CN118768185A

CN118768185A - 一种抽油杆表面包覆工艺及耐腐蚀抽油杆

Info

Publication number: CN118768185A
Application number: CN202411244808.4A
Authority: CN
Inventors: 丁秀亮; 肖帅; 杜明祥; 刘卿; 耿立群
Original assignee: Weifang Jupu New Material Technology Co ltd
Current assignee: Weifang Jupu New Material Technology Co ltd
Priority date: 2024-09-06
Filing date: 2024-09-06
Publication date: 2024-10-15

Abstract

本发明属于抽油杆技术领域，具体涉及一种抽油杆表面包覆工艺及耐腐蚀抽油杆；抽油杆杆头采用热熔覆镍基合金粉末喷涂工艺，抽油杆杆体包覆耐腐蚀材料；所述耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：聚丙烯30‑50份，改性环氧树脂60‑80份，抗氧剂3‑5份，碳化硅5‑10份，硅烷偶联剂1‑5份，硬脂酸1‑5份。本发明在抽油杆形成了完整隔离层，防护抽油杆不受油井产液腐蚀；所用耐腐蚀材料配比合理，在抽油杆表面形成的包覆层附着力强、耐磨性好、防腐效果好。

Description

一种抽油杆表面包覆工艺及耐腐蚀抽油杆

技术领域

本发明属于抽油杆技术领域，具体涉及一种抽油杆表面包覆工艺及耐腐蚀抽油杆。

背景技术

抽油杆是一种细长杆件，上接光杆，下接抽油泵。抽油杆可以将地面设备动力传递给井下抽油泵，通过抽油杆的上下运动带动井下抽油泵的活塞运动，进而将油层产液抽汲至地面。

油田开发中后期油井产出液中的含水量越来越高，并伴有二氧化碳、硫化氢和细菌等腐蚀介质，恶劣的工作环境使得抽油杆的腐蚀问题加重，抽油杆使用寿命大受影响。目前常采用对抽油杆表面进行电镀或化学镀，井筒加入缓蚀剂等方法达到防腐目的。

衣延安（油田管杆腐蚀机理及化学防腐技术应用[J].中国设备工程，2012，（04）：46-48.）发现在孤东油田中高矿化度地层水和含酸性气体H₂S、CO₂等、去极化剂溶解氧相互促进，加速金属腐蚀；故而合成MYD-5型缓蚀剂以降低H₂S和CO₂的浓度来降低反应速度，同时该缓蚀剂会在金属表面形成一层致密的保护膜，从而减少金属与溶解氧的接触，缓蚀率在75%以上，具有缓慢释放的特点。抽油杆在工作时，由于油井的斜度，钢丝绳与油管之间还存在滑动摩擦，杆管磨损问题相对严重。因此外加缓蚀剂虽然可以达到防腐的目的，但是无法解决抽油杆磨损加剧的问题。

综上，消除和减缓抽油杆的腐蚀和磨损失效等问题迫在眉睫。

发明内容

现有的抽油杆腐蚀和磨损失效问题严重；为了解决该问题，本发明提供一种抽油杆表面包覆工艺及耐腐蚀抽油杆。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种抽油杆表面包覆工艺，所述抽油杆表面包覆工艺主要包括对抽油杆杆体的包覆，具体步骤如下：

S1：预处理：对抽油杆表面进行清洁、打磨；

S2：固定预处理后的抽油杆，将耐腐蚀材料注塑到抽油杆杆体；

其中，所述耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：

聚丙烯30-50份，改性环氧树脂60-80份，抗氧剂3-5份，碳化硅5-10份，硅烷偶联剂1-5份，硬脂酸1-5份。

优选地，所述改性环氧树脂的制备方法如下：

（1）将液体石蜡、十六烷基三甲基溴化铵、乙醇水溶液、氢氧化钾水溶液搅拌均匀，加入正硅酸乙酯进行反应，反应结束后醇洗、过滤、干燥、煅烧得中空介孔二氧化硅；

（2）将油溶性油酸咪唑啉、水溶性油酸咪唑啉溶于无水乙醇，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌均匀，加入中空介孔二氧化硅，超声分散，真空浸渍，醇洗、过滤、干燥得微胶囊；

（3）将刚性醇、2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、二乙烯三胺、端羧基丁腈橡胶、乙酰丙酮锌、无水乙醇混合均匀，升温反应，加入硅烷偶联剂和微胶囊继续反应，反应结束后真空固化得改性环氧树脂。

优选地，所述（1）中，以质量比计，液体石蜡：十六烷基三甲基溴化铵：正硅酸乙酯=1：3-5：1-2；反应时间为3-4h。

优选地，所述（2）中，以质量比计，油溶性油酸咪唑啉：水溶性油酸咪唑啉=1：4-5；所述中空介孔二氧化硅质量为所述油溶性油酸咪唑啉与所述水溶性油酸咪唑啉总质量的25%-40%。

优选地，所述（3）中，以质量比计，刚性醇：2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷：二乙烯三胺=1：0.82-2.45：0.2-0.3；所述端羧基丁腈橡胶占所述刚性醇、所述2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷与所述二乙烯三胺总质量的10%-12%；所述乙酰丙酮锌质量占所述2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷质量的5%-8%；所述微胶囊质量为所述刚性醇与所述2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷总质量的5-10%。

优选地，在（3）中，所述刚性醇的制备方法如下：

将4，4'，4''-亚甲基三苯酚、碳酸乙烯酯、碳酸钾和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，升温反应，反应结束后水洗、过滤、干燥得刚性醇。

优选地，以质量比计，4，4'，4''-亚甲基三苯酚：碳酸乙烯酯=1：0.95-1.2；所述碳酸钾质量为所述4，4'，4''-亚甲基三苯酚质量的1%-3%；所述微胶囊质量为所述4，4'，4''-亚甲基三苯酚与所述碳酸乙烯酯总质量的5-10%。

优选地，反应温度为70-80℃，反应时间为10-12h。

所述刚性醇的制备过程如下：

优选地，在（3）中，所述真空固化温度具体如下：

首先升温至60℃保持2-3h，继续升温至120℃反应2-4h，最后升温至160℃反应2-4h，室温冷却。

优选地，所述抽油杆表面包覆工艺还包括对抽油杆杆头的包覆，所述抽油杆杆头采用热熔覆镍基合金粉末喷涂工艺。

第二方面，本发明还提供了一种耐腐蚀抽油杆，采用上述抽油杆表面包覆工艺对所述耐腐蚀抽油杆进行防腐处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明在环氧树脂基体中加入微胶囊，其能与树脂分子间产生极强的交互作用，致密的纳米结构对侵蚀性粒子具有很强的阻挡性能，阻止腐蚀性介质渗透到金属表面；二氧化硅的硬度较高，可减少金属表面的磨损和划伤，进一步提高耐腐蚀材料的耐磨性能；二氧化硅可以在金属和涂层之间形成一个逐渐过渡的中间层，减少了由于材料性质差异过大而导致的界面应力，使界面结合更加稳定；

（2）本发明加入的微胶囊能够在抽油杆包覆层受到外力作用时破裂，释放其所包含的缓蚀剂，在包覆层或抽油杆金属表面形成保护膜，阻止油相和水相对抽油杆的腐蚀，从而起到保护金属作用，延长了抽油杆的使用寿命，降低了更换周期；

（3）本发明在环氧树脂中引入刚性醇增加了耐腐蚀材料的硬度和耐磨性，能够在使用时承受外界的机械冲击和摩擦；固化后的环氧树脂呈三维网状结构，交联密度高，存在内应力较大和质地硬脆，材料在使用过程中会随抽油杆弯曲、扭动，容易开裂，故添加增韧剂，对环氧树脂起到良好的增韧效果；

（4）本发明在抽油杆杆头采用热熔覆镍基合金粉末喷涂工艺，在抽油杆杆体包覆耐腐蚀材料，形成了完整隔离层，防护抽油杆不受油井产液腐蚀；所用耐腐蚀材料配比合理，在抽油杆表面形成的包覆层附着力强、耐磨性好、防腐效果好。

附图说明

图1为本发明实施例2微胶囊SEM图。

具体实施方式

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的技术方案。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明中所用抗氧剂为聚合物材料中常用的抗氧剂，如BHT（2,6-叔丁基对甲酚）、抗氧剂1010（四(烷基羟基)苯甲酸酯）等；本发明中所用硅烷偶联剂为常用硅烷偶联剂，如硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570等；下述实施例中所用抗氧剂为抗氧剂1010；所用硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570；所用端羧基丁腈橡胶为CTBN-1300X8，分子量为3550；所用聚丙烯为市售聚丙烯，熔融指数为2.2g/10min，在此不过多赘述。

实施例1

一种抽油杆表面包覆工艺，具体步骤如下：

S1：预处理：对抽油杆表面进行清洁、打磨；

S3：抽油杆杆头采用热熔覆镍基合金粉末喷涂工艺。

其中，所述耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：

聚丙烯30份，改性环氧树脂70份，抗氧剂4份，碳化硅6份，硅烷偶联剂2份，硬脂酸3份；

所述改性环氧树脂的制备方法如下：

（1）将2g液体石蜡、7g十六烷基三甲基溴化铵、100mL60%乙醇水溶液、6mL2mol/L氢氧化钾水溶液混合，搅拌20min后加入3g正硅酸乙酯反应3.5h，反应结束后用无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥、在600℃条件下煅烧7h，得中空介孔二氧化硅；

（2）将2g油溶性油酸咪唑啉、8g水溶性油酸咪唑啉溶于20mL60%无水乙醇，加入2g十六烷基三甲基溴化铵搅拌30min，加入2.5g中空介孔二氧化硅，超声分散3h，放入真空干燥箱，真空度为-0.03MPa，保持3h，超声分散均匀，重复3次，无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥得微胶囊；

（3）将5.85g4，4'，4''-亚甲基三苯酚、7.02g碳酸乙烯酯、0.059g碳酸钾和35mLN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，升温至75℃连续搅拌10h，反应结束后水洗、过滤、干燥得刚性醇；

（4）将5g刚性醇、4.1g2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、1g二乙烯三胺、1g端羧基丁腈橡胶、0.25g乙酰丙酮锌、30mL无水乙醇混合均匀，升温至80℃反应30min，加入0.10g硅烷偶联剂和0.55g微胶囊继续反应6h，反应结束后置于真空烘箱中，首先升温至60℃保持2h，继续升温至120℃反应3h，最后升温至160℃反应3h，室温冷却得改性环氧树脂。

实施例2

一种抽油杆表面包覆工艺，所述包覆工艺具体步骤同实施例1；

其中，耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：

聚丙烯45份，改性环氧树脂60份，抗氧剂5份，碳化硅10份，硅烷偶联剂1份，硬脂酸5份；

所述改性环氧树脂的制备方法如下：

（1）将2g液体石蜡、6g十六烷基三甲基溴化铵、100mL60%乙醇水溶液、6mL2mol/L氢氧化钾水溶液混合，搅拌20min后加入4g正硅酸乙酯反应3.5h，反应结束后用无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥、在500℃条件下煅烧8h，得中空介孔二氧化硅；

（2）将2g油溶性油酸咪唑啉、9g水溶性油酸咪唑啉溶于20mL60%无水乙醇，加入2g十六烷基三甲基溴化铵搅拌30min，加入3.3g中空介孔二氧化硅，超声分散3.5h，放入真空干燥箱，真空度为-0.03MPa，保持3h，超声分散均匀，重复3次，无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥得微胶囊，SEM图见图1；

（3）将5.85g4，4'，4''-亚甲基三苯酚、5.56g碳酸乙烯酯、0.088g碳酸钾和35mLN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，升温至70℃连续搅拌11h，反应结束后水洗、过滤、干燥得刚性醇；

（4）将5g刚性醇、12.25g2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、1.5g二乙烯三胺、2.07g端羧基丁腈橡胶、0.3g乙酰丙酮锌、30mL无水乙醇混合均匀，升温至80℃反应30min，加入0.10g硅烷偶联剂和0.87g微胶囊继续反应6h，反应结束后置于真空烘箱中，首先升温至60℃保持3h，继续升温至120℃反应2h，最后升温至160℃反应4h，室温冷却得改性环氧树脂。

实施例3

其中，耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：

聚丙烯50份，改性环氧树脂65份，抗氧剂3份，碳化硅8份，硅烷偶联剂4份，硬脂酸1份；

所述改性环氧树脂的制备方法如下：

（1）将2g液体石蜡、10g十六烷基三甲基溴化铵、100mL60%乙醇水溶液、6mL2mol/L氢氧化钾水溶液混合，搅拌20min后加入3g正硅酸乙酯反应3h，反应结束后用无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥、在550℃条件下煅烧6h，得中空介孔二氧化硅；

（2）将2g油溶性油酸咪唑啉、10g水溶性油酸咪唑啉溶于20mL60%无水乙醇，加入2g十六烷基三甲基溴化铵搅拌30min，加入4.2g中空介孔二氧化硅，超声分散4h，放入真空干燥箱，真空度为-0.03MPa，保持3h，超声分散均匀，重复3次，无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥得微胶囊；

（3）将5.85g4，4'，4''-亚甲基三苯酚、5.85g碳酸乙烯酯、0.175g碳酸钾和35mLN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，升温至80℃连续搅拌12h，反应结束后水洗、过滤、干燥得刚性醇；

（4）将5g刚性醇、6.13g2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、1.24g二乙烯三胺、1.12g端羧基丁腈橡胶、0.4g乙酰丙酮锌、30mL无水乙醇混合均匀，升温至80℃反应30min，加入0.10g硅烷偶联剂和0.89g微胶囊继续反应6h，反应结束后置于真空烘箱中，首先升温至60℃保持3h，继续升温至120℃反应4h，最后升温至160℃反应2h，室温冷却得改性环氧树脂。

实施例4

其中，耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：

聚丙烯35份，改性环氧树脂80份，抗氧剂3份，碳化硅5份，硅烷偶联剂5份，硬脂酸3份；

所述改性环氧树脂的制备方法如下：

（1）将2g液体石蜡、8g十六烷基三甲基溴化铵、100mL60%乙醇水溶液、6mL2mol/L氢氧化钾水溶液混合，搅拌20min后加入2g正硅酸乙酯反应4h，反应结束后用无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥、在500℃条件下煅烧6h，得中空介孔二氧化硅；

（2）将2g油溶性油酸咪唑啉、8g水溶性油酸咪唑啉溶于20mL60%无水乙醇，加入2g十六烷基三甲基溴化铵搅拌30min，加入4g中空介孔二氧化硅，超声分散3h，放入真空干燥箱，真空度为-0.03MPa，保持3h，超声分散均匀，重复3次，无水乙醇洗涤3次、过滤、干燥得微胶囊；

（3）将5.85g4，4'，4''-亚甲基三苯酚、6.44g碳酸乙烯酯、0.117g碳酸钾和35mLN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，升温至70℃连续搅拌12h，反应结束后水洗、过滤、干燥得刚性醇；

（4）将5g刚性醇、8.17g2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、1.76g二乙烯三胺、1.58g端羧基丁腈橡胶、0.4g乙酰丙酮锌、30mL无水乙醇混合均匀，升温至80℃反应30min，加入0.10g硅烷偶联剂和1.31g微胶囊继续反应6h，反应结束后置于真空烘箱中，首先升温至60℃保持4h，继续升温至120℃反应2h，最后升温至160℃反应2h，室温冷却得改性环氧树脂。

对比例1

一种抽油杆表面包覆工艺，本对比例与实施例2不同之处在于，本对比例考察了微胶囊含量对耐腐蚀材料性能的影响，其余皆同实施例2，具体见表1。

表1 微胶囊含量

对比例2

一种抽油杆表面包覆工艺，本对比例与实施例2不同之处在于，改性环氧树脂中不添加端羧基丁腈橡胶CTBN-1300X8，其余皆同实施例2。

对比例3

一种抽油杆表面包覆工艺，本对比例与实施例2不同之处在于，改性环氧树脂中不添加刚性醇，其余皆同实施例2。

力学性能测试

将上述实施例1-实施例4、对比例1-对比例3制备的耐腐蚀材料进行相关性能测试，测试结果见表2。

拉伸性能：按照《GB/T 2567-2021 树脂浇铸体性能试验方法》进行测试；

硬度：按照《GB/T 6739-2022 色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行测试；

耐磨性：按照《GB/T 1768-2006 色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》进行测试；

附着力：按照《GB/T 9286-1998 色漆和清漆漆膜的划格试验》进行测试；

耐冲击性：按照《GB/T 1732-2020 漆膜耐冲击测定法》进行测试。

表2 测试结果

由实施例2和对比例1可知，微胶囊的加入量较少时，可以在改性环氧树脂中分散均匀，提高耐腐蚀材料的韧性和拉伸强度；当微胶囊含量加入量过多，会导致分散性变差，容易引起团聚现象，使得材料拉伸强度降低。

由实施例2和对比例2可知，增韧剂CTBN-1300X8主要影响到材料的拉伸性能和抗冲击性，CTBN-1300X8的加入使其在受力时能够更好地抵抗裂纹扩展和断裂，从而提升其耐冲击性能。

由实施例2和对比例3可知，刚性醇的引入可以提高材料的硬度和耐磨性，能够在使用时承受外界的机械冲击和摩擦。

防腐性能测试

采用挂片失重法（腐蚀介质：0.2g/LH₂S+0.2g/LCO₂+2mol/LNaCl、25℃、A3碳钢、96h）考察本发明耐腐蚀材料的防腐性能，具体见表3。

表3 测试结果

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换，均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，所述抽油杆表面包覆工艺主要包括对抽油杆杆体的包覆，具体步骤如下：

S1：预处理：对抽油杆表面进行清洁、打磨；

其中，所述耐腐蚀材料包括如下原料，以质量份计：

聚丙烯30-50份，改性环氧树脂60-80份，抗氧剂3-5份，碳化硅5-10份，硅烷偶联剂1-5份，硬脂酸1-5份；

其中，所述改性环氧树脂的制备方法如下：

2.根据权利要求1所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，所述（1）中，以质量比计，液体石蜡：十六烷基三甲基溴化铵：正硅酸乙酯=1：3-5：1-2；反应时间为3-4h。

3.根据权利要求1所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，所述（2）中，以质量比计，油溶性油酸咪唑啉：水溶性油酸咪唑啉=1：4-5；所述中空介孔二氧化硅质量为所述油溶性油酸咪唑啉与所述水溶性油酸咪唑啉总质量的25%-40%。

4.根据权利要求1所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，所述（3）中，以质量比计，刚性醇：2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷：二乙烯三胺=1：0.82-2.45：0.2-0.3；所述端羧基丁腈橡胶占所述刚性醇、所述2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷与所述二乙烯三胺总质量的10%-12%；所述乙酰丙酮锌质量占所述2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷质量的5%-8%；所述微胶囊质量为所述刚性醇与所述2，2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷总质量的5-10%。

5.根据权利要求1所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，在（3）中，所述刚性醇的制备方法如下：

6.根据权利要求5所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，以质量比计，4，4'，4''-亚甲基三苯酚：碳酸乙烯酯=1：0.95-1.2；所述碳酸钾质量为所述4，4'，4''-亚甲基三苯酚质量的1%-3%；反应温度为70-80℃，反应时间为10-12h。

7.根据权利要求1所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，在（3）中，所述真空固化温度具体如下：

8.根据权利要求1所述的抽油杆表面包覆工艺，其特征在于，所述抽油杆表面包覆工艺还包括对抽油杆杆头的包覆，所述抽油杆杆头采用热熔覆镍基合金粉末喷涂工艺。

9.一种耐腐蚀抽油杆，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的抽油杆表面包覆工艺对所述耐腐蚀抽油杆进行防腐处理。