具有高耐磨性的螺纹连接及其实现方法技术

一种处理具有外螺纹部分(12)的公扣和具有内螺纹部分(22)的母扣(20)的方法，其中该方法提供具有高耐磨性的螺纹接头。本发明专利技术的一个实施例包括在公扣(10)和母扣(20)中的至少一者的螺纹部分上施加润滑剂。通过将公扣的螺纹部分和母扣的螺纹部分螺纹接合以达到美国石油协会推荐的扭矩来进行螺纹接头的上扣，然后进行螺纹接头的卸扣。多次执行在将润滑剂施加在公扣和母扣中的至少一者的螺纹部分上的情况下而进行的上扣和卸扣步骤。然后对公扣和母扣的螺纹部分之一进行表面硬化。根据这种方法制成的螺纹接头具有很高的耐磨性，并且不需要任何润滑剂。

Threaded connection with high wear resistance and its realization method

A method for dealing with a male button with an external threaded part (12) and a female button (20) having a threaded part (22), wherein the method provides a threaded joint with a high wear resistance. One embodiment of the invention includes applying lubricants on the threaded part of at least one of the male buckle (10) and the female button (20). The threaded part of the male buckle is joined by the threaded part of the female button to reach the torque recommended by the American Petroleum Association for the thread joint, and then the threaded joint. The buckle and shackle steps are carried out repeatedly in cases where the lubricant is applied to the threaded part of at least one of the male button and the female button. Then harden the thread part of the male button and the female button. The threaded joint made according to this method has high wear resistance and does not require any lubricant.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高耐磨性的螺纹连接及其实现方法
本专利技术总体上涉及一种由插入式螺纹连接器和凹入式螺纹连接器形成的耐磨螺纹连接件以及一种用于制造插入式螺纹连接器和凹入式螺纹连接器的方法，并且更具体地涉及一种在连接管状组件(尤其是用于钻探和操作油气井的管状组件)时使用的用于管状组件的耐磨螺纹接头。
技术介绍
“用于钻探和操作油气井”的管状组件表示基本上为管状的任何元件，其旨在连接到相同类型的另一元件或者最终构成用于钻探油气井的钻柱或意图用于维护的诸如修井立管等立管或用于操作的诸如采油立管等立管或用于在井操作中使用的套管柱或管柱的立管。本专利技术还适用于钻柱中使用的组件，例如钻杆、加重钻杆、钻铤以及管接头和加重杆的称为钻具接头的部分。钻具接头是用于管道(典型地是由特殊合金钢制成的钻杆)的重型联接元件。钻具接头具有设计用于承受钻柱重量、经受频繁联接和脱开的应力并提供防漏密封的粗糙型锥形螺纹和座肩。接头的插入式部分或公扣附接到一段钻杆的一端，而凹入式部分或母扣附接到该钻杆的另一端。钻具接头可以焊接到钻杆的端部或拧到钻杆的端部上或这两者都可以。管接头通过钻具接头联接在一起。公扣钻具接头具有形成于其上的插入式(外)螺纹，并且母扣钻具接头具有形成在其中的凹入式螺纹(内)螺纹。通过将一个管状组件的公扣钻具接头与第二管状组件的母扣钻具接头螺纹接合而形成联接或连接。为了实现连接上扣(make-up)，一个管状组件相对于另一管状组件旋转。为了实现连接卸扣(breakout)，相对旋转的方向相反。至今，海上油田的几口深油井已经达到20,000’-30,000’(英尺)的深度。井中使用的许多管道和套管是长度约为30'的螺纹管。例如，用于促进钻井的钻杆的接头通常具有约三十英尺(30’)或四十五英尺(45’)的长度。因此，容易看出，在一些深井中，钻杆的总钻柱可能包括数百个，也可能多于一千个螺纹连接在一起的管接头。油田管状螺纹接头由于连接的接头钻柱和各个接头本身的重量而在轴向方向上受到拉力。另外，螺纹接头受到内部和外部压力以及过高的温度。通常，较深的井比较浅的井具有更高的温度和更高的压力。位于暴露于这些较高温度和/或较高压力的钻孔内的管道的螺纹连接必须能够承受这种苛刻的条件，同时保持气密性。在将管道或套管降入井中的过程期间，有时需要将已经上扣到另一管状部件的管接头卸扣，将管道提出井外，随后再次实现连接上扣，然后将管道重新降入井中。在钻井过程中，构成钻柱的螺纹管状组件可能必须经历几次上扣和卸扣循环。上扣操作通常在高轴向负荷下进行。例如，待通过螺纹连接来连接的三十(30)或四十五(45)英尺长的管接头的重量可以通过待连接的螺纹元件的轴线的轻微错位来局部化。这可能会导致在螺纹区域发生磨损的风险。传统上，螺纹区域在现场上扣和卸扣操作期间被防止磨损。最初，螺纹区域被去除了可能预先施加以防止腐蚀的任何油脂。连接接触表面被清洁并且没有钻井液和任何其他污染物残留物，因为存在于钻井液和泥浆中的固体会促进磨损并降低接下来应用的复合油脂的耐磨性。在现场将复合油脂施加在螺纹接头的接触表面上。复合油脂是含有大量重金属(例如锌、铅和铜)粉末的粘性液体润滑剂。复合油脂通常称为“管具涂料”。管具涂料被充足且均匀地施加在公扣和母扣的整个接触表面上，并进入螺纹根部并完全覆盖肩部表面。美国石油协会标准API公告5A2或5A3中规定的复合油脂要求能够对施加有复合油脂的接触表面赋予防锈性能，并且还能改善螺纹密封并在连接上扣期间提供润滑。然而，当进行用于管道的螺纹接头的上扣时，已经施加的复合油脂会被冲走或溢出到外表面，并且可能特别是由于有害的重金属而对环境(特别是海洋生物)产生有害影响。另外，施加复合油脂的过程会使工作环境恶化，并且存在对人体产生有害影响的担忧。因此，现场将管具涂料施加到螺纹部分的步骤花费宝贵且昂贵的时间以及人力。另外，使用带有重金属和/或有毒金属(例如铅)的此类复合油脂存在污染井和环境的缺点，因为在上扣期间过量的油脂会从螺纹连接处喷出。过去，已经提出了对用于管道的螺纹接头的接触表面执行各种类型的表面处理，例如氮化、包括镀锌和复合电镀的各种类型的电镀、磷酸盐化学转化处理，以形成一个层或多个层来增加复合油脂的保持力并改善滑动性能。但是，如上所述，使用复合油脂会对环境和人体造成有害影响。在现有技术中应该理解的是，磨合过程应该用于现场的新连接。通常，在运行管接头之前，此过程包含2至3次的连接上扣。2至3次上扣可以是最终运行上扣扭矩的50-75％的慢速上扣。这种做法被认为是在施加全部接触应力之前磨光和加工硬化连接表面以改善耐磨性。但是，这种做法还没有被发现可以提供持久的耐磨性。理想的是具有这样的管状螺纹接头连接：其耐磨并且在多次连接上扣和卸扣之后保持耐磨性。理想的是具有这样的耐磨螺纹连接：其不使用复合油脂或其他化学品，对环境友好，并且在连接上扣操作期间节省时间和人力。理想的是具有这样的耐磨螺纹连接：其能够承受高温暴露。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例是一种管状螺纹接头连接件，其包括公扣钻具接头和母扣钻具接头，每个接头具有包括螺纹接触表面和非螺纹接触表面的接触表面。公扣钻具接头和母扣钻具接头之一的接触表面的表面硬度大于另一公扣钻具接头或母扣钻具接头的表面硬度。在使用中，螺纹接头连接被上扣而无需润滑剂或复合油脂，并且具有很高的耐磨性。在优选实施例中，当在现场进行连接上扣时，不使用润滑剂。本专利技术的一个方面是用于制造管状螺纹接头连接的公扣钻具接头和母扣钻具接头的方法。母扣钻具接头的内螺纹和公扣钻具接头的外螺纹最初按照业内惯例的方式制备。将润滑剂(如复合油脂)施加在公扣钻具接头和母扣钻具接头中的一者或两者的接触表面上，并且进行螺纹连接的上扣，然后进行螺纹连接的卸扣。螺纹接头被上扣和卸扣多次，最优选地为约六(6)至十(10)次。在上扣和卸扣的每一者期间，螺纹上存在复合油脂。在完成一组上扣和卸扣之后，对母扣钻具接头或公扣钻具接头进行表面硬化处理，使得表面硬化部件的硬度大于非表面硬化部件的硬度。在该过程之后，管状螺纹接头连接准备好在没有任何复合油脂或其他施加的润滑剂的情况下进行上扣。附图说明当结合以下附图考虑对所公开实施例的以下详细描述时，可以获得对本专利技术的更好理解，在附图中：图1是应用了本专利技术的示例性公扣和母扣钻具接头的示意图，以截面图示出了公扣钻具接头的上半部分和母扣钻具接头；以及图2是根据本专利技术优选实施例的用于制造耐磨螺纹连接的方法的流程图。具体实施方式本专利技术的一个实施例是一种用于制造螺纹联接或螺纹连接(其甚至在多次上扣和卸扣之后仍具有很高的耐磨性)的螺纹组件的方法。另外，优选实施例的制造方法产生了螺纹部件，该螺纹部件在现场不使用润滑剂的情况下具有高耐磨性。本专利技术不限于在油田中使用的螺纹连接；然而，优选实施例对于用于钻探和/或操作油气井的管状组件特别有用。因此，下面将参考油田管状螺纹接头连接讨论优选实施例。该方法包括在部件(通常为管状部件)的端部上制备螺纹的步骤100。在优选实施例中，如图1所示，在公扣钻具接头10和母扣钻具接头20上制备螺纹。在公扣钻具接头10上制备外螺纹12，并在母扣钻具接头20上制备内螺纹22。螺纹可以按照业内惯例的任何方式制备。例如，螺纹可以通过在形成螺纹时去除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管状组件的制造方法，所述管状组件包括具有外螺纹部分的公扣和具有内螺纹部分的母扣，所制造的包括所述公扣和所述母扣的所述管状组件能够形成在不使用润滑剂的情况下具有有效耐磨性的无涂料螺纹连接，所述制造方法的步骤包括：将所述公扣和所述母扣接合到管段的相反两端以形成管状组件；将润滑剂施加到已经通过加工螺纹部分而被制备的所述公扣和所述母扣中的至少一者的螺纹部分上；通过将一个管状组件的公扣螺纹部分与另一管状组件的母扣螺纹部分螺纹接合以达到美国石油协会为螺纹连接推荐的上扣扭矩而进行螺纹连接的上扣并进行螺纹连接的卸扣，其中，在将润滑剂施加到所述公扣和所述母扣中的至少一者的螺纹部分上的情况下而进行的上扣和卸扣步骤被多次执行，从而引起塑性变形；以及在执行多次上扣和卸扣步骤之后，对所述公扣和所述母扣中的一者的螺纹部分进行表面硬化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.06 US 14/792,0771.一种管状组件的制造方法，所述管状组件包括具有外螺纹部分的公扣和具有内螺纹部分的母扣，所制造的包括所述公扣和所述母扣的所述管状组件能够形成在不使用润滑剂的情况下具有有效耐磨性的无涂料螺纹连接，所述制造方法的步骤包括：将所述公扣和所述母扣接合到管段的相反两端以形成管状组件；将润滑剂施加到已经通过加工螺纹部分而被制备的所述公扣和所述母扣中的至少一者的螺纹部分上；通过将一个管状组件的公扣螺纹部分与另一管状组件的母扣螺纹部分螺纹接合以达到美国石油协会为螺纹连接推荐的上扣扭矩而进行螺纹连接的上扣并进行螺纹连接的卸扣，其中，在将润滑剂施加到所述公扣和所述母扣中的至少一者的螺纹部分上的情况下而进行的上扣和卸扣步骤被多次执行，从而引起塑性变形；以及在执行多次上扣和卸扣步骤之后，对所述公扣和所述母扣中的一者的螺纹部分进行表面硬化。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述润滑剂是复合油脂。3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述母扣的螺纹部分是切削螺纹。4.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述公扣的螺纹部分是切削螺纹。5.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述公扣和所述母扣中仅一者的螺纹部分被表面硬化。6.根据权利要求1所述的制造方法，其中，表面硬化的螺纹部分具有最小约200-260布氏硬度点的表面硬度，所述表面硬度大于另一配合的公扣或母扣的螺纹部分的表面硬度。7.根据权利要求1所述的制造方法，其中，螺纹连接的上扣和卸扣步骤通过在使用润滑剂的情况下执行3到15次上扣和卸扣。8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，螺纹连接的上扣和卸扣步骤通过在使用润滑剂的情况下执行5到12次上扣和卸扣。9.根据权利要求1所述的制造方法，其中，螺纹连接的上扣和卸扣步骤通过在使用润滑剂的情况下执行6到10次上扣和卸扣。10.根据权利要求1所述的制造方法，其中，对于特定的螺纹连接，推荐的上扣扭矩根据适用的API推荐规程7G(APIRP7G)而定。11.根据权利要求1所述的制造方法，其中，对于特定的螺纹连接，推荐的上扣扭矩根据2015年7月6日生效的API推荐规程7G(APIRP7G)而定。12.一种有效的耐磨管状组件，包括根据权利要求1所述的方法制备的具有外螺纹部分的公扣和具有内螺纹部分的母扣。13.一种用于钻探油气井的耐磨螺纹管状组件的制造方法，所述制造方法的步骤包括：在公扣的端部处的外周表面上加工螺纹区域；在母扣的端部处的内周表面上加工螺纹区域；将润滑剂施加在所述公扣和所述母扣中的至少一者的螺纹区域上；通过将所述公扣的螺纹区域与所述母扣的螺纹区域螺纹接合以达到基本上由美国石油协会当前推荐的上扣扭矩而进行螺纹连接的上扣并进行螺纹连接的卸扣，其中，在将润滑剂施加到所述公扣和所述母扣中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔贝托·阿拉里亚，安赫洛·卡纳韦拉，
申请(专利权)人：佩嘉苏斯股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT