一种油气田用高性能螺纹的制备方法

技术领域

本发明属于螺纹加工技术领域，具体涉及一种油气田用高性能螺纹的制备方法。

背景技术

在油气行业中，油套管的区别主要是螺纹形式的不同，低成本高性能螺纹一直是各大油田的现实需求。目前国内外油气田所选用的螺纹型式有两类：一类是API螺纹，即按美国石油学会(API)标准制造的螺纹；但是，API螺纹密封性能差，容易粘扣，往往无法满足气井开发需求。一类是特殊螺纹，其性能好但成本高。石油行业，特殊螺纹一般采用金属弹性密封，螺纹结构复杂，成才率低，成本至少为普通圆螺纹150%。中国石油大学（华东）等冯杰详细梳理过特殊螺纹的特点及成本。传统的气密封特殊螺纹接头，结构主要由三部分构成，分别为台肩、密封面、螺纹三部分。螺纹的牙形主要是以常规偏梯形（BC）螺纹牙型改进为主，增加相应的台肩及密封面。由于螺纹牙型的特殊性为保证螺纹的抗拉和抗弯曲能力，必须要有足够的完整螺纹长度，因此，对于锥螺纹来讲加工外螺纹接头的管体端壁厚要大于管体名义壁厚。密封的结构形式主要采用金属与金属之间的密封形式，常见的为球面与锥面之间的密封、锥面与锥面之间的密封、球面与柱面或是采用两种相结合的密封。密封结构形式决定了密封面椭圆度对密封有重大影响，因此，需要管体有小的椭圆度及高要求的加工工艺。上述分析可知具有如下显著的缺点：1）管体的几何尺寸、螺纹的机加工质量都需要较高的要求；2)加工工艺过程、所用的耗材明显增加，加工的效率明显降低。实践和调研管加工企业，统计表明特殊螺纹接头接箍加工时间在 30～40 分钟之间，外螺纹在 5～8分钟，是API圆螺纹的 5～8 倍。综合来说常规的API圆螺纹是目前油套管市场中最简单、经济的接头形式。

因此，如何在不增加成本的情况下开发一种高性能螺纹显得格外重要，这样可以在确保管柱安全的前提下降低油套管使用成本，给油田开发带来便利。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种油气田用高性能螺纹的制备方法，利用涂层技术，提高钢质螺纹的密封性能及抗站扣性能。

一种油气田用高性能螺纹的制备方法，包括以下步骤：

（1）加工钢制螺纹，用酒精清洗，烘干备用；

（2）在外螺纹底部齿底表面喷涂聚脲弹性体，静置；

（3）待所述聚脲弹性体固化后，在全螺纹表面涂覆长链聚合物胶水，然后在所述长链聚合物胶水表面喷涂固体润滑颗粒，形成固体润滑层，静置30-35天；

其中，所述长链聚合物胶水是通过以下方法制备得到的：将聚丙烯酸、儿茶酚加入去离子水中，然后加入硼酸溶液，在氮气保护下用NaOH 溶液调节pH至9.0，机械搅拌。

优选地，聚丙烯酸、儿茶酚、去离子水的比例为1g：1g：（5-8）mL；所述儿茶酚与硼酸的摩尔比为（2-4）：1。

优选地，所述硼酸溶液的浓度为0.5-1mol/L。

优选地，所述喷涂聚脲弹性体的喷涂厚度为100-1500μm。

优选地，所述涂覆长链聚合物胶水的涂覆厚度为5-20μm。

优选地，所述喷涂固体润滑颗粒的喷涂厚度为100-500μm。

优选地，所述固体润滑颗粒为聚四氟乙烯、石墨烯、二硫化钼中的任意一种。

优选地，所述固体润滑颗粒的粒径为1-10nm。

优选地，所述钢制螺纹为按照API 5B标准加工的API螺纹。

本发明的优点：

本发明提供的螺纹的制备方法，与特殊螺纹相比较，成本降低，且其抗粘扣性能和密封性能好。

附图说明

图1实施例1的螺纹上卸扣5次后的形貌；

图2对比例1的螺纹上卸扣3次后的形貌；

图3 对比例2的螺纹上卸扣5次后的形貌。

具体实施方式

本发明实施例和对比例加工的油管均为N80级钢油管。

实施例1

一种油气田用高性能螺纹的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照API 5B标准加工API圆螺纹，用酒精清洗，烘干备用；

（2）在外螺纹底部齿底表面喷涂500μm厚的PUA-500聚脲弹性体，静置；

（3）待所述聚脲弹性体固化后，在全螺纹表面涂覆10μm厚的长链聚合物胶水，然后在所述长链聚合物胶水表面喷涂300μm厚的聚四氟乙烯微粒，形成固体润滑层，静置30天；

其中，所述长链聚合物胶水是通过以下方法制备得到的：按照1g：1g：5mL的比例，将聚丙烯酸、儿茶酚加入去离子水中，然后加入0.5mol/L的硼酸溶液，所述儿茶酚与硼酸的摩尔比为2：1，在氮气保护下用1mol/L的NaOH 溶液调节pH至9.0，机械搅拌。

实施例2

一种油气田用高性能螺纹的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照API 5B标准加工API偏梯形螺纹，用酒精清洗，烘干备用；

（2）在外螺纹底部齿底表面喷涂200μm厚的PUA-500聚脲弹性体，静置；

（3）待所述聚脲弹性体固化后，在全螺纹表面涂覆15μm厚的长链聚合物胶水，然后在所述长链聚合物胶水表面喷涂500μm厚的石墨烯微粒，形成固体润滑层，静置30天；

其中，所述长链聚合物胶水是通过以下方法制备得到的：按照1g：1g：5mL的比例，将聚丙烯酸、儿茶酚加入去离子水中，然后加入0.5mol/L的硼酸溶液，所述儿茶酚与硼酸的摩尔比为2：1，在氮气保护下用1mol/L的NaOH 溶液调节pH至9.0，机械搅拌。

实施例3

一种油气田用高性能螺纹的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照API 5B标准加工API圆螺纹，用酒精清洗，烘干备用；

（2）在外螺纹底部齿底表面喷涂100μm厚的PUA-500聚脲弹性体，静置；

（3）待所述聚脲弹性体固化后，在全螺纹表面涂覆5μm厚的长链聚合物胶水，然后在所述长链聚合物胶水表面喷涂200μm厚的二硫化钼微粒，形成固体润滑层，静置30天；

其中，所述长链聚合物胶水是通过以下方法制备得到的：按照1g：1g：8mL的比例，将聚丙烯酸、儿茶酚加入去离子水中，然后加入1mol/L的硼酸溶液，所述儿茶酚与硼酸的摩尔比为4：1，在氮气保护下用1mol/L的NaOH 溶液调节pH至9.0，机械搅拌。

实施例4

一种油气田用高性能螺纹的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照API 5B标准加工API偏梯形圆螺纹，用酒精清洗，烘干备用；

（2）在外螺纹底部齿底表面喷涂1500μm厚的PUA-500聚脲弹性体，静置；

（3）待所述聚脲弹性体固化后，在全螺纹表面涂覆20μm厚的长链聚合物胶水，然后在所述长链聚合物胶水表面喷涂100μm厚的聚四氟乙烯，形成固体润滑层，静置35天；

其中，所述长链聚合物胶水是通过以下方法制备得到的：按照1g：1g：5mL的比例，将聚丙烯酸、儿茶酚加入去离子水中，然后加入0.5mol/L的硼酸溶液，所述儿茶酚与硼酸的摩尔比为2：1，在氮气保护下用1mol/L的NaOH 溶液调节pH至9.0，机械搅拌。

对比例1

以往一种油气田用高性能螺纹的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照API 5B标准加工API圆螺纹，用酒精清洗，烘干备用；

（2）在外螺纹底部齿底表面喷涂500μm厚的PUA-500聚脲弹性体，静置；

（3）待所述聚脲弹性体固化后，在全螺纹表面涂覆10μm厚的E44环氧胶，然后在所述环氧胶表面喷涂300μm厚的聚四氟乙烯微粒，形成固体润滑层，静置30天。

对比例2

将无涂层油管，按照API 5B标准加工API圆螺纹。

1. 抗粘扣性能检测

将实施例1、对比例1、对比例2制得螺纹按照石油行业标准SY／T6238．2《油井管全尺寸试 验方法油、套管螺纹上卸扣试验》中最大扭矩2427 N ·m（API 推荐扭矩的1.25倍）进行上、卸扣试验。实施例1的螺纹上卸扣5次、对比例1的螺纹上卸扣3次、对比例2的螺纹上卸扣5次的螺纹形貌分别见图1-图3。和对比例1的螺纹分别见图1和图2。由此可知，实施例1制得高性能螺纹抗粘扣性能良好，对比例1涂层明显脱落，对比例2发生了明显的粘扣性能。

2. 密封性能检测

实施例1制得的螺纹按照SY/T 6128-2012《套管、油管螺纹接头性能评价试验方法》进行密封实验，直至加压至92.6MPa时才出现泄漏，对比例1制备的螺纹加压至75.2MPa出现了泄露，按照API标准制备的N80油管的抗内压强度需大于72.88MPa，可见，本发明制得的螺纹密封性能满足标准要求，与特殊螺纹性能相当。而对比例2的螺纹不具备密封性。

3. 成本计算

采用本发明技术方案仅仅在API圆螺纹的基础上利用涂层技术提高螺纹性能成本为无涂层螺纹的110%左右，因此本发明与特殊螺纹相比，具有低成本的优势。