Φ89×6.45mmN80-EU油管其上扣扭矩应按表5所示进行控制。

为了验证本实施例的抗粘扣螺纹脂的抗粘扣性能，油管在上扣时按照最大扭矩进行上扣。

表6为油管开展抗粘扣性能试验时现场上卸扣扭矩记录，从表6中可知油管在第10次卸扣后其外螺纹和内螺纹未出现粘扣现象，现场实验后，第10次卸扣后Φ89mmN80 EU油管外螺纹形貌表面光洁，完好无损。因此可表明本实施例的螺纹脂具有良好的抗粘扣性能。

表5上/卸扣试验条件

表6上/卸扣试验数据

实施例4

本发明所涉及的新型抗粘扣螺纹脂是由三种组分组成，其中三种组分质量比例为：A：B：C＝1:2:3.6，以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂30％和正己烷70％；组分B包括环氧树脂60％，镍粉5％，二硫化钨粉30％，氮化硅4％和气相二氧化硅1％；组分C包括钛基润滑脂30％，微晶石墨3％，碳化硅晶须13％，石墨粉23％，聚四氟乙烯粉13％，镍钛合金4％，锌粉14％。

按照以上组分比例，分别使用反应釜混合三种组分待用，使用时先将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至上述已经涂刷过组分B的油套管外螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待70分钟后再将组分C均匀涂刷至油套管内外螺纹表面，然后即可进行上扣作业。

对本实施例所制备的抗粘扣螺纹脂进行抗粘扣性能试验，具体为：

以Φ89×6.45mm N80-EU油管为例进行说明，根据理论计算，对于Φ89×6.45mmN80-EU油管其上扣扭矩应按表7所示进行控制。

为了验证本实施例的抗粘扣螺纹脂的抗粘扣性能，油管在上扣时按照最大扭矩进行上扣。

表8为油管开展抗粘扣性能试验时现场上卸扣扭矩记录，从表8中可知油管在第10次卸扣后其外螺纹和内螺纹未出现粘扣现象，现场实验后，第10次卸扣后Φ89mmN80 EU油管外螺纹形貌表面光洁，完好无损。因此可表明本实施例的螺纹脂具有良好的抗粘扣性能。

表7上/卸扣试验条件

表8上/卸扣试验数据

实施例5

本发明所涉及的新型抗粘扣螺纹脂是由三种组分组成，其中三种组分质量比例为：A：B：C＝1:2:4，以质量百分数计，组分A包括聚酰胺固化剂30％和正己烷70％；组分B包括环氧树脂50％，镍粉8％，二硫化钨粉40％，氮化硅1％和气相二氧化硅1％；组分C包括钛基润滑脂30％，微晶石墨7％，碳化硅晶须7％，石墨粉19％，聚四氟乙烯粉18％，镍钛合金4％，锌粉15％。

按照以上组分比例，分别使用反应釜混合三种组分待用，使用时先将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至上述已经涂刷过组分B的油套管外螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待90分钟后再将组分C均匀涂刷至油套管内外螺纹表面，然后即可进行上扣作业。

对本实施例所制备的抗粘扣螺纹脂进行抗粘扣性能试验，具体为：

以Φ89×6.45mm N80-EU油管为例进行说明，根据理论计算，对于Φ89×6.45mmN80-EU油管其上扣扭矩应按表9所示进行控制。

为了验证本实施例的抗粘扣螺纹脂的抗粘扣性能，油管在上扣时按照最大扭矩进行上扣。

表10为油管开展抗粘扣性能试验时现场上卸扣扭矩记录，从表10中可知油管在第10次卸扣后其外螺纹和内螺纹未出现粘扣现象，现场实验后，第10次卸扣后Φ89mmN80 EU油管外螺纹形貌表面光洁，完好无损。因此可表明本实施例的螺纹脂具有良好的抗粘扣性能。

表9上/卸扣试验条件

表10上/卸扣试验数据

组分A中的正己烷是溶剂，可以良好的溶解聚酰胺，组分B中的环氧树脂是一种粘稠液体，可以将其他填料均匀混合在其中，组分C中的钛基润滑脂是一种润滑脂，可以作为其他填料的分散承载物，所以三种组分的混合仅仅是物理混合，也不需要其他溶剂。

按照以上组分比例，分别使用反应釜制备三种组分待用，组分A的制备过程为：将聚酰胺固化剂和正己烷混合均匀；组分B的制备过程为：将环氧树脂、镍粉、二硫化钨粉、氮化硅和气相二氧化硅混合均匀；组分C的制备过程为：将钛基润滑脂、微晶石墨、碳化硅晶须、石墨粉、聚四氟乙烯粉、镍钛合金和锌粉混合均匀。

本发明中所涉及的反应釜除具有低速分散的作用，同时也需要有至少一个高速分散剪切盘。

Claims (8)

1.一种抗粘扣螺纹脂，其特征在于，由组分A、组分B和组分C形成，三种组分质量比为A：B：C=（0.8-1.1）：（1.6-2.2）：（3.6-4.2）；

以质量百分数计， 组分A包括聚酰胺固化剂30%-50%，正己烷50%-70%；

以质量百分数计，组分B包括环氧树脂47%-60%，镍粉5%-15%，二硫化钨粉30%-40%，氮化硅1%-4%，气相二氧化硅1%-3%；

以质量百分数计，组分C包括钛基润滑脂30%-50%，微晶石墨3%-7%，碳化硅晶须7%-13%，石墨粉15%-23%，聚四氟乙烯粉13%-18%，镍钛合金1%-4%，锌粉10%-15%；

所述抗粘扣螺纹脂的使用方法，包括以下步骤：

（1）按照组分比例，分别制备组分A、组分B和组分C；

（2）将油套管螺纹表面清洗洁净，然后先将组分B均匀涂刷至油套管外螺纹表面，然后再将组分A均匀涂刷至已经涂刷过组分B的油套管外螺纹表面，涂刷完毕组分A后，等待60-90分钟，再将组分C分别均匀涂刷至油套管内螺纹表面和油套管外螺纹表面，最后进行上扣作业。

2.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，环氧树脂型号为F-44。

3.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，聚酰胺固化剂型号为YD-9115。

4.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，锌粉、石墨粉、聚四氟乙烯粉纯度在99%以上，粒径在350目以上。

5.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，二硫化钨粉纯度在99%以上，粒径在1000目以上。

6.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，钛基润滑脂的锥入度为220-250。

7.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，气相二氧化硅采用德固赛牌号380。

8.根据权利要求1所述的抗粘扣螺纹脂，其特征在于，组分A的制备过程为：将聚酰胺固化剂和正己烷混合均匀；

组分B的制备过程为：将环氧树脂、镍粉、二硫化钨粉、氮化硅和气相二氧化硅混合均匀；

组分C的制备过程为：将钛基润滑脂、微晶石墨、碳化硅晶须、石墨粉、聚四氟乙烯粉、镍钛合金和锌粉混合均匀。