金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂及其制备工艺

摘要

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂及其制备工艺，包括以下组份：全氟聚醚；二甲基硅油；二硫化钼粉；复合磺酸钙，实现上述螺纹脂的方法包括以下步骤：先向反应釜中加入全氟聚醚，然后再加入二甲基硅油及复合磺酸钙，搅拌均匀后；再向该体系中加入二硫化钼粉，继续搅拌后，即可封装使用，具有具有润滑性好、密封效果好及工艺简单的特点。

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气开采技术领域，涉及金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂及其制备工艺，增加井下油套管管柱的密封可靠性。

背景技术

在石油勘探开发过程中所使用的油管都是通过螺纹接头将各个单根管子连成长管柱的，为了尽可能的减少螺纹之间发生粘着，提高螺纹的密封性能，在上扣之前都会在螺纹表面涂敷适量的螺纹脂，以起到辅助润滑和密封作用。随着石油天然气勘探开发的不断深入，具有复杂工况的高压气井不断增多，如高温高压、深井超深井、定向井、水平井、大位移井等对油套管管柱的性能可靠性要求逐渐提高，具有金属密封结构的油套管特殊接头应用越来越多。目前使用较为普遍的螺纹脂是API油基脂螺纹脂，该类型螺纹脂由于强调了填充螺纹间隙增加密封的作用，因此除含有部分基础脂和基础油外，还有大量的重金属填料，如铅粉、锌粉、铜粉等，要求颗粒直径小于0.27mm，允许10%的颗粒直径大于0.075mm、最多70%的颗粒直径大于0.045mm。实际应用表明API螺纹脂用于具有金属密封结构的特殊接头时会导致金属密封面上出现微损伤，降低密封可靠性，油套管管柱在井下应用一段时候后就发生泄漏。标准API RP 5A3-2003 《套管、油管和管线管的螺纹脂推荐方法》中也明确指出，API螺纹脂不能保证具有金属结构的油套管接头的使用性能。原因是铅粉、铜粉等软金属，虽然具有良好的铺展性，有效降低了发生粘着的倾向，但对由于这些金属颗粒粒径在0.04mm左右，远大于金属面粗糙度（Ra约0.003mm），填充在金属密封面之间同时增加了密封面之间的局部接触压力，在密封面上出现微损伤，且这些较大的颗粒之间填充了较多连续分布的基础脂和基础油，井下高温条件使得这些油脂很快挥发或被内部气体压力挤出，从而形成气体泄漏通道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂及其制备工艺，该螺纹脂不同于传统的API螺纹脂，不含有金属颗粒，对环境友好，不会污染现场环境，主要在螺纹接头上扣过程中起润滑作用，在过盈接触的金属密封面间形成一层薄膜可增加接头的密封性能，且在井下250℃高温条件下仍能保持良好的油脂状态，避免金属密封特殊接头的泄漏事故，具有润滑性好、密封效果好及工艺简单的特点。

    为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂，不含有任何金属，包括以下组份（按重量百分比）：

全氟聚醚55～68%；二甲基硅油14～26%；二硫化钼粉10～22%；复合磺酸钙，7～18%；

成分原料要求：二硫化钼粉的粒径尺寸应不大于0.01mm，80%的颗粒直径小于0.006mm；其他原料均是市场上较为常见的原料，购买方便；

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂的制备方法，包括以下步骤：先向反应釜中加入55～68%的全氟聚醚，然后再加入14～26%的二甲基硅油及7～18%的复合磺酸钙，搅拌均匀后；再向该体系中加入10～22%的二硫化钼粉，继续搅拌1小时后，即可封装使用。

本发明的有益效果：

传统的含有铜粉、铅粉等金属颗粒的API螺纹脂对环境都有很大的危害，其次嵌入在金属密封面之间的这些金属颗粒还会增加密封面发生微损伤的可能性，在基础油脂挥发后金属颗粒之间还可能形成气体泄漏通道。本发明的具有金属密封结构的油套管特殊接头用高温润滑螺纹脂不同于传统的API螺纹脂，本发明的不含金属颗粒的螺纹脂，按照以上配方和工艺制备的螺纹脂中不含有金属，具有良好的环保型和涂覆性，可保证螺纹接头在上扣连接过程中的良好润滑性，成分的粒径基本可填满加工的金属的粗糙表面，不会对过盈的金属密封面形成支撑效果，保证了接头的密封可靠性，防止接头发生粘扣损伤，破坏密封性；

本发明的制备工艺简单、可靠性好，按照上述工艺制备的高温螺纹脂，具有良好的环保性能和良好的润滑及密封性能，它可适用于具有专门密封结构的油管、套管的螺纹连接接头，尤其适合应用于井下工况较苛刻的高温、深井等高压气井用金属密封油套管接头上卸扣。

附图说明

图1 API螺纹脂粒径、金属密封面及本发明螺纹脂粒径尺寸比较示意图，其中图1（a）为API螺纹脂粒径示意图，图1（b）螺纹及密封面表面粗糙度示意图，图1（c）本发明螺纹脂粒径示意图。

图2 API螺纹脂在金属密封面之间形态。

图3 本发明螺纹在金属密封面之间形态。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂，不含有任何金属，包括以下组份（按重量百分比）：

全氟聚醚62%；二甲基硅油16%；二硫化钼粉12%；复合磺酸钙10%，

成分原料要求：二硫化钼粉的粒径尺寸为0.008mm，80%的颗粒直径小于0.007mm；其他原料均是市场上较为常见的原料，购买方便。

本发明的不含金属颗粒的螺纹脂，具有良好的环保型和涂覆性，可保证螺纹接头在上扣连接过程中的良好润滑性，成分的粒径可填满加工的金属的粗糙表面，不会对过盈的金属密封面形成支撑效果，保证了接头的密封可靠性，防止接头发生粘扣损伤，破坏密封性。

实施例2

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂，不含有任何金属，包括以下组份（按重量百分比）：

全氟聚醚60%；二甲基硅油14%；二硫化钼粉13%；复合磺酸钙13%，

成分原料要求：二硫化钼粉的粒径尺寸应不大于0.010mm，80%的颗粒直径小于0.005mm；其他原料均是市场上较为常见的原料，购买方便。

本发明的不含金属颗粒的螺纹脂，具有良好的环保型和涂覆性，可保证螺纹接头在上扣连接过程中的良好润滑性，成分的粒径可填满加工的金属的粗糙表面，不会对过盈的金属密封面形成支撑效果，保证了接头的密封可靠性，防止接头发生粘扣损伤，破坏密封性。

实施例3

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂，不含有任何金属，包括以下组份（按重量百分比）：

全氟聚醚58%；二甲基硅油14%；二硫化钼粉10%；复合磺酸钙18%，

成分原料要求：二硫化钼粉的粒径尺寸应不大于0.01mm，80%的颗粒直径小于0.006mm；其他原料均是市场上较为常见的原料，购买方便。

本发明的不含金属颗粒的螺纹脂，具有良好的环保型和涂覆性，可保证螺纹接头在上扣连接过程中的良好润滑性，成分的粒径可填满加工的金属的粗糙表面，不会对过盈的金属密封面形成支撑效果，保证了接头的密封可靠性，防止接头发生粘扣损伤，破坏密封性。

实施例4

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂的制备方法，包括以下步骤：先向反应釜中加入62%的全氟聚醚，然后再加入16%的二甲基硅油及10%的复合磺酸钙，搅拌均匀后；再向该体系中加入12%的二硫化钼粉，继续搅拌1小时，即可封装使用。

本发明的不含金属颗粒的螺纹脂，具有良好的环保型和涂覆性，可保证螺纹接头在上扣连接过程中的良好润滑性，成分的粒径可填满加工的金属的粗糙表面，不会对过盈的金属密封面形成支撑效果，保证了接头的密封可靠性，防止接头发生粘扣损伤，破坏密封性。

实施例5

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂的制备方法，包括以下步骤：先向反应釜中加入60%的全氟聚醚，然后再加入14%的二甲基硅油及13%的复合磺酸钙，搅拌均匀后；再向该体系中加入13%的二硫化钼粉，继续搅拌1小时，即可封装使用。

本发明的制备工艺简单、可靠性好，按照上述工艺制备的高温螺纹脂，具有良好的环保性能和良好的润滑及密封性能，它可适用于具有专门密封结构的油管、套管的螺纹连接接头，尤其适合应用于井下工况较苛刻的高温、深井等高压气井用金属密封油套管接头上卸扣。

实施例6

金属密封结构油套管接头用高温螺纹脂的制备方法，包括以下步骤：先向反应釜中加入58%的全氟聚醚，然后再加入14%的二甲基硅油及18%的复合磺酸钙，搅拌均匀后；再向该体系中加入10%的二硫化钼粉，继续搅拌1小时，即可封装使用。

本发明的制备工艺简单、可靠性好，按照上述工艺制备的高温螺纹脂，具有良好的环保性能和良好的润滑及密封性能，它可适用于具有专门密封结构的油管、套管的螺纹连接接头，尤其适合应用于井下工况较苛刻的高温、深井等高压气井用金属密封油套管接头上卸扣。

参见图1，图1（a）为API螺纹脂粒径示意图，API螺纹脂粒径1一般为0.045mm左右，即0.040～0.05mm，其粒径大于图1（c）中本发明螺纹脂粒径0.006mm, 图1（b）为金属密封面4表面粗糙度，其表面不平整，最高的毛刺3长度不长于0.0032mm，金属密封面4的结构长度为0.6～1.2mm。

参见图2，API螺纹脂在金属密封面4之间形态，图2表明在金属密封面4之间的API螺纹脂的油脂粒径1体积较大，其较大的体积易挥发及被压力挤出，会导致润滑性和密封性降低。

参见图3，发明螺纹脂粒径2在螺纹及金属密封面4之间形态，图3说明若金属密封面4之间的油脂成分粒径体积小，就不易挥发及被挤压出去，会保证金属密封面4之间密封性和润滑性。