具有高和低摩擦涂层的螺纹连接件制造技术

一种螺纹金属连接件具有覆盖有涂层的销（１００）和套管（２００）的螺纹表面，所述涂层包括布置在销元件（１００）的整个表面上的第一层（２４），以及布置在销或套管元件中任何一个的一部分表面上的第二层（２５）。在第一方面，涂层包括布置在销元件（１００）的整个表面上并具有高摩擦和防卡死性能的第一层，以及布置在销或套管元件中任何一个的表面的特定部分上并具有低摩擦性能的第二层（２５）。优选地，特定表面是那些在上紧过程中相互径向接触直至销和套管达到肩部邻接位置的那些表面。第二层可以包含聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）。在第二方面，第一层布置在套管元件（２００）的整个表面上并具有高摩擦和防卡死性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种螺纹连接件，尤其适用于连接管段以形成在油 气提取行业中采用的管柱，所述螺纹连接件具有封盖螺纹的表面涂 层以加强扭转连接强度。
技术介绍
在石油勘探和提取过程中，通常的做法是采用工业用长度的金 属管组成管柱，所述管柱的长度足以达到油气储层或池所处的深度。 储层深度不断增加，因此连接件必须以这样的方式进行设计，即它 们可以承受更高的负荷和应力，同时确保良好的密封性能。通过对销和套管所有负荷承载表面也就是螺纹侧面、邻接肩部 等的适当设计，使它们在连接件的期望操作所处的所有负荷范围下 以适当的结构和尺寸干涉保持相互接触，从而实现螺纹连接件性能 的提高。这取决于所施加的转矩强度，由此转矩强度由屈服转矩值 与肩部转矩值之间的差值决定。然而，设置太高，干涉对上紧操作是不利的，因为这会导致连 接件的卡死或磨损。 一直努力在具有低上紧转矩与具有高屈服转矩 之间达到很好的平衡，这是用于承受高负荷并具有良好密封性能的 状态。另外，为了避免在上紧过程中出现卡死，本领域现有技术通常 采用流体润滑剂例如润滑脂或涂布油。还努力提高屈服转矩极限，这一直是本
研究的重要方面。通常通过修改连接件设计来提高屈服极限(Y.T.)，但目前已 经接近涂有涂布油的连接件的技术极限。采用涂布油又具有缺陷并优选避免采用。采用涂布油所具有的危险包括灰尘积留；因手动操作而导致涂布油分布不均匀。这样 还会导致过度涂敷在连接件的全部或部分上；以及在油田不利的环 境条件下必须对连接件实施清洁。因此，为了降低成本并改进操作，已经研制了用于连接件的无 涂布油溶液并使用多年。无涂布油溶液已经获得很好的扭转强度， 但在一些情况下它们存在缺陷，因为上紧转矩会达到很高值。在这 种情况下，通常通过添加油或杂质降低用于连接件的无涂布油溶液 的上紧转矩，因而部分或全部损失无涂布油技术的优势并导致同样 降低屈服转矩值和使连接件承受超转矩的危险。已经在几个专利例如US4,414，247、 US6，027，145和US4,692，988 中公开了用于连接件的无涂布油溶液。它们在连接件表面的所有点 上采用单层防卡死涂层代替具有相同摩擦系数的涂布油。还必须为 这种连接件选定适当的摩擦值，因为摩擦系数的增加提高了屈服转 矩值，还提高肩部转矩，而摩擦系数的降低允许利用与已知涂有涂 布油的连接件类似的肩部转矩值完成上紧，但降低了其屈服转矩值。 两种情况下的结果都是转矩值低且不符合要求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是通过一种用于管的螺纹连接件消除上述缺 陷，所述螺纹连接件通过提供非常高的转矩值而具有良好的上紧特 性并获得高结构性能。本专利技术的另一目的是提供一种螺纹连接件， 该螺纹连接件还在最广泛的环境和操作条件范围内具有良好的耐磨 性，从而即使在连接件经过几次上紧和打开操作之后也可以确保最 佳性能。从下文描述中将会显而易见地了解到上述以及其它目的，根据 本专利技术这些目的通过一种用于管的螺纹连接件实现，其包括销元件 和套管元件，销元件具有适于与套管元件的螺纹匹配的螺纹，销元 件和套管元件各自的螺纹形式由布置在包含连接件纵向轴线(X)的 横截面上的螺纹型面限定，其中螺纹表面具有涂层，所述涂层包括布置在销元件整个表面上的第一层，布置在销元件或套管元件中任 何一个的整个表面的特定部分上的第二层，或者所述涂层包括布置 在套管元件整个表面上的第一层，布置在销元件或套管元件中任何 一个的整个表面的特定部分上的第二层。在第一方面，涂层包括布置在销或套管元件的整个表面上并具 有高摩擦和防卡死性能的第一层，布置在销或套管元件中任意一个 的整个表面的特定部分上并具有低摩擦性能的第二层。优选地，在特定部分布置具有低摩擦性能的第二层所处的销或套管元件中任意一个的整个表面是那些适于产生相互径向接触的表面。更优选地，具有低摩擦性能的第二层所处的销或套管元件中任 意一个的表面部分是那些适于在上紧过程中产生相互径向接触直至 承受轴向接触压力负荷的表面邻接(如肩部)的那些部分。更优选地，适于产生相互径向接触的部分是套管元件上的牙顶， 销元件上的根部以及金属间密封。本专利技术连接件的主要优点如下由于防卡死干涂层在连接件的不同区域具有不同的摩擦系数， 因此所述连接件能够达到更高的扭转强度。所述连接件因而具有低肩部转矩和高屈服转矩，提高了容许转 矩值，可以在不改变连接件几何形状并且不提高上紧转矩值的情况 下提高扭转强度。其克服了现有技术中的连接件的缺陷，即因为连接件采用的润 滑剂流入在螺纹之间保持为空的所有空间并封盖连接件的所有区域 而导致这些连接件不具有局部高摩擦区域。当在连接件上采用涂布油时，所获得的摩擦系数通常取决于所 施加的涂布油的量，由于在销和套管的螺纹之间存在小的排空或补 偿空间，涂布油压力通常形成在连接件内部。在本专利技术的连接件上 取而代之的是，摩擦系数不受操作者的影响并在制造阶段得到确定。根据本专利技术的另一重要方面，在分别与套管或销的互补表面径向接触的销或套管的特定螺纹区域以及金属间密封上采用低摩擦涂 层，以确保上紧所需的低转矩值，因为这些表面在螺纹拧紧过程中 保持接触，处于无负荷状态。在实现轴向接触的那些表面例如销前端、转矩肩部和螺纹负载 侧面上采用高摩擦涂层，以提供增强的扭转强度，因为这些表面在 管连接件达到最终位置时承受轴向接触压力负荷。通过涂层提供对 连接件上的转矩控制克服了连接件无涂布油溶液的主要缺陷，并且 相比于具有涂布油的连接件存在优势，因为可以单独地并以高精度 控制现有技术的连接件上紧密相关的两个不同参数。附图说明现在通过附图参照以非限制性实例给出的本专利技术的优选实施方 式对本专利技术进行描述，图中图la和lb表示根据本专利技术的连接件上的螺纹处于第一操作阶段(在上紧过程中)的细节的放大剖视图。图2a和2b表示根据本专利技术的连接件上的螺纹处于第二操作阶 段(连接件达到最终位置时)的细节的放大剖视图。图3a和3b分别表示在根据本专利技术制成的连接件的整个表面的 特定部分上具有第二层的套管和销的螺纹的细节的放大剖视图。图4表示与用于螺纹连接件三种涂层的连接件肩部转矩值相关 的对比曲线图。图5表示本专利技术连接件中包含的销和套管的表面的放大视图。 图6表示本专利技术连接件另一实施方式中包含的销和套管的放大 视图。图7A表示在实例1中论述的三种类型的螺纹连接件经过一段时 间测定的摩擦系数。图7B表示在实例1中论述的三种类型的螺纹连接件的平均摩擦 系数。图8表示在实例1中论述的三种类型的螺纹连接件上完成的上紧和打开测试的结果。 具体实施例方式特别参照图1和2，根据本专利技术的管具有螺纹末端，该螺纹末端 在与具有互补螺纹末端的另一管接合时形成连接件。连接件因而包 括限定了通常称为"销"的阳元件100和通常称为"套管"的阴元件 200，所述阳元件100在外表面上具有螺纹4，所述阴元件200在内 表面上具有螺纹3。套管200根据连接件的类型通常为管或套筒。套 管200还具有邻接肩部9并且销100具有相应的邻接件10。图la 和lb表示销和套管在完成上紧操作之前的位置，在该位置邻接件9 和10仍然没有接触。在通常与管柱组装相对应的这一阶段，连接件 上仅有的重要负荷由螺纹径向表面之间的接触构成。由设计阶段提 供的干涉所引起的应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管的螺纹连接件，包括销元件（１００）和套管元件（２００），销元件具有适于与套管元件的螺纹匹配的螺纹，销元件和套管元件各自的螺纹形式由布置在包含连接件纵向轴线（Ｘ）的横截面上的螺纹型面限定，其中销元件的表面具有涂层，其特征在于，所述涂层包括布置在销元件（１００）整个表面上并具有高摩擦和防卡死性能的第一层（２４），布置在销元件或套管元件中任何一个的整个表面的特定部分上并具有低摩擦性能的第二层（２５）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：加布里埃尔E卡尔卡尼奥，埃内斯托加洛，
申请(专利权)人：特纳瑞斯连接股份公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]