[发明专利]用于螺纹连接的纳米复合涂层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求了，35U.S.C.§119(e)规定的，下述优先权：U.S.临时申请号 为60/872615，提交于2006年12月1日，名称为“用于润滑和耐腐蚀的纳 米复合涂层”；U.S.临时申请号为60/914699，提交于2007年4月27日，名 称为“用于润滑和耐腐蚀的聚合物涂层”；和U.S.临时申请号为60/940690， 提交于2007年5月29日，名称为“用于润滑和耐腐蚀的涂层”，在此其每 个均是全文引入作为参考。

技术领域

本发明的具体实施方式涉及涂层体系，尤其是用于螺纹连接，在一个具 体的实施方式中，涉及耐腐蚀的纳米复合涂层。

背景技术

在油田中，通常的做法是使用金属管从地下油储或油层中抽取油或气。 该抽取技术通常需要在地下钻出井眼，并在井眼内部装上相应的大直径的 金属管，称为套管，以使得井的结构稳定并防止其倒塌。随后，一旦完成 了井的深度，一串小直径的金属管，称为油井出油管，置于油井中用于将 气态或液态的烃泵送到表面。构成油井出油管的管子成串的连接成限定的 长度，以使得该长度能足够达到抽取所需的深度。套管和出油管都是构成 管的部件，其利用螺纹接头连接在一起。

在装配任何一个套管或油井出油管期间，螺纹和管的其它表面的磨损造 成滑动接触是可能出现的一个重要的难题。通常在装配管子的过程中，使 用涂层或油脂涂到螺纹连接的凸螺纹件和凹螺纹件的表面上以避免磨损。 该涂层一般使用微粒的重金属，例如Pb或Cu。

然而，涂层的使用存在重大的障碍。值得注意的是，重金属的浓度过量 会导致其积累在人和动物的体内，导致严重的疾病。而且，存在于涂层中 的重金属也可能污染土壤、地下水和海水，引起环境的危害。此外，考虑 到这些危害，当使用涂层时需要留心禁止丢弃重金属的严格规定，其增加 了涂层的使用成本。

除上述的后果之外，涂层的使用需要其它的操作，例如在使用期间现场 清洁和涂布螺纹连接。这些操作费钱费时，无奈，因为它们是劳动密集型 作业。此外，这些操作使人身安全遭受危险，因为他们需要移动管子且经 常在不利条件下进行。

在使用涂层时另一个潜在的危险是涂布不足或涂布过度的危险。涂布不 足时，涂层不充分和/或涂层不能完全分布到螺纹连接的表面，导致其无法 避免磨损。而如果涂层过度使用会克服涂布不足，该方法导致涂布过度的 危险，造成过多的涂层铺在螺纹接头上的情况。涂布过度的潜在后果是， 在装配接头的过程中，过多的涂层不能通过管部件螺纹部分的末尾排出。 多余的涂层因此造成接头内部的高压，导致管部件在螺纹部分形成塑性变 形。在极个别情况下，上述塑性变形可以导致连接的凸件扁瘪，使得接头 无效，且需要替换管部件和/或套管。

不使用涂层的抗磨损液已经通过测试来解决这些问题。一方面，Imai 等发明的国际专利申请WO2006/075774，公开了一种涂层组合物，其包括 含固态润滑粉末和粘结剂的底层，和不含固体颗粒的固体腐蚀防蚀涂层的 上层。在紧固连接的时候，由于紧固期间发生摩擦，防蚀涂层在接触部分 逐渐磨损，底层的润滑涂层暴露在外面起到润滑作用。

另一方面，Petelot等发明的US专利号5253902，公开了用于保护金属 螺纹管的抗磨损涂层。该涂层包括薄的氧化铅层，由铅层的氧化来制备， 其形成在以铜、镍或铬打底的底层上，其依次形成在基底上。

另一方面，Goto等发明的国际专利申请WO2006/104251，公开了一种 螺纹连接，其具有改善磨损和耐腐蚀性能，并具有粘性液体的或至少含蜡 和脂肪酸碱土金属盐且不含重金属的半固态润滑涂层的底层。该涂层也包 含由水性树脂涂层组合物形成的干燥固体涂层的上层。

然而，这些方法中每一个都是有缺点的。Imai的方法依赖于相对软的 腐蚀保护涂层，其被磨损后暴露出润滑层。结果，腐蚀保护的机械寿命很 短，且该层在不期望的区域内会随着时间消耗殆尽，显著的降低涂层的防 腐蚀能力。Petelot提供的方法使用重金属，例如铅和铜，导致上述提到的 环境危害和毒害。Goto提供的方法也有问题，因为当应用底层组合物时， 液态或半固态润滑涂层的底层容易遇到涂布过度或涂布不足的问题。

由于至少一个上述的理由，需要一种保护系统，其可以改进耐腐蚀性， 尤其是在面对油气产品工业内部的苛刻环境时。

发明内容