[发明专利]适合于钢管用螺纹接头防锈的光固化性组合物

说明书

技术领域

本发明涉及光固化性组合物(photocurable composition)及其用途(如光固化(photocured)涂层、具有光固化涂层的基材和具有光固化涂层的钢管用螺纹接头)、使用所述组合物的钢管用螺纹接头的防锈方法和制造具有光固化涂层的钢管用螺纹接头的方法。根据本发明的光固化性组合物特别适合用于连接钢管、特别是石油工业用管材(OCTG)的钢管用螺纹接头的防锈表面处理。

背景技术

用于挖掘油井以开发原油和天然气的石油工业用管材(如原油或其他液体流经其中的配管(tubing)和围绕配管的套管(casing))典型地具有十几米长，并使用螺纹接头连接直至实现接触油的长度。过去，油井的深度为2,000至3,000米。然而，最近，在如海下油田用深油井中，油井的深度可达到8,000至10,000米以上。

在其使用环境中，用于连接石油工业用管材的螺纹接头受到负荷例如由石油工业用管材和螺纹接头自身的重量引起的沿轴向的拉力、由内外表面压力引起的复合压力和地热的作用。因此，需要钢管用螺纹接头甚至在如此严酷的环境下也能够保持石油工业用管材的气密性而不受损。

典型的用于连接石油工业用管材的螺纹接头具有例如图1中示意性示出的销-套盒(pin-box)结构。销1为具有阳或外螺纹3a的连接组件，其典型地形成于石油工业用管材A的末端。套盒2为具有阴或内螺纹3b的连接组件，其典型地形成于螺纹接头构件B(管接头(coupling))的内表面。无螺纹金属接触部形成于接近销1的阳螺纹3a的前端(distal end)以及接近套盒2的阴螺纹3b的基端(proximal end)。通过将石油工业用管材A的一端插入螺纹接头构件B并紧固阳螺纹3a和阴螺纹3b，以便使销和套盒的无螺纹金属接触部彼此连接，保证了石油工业用管材A的气密性。

在下降配管或套管至油井内的过程中，由于各种问题，有时将以前已连接的螺纹接头提升出油井外，重新紧固，然后再下降入油井。API(美国石油协会)对耐磨损性和气密性的要求是这样的：即使进行组装(紧固)和拆开(松开)配管的接头十次和套管的接头三次，也不发生称为磨损(galling)的不可恢复的磨伤(seizing)，并保持石油工业用管材的气密性。

为了增加组装时的气密性和耐磨损性，过去将包含重金属粉末的粘性液体润滑剂(称为复合油脂)涂布于螺纹接头的接触面(螺纹部和无螺纹金属接触部)。此类复合油脂由API BUL 5A2规定。复合油脂还显示防腐性(防锈性)，原因是其防止在其所涂布的接触面上的锈形成。

以增加复合油脂的保持性(油脂对螺纹接头接触面的粘合性)并改善螺纹接头的润滑性为目的，已提出了进行各种类型的表面处理，如氮化处理、镀覆处理(如锌系镀或分散镀)或磷酸盐处理，从而在螺纹接头的接触面形成一层或多层表面处理层。

然而，复合油脂的使用具有对环境和人类造成不利影响的担忧的问题。复合油脂包含大量重金属粉末如锌、铅和铜。因此，在螺纹接头组装时，涂布的油脂被洗脱或溢出至外表面，存在有害重金属如铅等对环境(特别是海洋生物)具有不利影响的可能。此外，涂布复合油脂的过程使工作环境劣化，故存在对人体造成毒性作用的担忧。

近年来，作为1998年涉及防止东北大西洋的海洋污染的OSPAR公约(奥斯陆-巴黎(Oslo-Paris)公约)颁布的结果，在全球范围内正在提高对环境的严格限制，并且某些地区已限制了复合油脂的使用。

因此，为了避免气井和油井挖掘对环境和人类的不利影响，发展了对不使用复合油脂也可显示优异的耐磨损性的螺纹接头的需求。

复合油脂的另一问题在于其包含大量以石墨为代表的固体润滑剂，并形成不透明的涂层。在运输期间或组装时，管体外表面上具有螺纹部的销比管体内表面上具有螺纹部的套盒更易遭受损害。因此，为了避免由形成于管外表面上的销的螺纹部的损害所引起的突发磨损，在组装操作前通常对销进行针对其螺纹部的损害的目测检验。当已涂布了复合油脂时，在检验时必须通过将已涂布的复合油脂洗脱来清洁销，并随后在检验后重新涂布复合油脂。如上所述，此类操作对环境是有害的并且费时。如果涂层是透明的，那么在不移除已涂布的涂层时便可目测检验螺纹部的损害，并可大大降低检验所需的劳力。

石油工业用管材制造后，有时其会储存几个月或更长时间，直至其实际使用。因此，将“储存油脂(storage grease)”涂布于螺纹接头的接触面。与复合油脂类似，储存油脂是不透明的，故每次进行检验，都必须将其洗脱。因此，与复合油脂类似，储存油脂具有环境问题。