[发明专利]用于管状结构的内表面的超疏水组合物和涂布方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月21日提交的美国专利申请系列No.13/683,690的提交日的权益，所述申请的教导以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及存在于相对长的管状结构的内表面上的超疏水保形涂层，以及用于形成这种涂层的方法。特别地，本发明涉及缓解管状结构的内表面上的烃类水合物和无机结垢的成核、生长和粘附的超疏水涂层。

背景技术

水合物，特别是笼型水合物应理解为物理上类似冰的结晶水基固体，在所述结晶水基固体中捕获甲烷和其他相对小的烃类。在洋底上方和下方以及在永久冻土的某些区域中存在的甲烷水合物沉积物构成星球上已知的天然气储量的大部分。另外，甲烷和其他相对小的烃类的水合物在生产石油井和气或油管道中形成。然而，在生产井和管道内的水合物形成导致其中捕获气体的冰的固体塞，所述固体塞在极端时堵塞产品流。

生产成本的大约10至15％可投资用于使用基于化学添加剂(例如甲醇、硅氧烷低聚物、聚-N-乙烯基吡咯烷酮和硫酸铝)和物理方法(例如高频电磁场)的技术来防止水合物形成。然而，当这种防止方法失败时，例如在近海管道中连续水合物塞的去除是高成本的。如果可操纵接触石油，并因此接触这种水合物的表面的固有性质以降低或消除水合物在这种表面上的成核和/或粘附，则不依赖于化学添加剂或外部物理方法的缓解策略可为管道操作提供特别的成本节约。

已尝试提供有机硅氧烷官能化和涂层，其减少水合物对这些表面的粘附。金属表面的疏水化依赖于例如使存在于碳钢表面上的氧氢氧化铁官能团与三甲基氯硅烷或氯硅氧烷低聚物以及这些反应物的氟取代的类似物反应。尽管这些策略可产生可分类为水接触角接近120°的相对于水为疏水性的表面，但这些水平的疏水性被认为不足以抑制金属表面上的水合物成核、生长和粘附。

发明内容

本公开的一方面涉及一种沉积保形涂层的方法。所述方法包括在管状结构的内部体积内产生真空，其中所述管状结构也包括内表面。将气体供应至所述管状结构的内部体积，其中所述气体包括气相中的等离子体前体。所述管状结构相对于接地偏压。形成可以沿着管状结构的长度周期性设置的等离子体。产生等离子体前体气体的正离子，然后可将所述正离子加速至内表面，并沉积于内表面上，从而形成涂层，其中所述涂层显示出大于120°的水接触角。

在一个相关方面中，本公开涉及一种设置于管状结构(包括具有内表面和内部体积的管状结构)上的保形涂层，以及一种设置于内表面上的碳-硅氧烷涂层，其中所述涂层具有大于120°的水接触角。所述涂层包含50至60原子％的碳、20至30原子％的氧和15至25原子％的硅。具有至多300埃的深度的涂层包括如下化学键类型：(a)相对浓度为38.5(±12)％的Si-O-；(b)相对浓度为25.6(±5)％的Si-C；(c)相对浓度为4.5(±3)％的C-O；和(d)相对浓度为31.4(±2)％的C-C。

本公开的另一方面涉及一种用于在管状结构中形成保形涂层的系统。所述系统包括管状结构，所述管状结构包括限定内部体积的内表面和至少两个相对端部，其中每个相对端部包括开口。所述系统也包括至少两个真空泵站，其中每个真空泵站联接至所述开口中的一个。所述系统还包括经由小直径(即0.125-0.5英寸OD)的管状电极联接至内部体积的气体供应口，所述管状电极在接地(或正)电位下，跨越所述管状结构的长度，并在张力下中心悬挂，气体通过气体扩散器在所述管状结构的长度的大约中间处通过所述气体供应口供应和离开管状结构的内部体积。另外，作为任选特征，所述系统可包括多个磁场线圈，其中每个磁场线圈围绕所述管状结构设置，且所述磁场线圈沿着所述管状结构的长度间隔开。此外，所述系统的任选特征包括电连接至所述磁场线圈的任意波形发生器，所述波形发生器构造为将可变电流施加至所述磁场线圈，并构造为在所述磁场线圈中的至少两个之间提供相位偏移。所述系统的这些任选特征可用于协助在所述管状结构内部形成的等离子体的静态或动态定位。

附图说明

参照结合所附附图在本文描述的实施方案的如下描述，本公开的上述和其他特征，以及获得这些特征的方式可变得更明显且更好理解，其中：

图1示出了水接触角测量的示意图；

图2a示出了用于进行本公开的方法的系统的一个示例性实施方案的示意图；

图2b示出了用于进行本公开的方法的系统的另一示例性实施方案的示意图；

图3示出了用于进行本公开的方法的一个示例性方法；