用于钢管的螺纹接头制造技术

一种用于钢管的螺纹接头，其形成在具有包括螺纹部位和无螺纹金属接触部位的接触表面的栓杆和盒套上，在不涂布化合物脂的情况下，该螺纹接头能够稳定地保证抗磨损性和气密性，其中，在栓杆和盒套中的至少一个的接触表面上形成由润滑剂粉末（如二硫化钼）和有机或无机粘结剂形成的固体润滑剂膜层，被等面积当量直径为１５－６０μｍ的润滑剂粉末的次级粒子所占据的面积在固体润滑剂涂层厚度的横截面积中占的比例是５％－９０％，除润滑剂粉末外，还将纤维状填料（如无机物晶须）混入固体润滑剂膜层，纤维状填料与粘结剂的质量比是０．０１－０．５，从而能够改善特别是螺纹接头的高温抗磨损性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于钢管的螺纹接头，该接头用于连接诸如油井管的钢管。更具体地说，本专利技术涉及一种用于钢管的螺纹接头，该接头具有优异的抗磨损性和气密性，不需要涂覆含重金属粉末的化合物脂，传统上为了防止接头磨损要在每一次紧固前进行涂覆。
技术介绍
油井管是钻探油井中使用的钢管，用于钢管的螺纹接头将它们相互连接。螺纹接头包括具有阳螺纹的栓杆(pin)和具有阴螺纹的盒套(box)。如示意附图说明图1所示，一般在钢管A两端的外表面上形成阳螺纹3A，从而形成栓杆1，在袖状连接器B形式的单个连接部件内表面的两侧上形成阴螺纹3B，从而形成盒套2。如图1所示，一般以连接器B已预先连接在一端上的状态运送钢管A。用于钢管的螺纹接头要承受由于油井管和连接器的重量造成的轴向张力和地下的内外压产生的复合压力，还要经受地热。因此，即使在这样的条件下，螺纹接头也需要保持气密性(密封性)，不能产生破损。另外，在使油井管下降的过程中，常常存在要松开(拆卸)一度紧固的接头然后再将其紧固的情况。因此，根据API(美国石油协会)，要求不能发生称为磨损(galling)的严重咬合，对于配管接头，即使重复紧固(装配)和松开(分开)十次，也能够保持气密性，对于套管接头，即使重复紧固(装配)和松开(分开)三次，也能够保持气密性。近年来，为了改善气密性，一般使用能够形成金属与金属密封的特殊螺纹接头。在这类螺纹接头中，除具有阳或阴螺纹的螺纹部位外，每一个栓杆和盒套都还有无螺纹金属接触部位，螺纹部位和无螺纹金属接触部位均在栓杆和盒套之间形成接触表面。栓杆和盒套的无螺纹金属接触部位相互紧密接触，形成金属与金属密封部位，有助于增加气密性。在这样的能够形成金属与金属密封的螺纹接头中，为了防止接触表面，特别是金属接触表面磨损，一直使用称为化合物脂的高润滑性的润滑脂。该脂是一种液体润滑剂，在紧固前，在栓杆和盒套中的至少一个的接触表面上涂覆该脂。但是，该脂含有大量有害的重金属粉末，当用清洗剂洗去在紧固过程中挤出到周缘的该脂时，化合物脂和使用的清洗剂将流入海洋或土壤，造成环境污染，这是一个必须考虑的问题。另外，每一次紧固前重复使用脂和清洗剂产生的问题是将降低油田内的工作效率。作为不需要使用化合物脂的用于钢管的螺纹接头，JP08-103724A、JP08-233163A、JP08-233164A和JP09-72467A公开了在栓杆和盒套中的至少一个的螺纹部位和无螺纹金属接触部位(即，接触表面上)涂覆包括作为粘结剂的树脂和作为固体润滑剂的二硫化钼或二硫化钨的固体润滑剂涂层的螺纹接头。在这些日本专利公开中，为了提高固体润滑剂涂层和钢基底的粘结力，这些专利公开形成作为固体润滑剂涂层底涂层的磷酸锰化学转化涂层或氮化物层与磷酸锰化学转化涂层的结合层，或者使接触表面具有Rmax为5-40μm的表面不规则度。在JP08-103724A中，其公开了用以Fischer法测定的粒径为0.45-10μm，优选2-5μm的二硫化钼粉末作为润滑剂粉末。如果粒径小于0.45μm，则不会得到改善抗磨损性的效果，而10μm或更大的粒度不会对改善润滑性起到额外的效果，并且难以调节固体润滑剂涂层的厚度。使用栓杆和盒套的接触表面有为其提供润滑性的固体润滑剂涂层的螺纹接头有望省却化合物脂的使用，从而可以避免上述有关环境和工作效率方面的问题。但是，使用传统的固体润滑剂涂层不可能得到如涂覆化合物脂所能够达到的抗磨损性效果，在紧固和松开重复不到10次后就会发生称为磨损的咬合裂纹。因此，存在不能以稳定方式防止磨损和保持气密性的问题。近来，在高温油井或注蒸汽油井中需要使用用于钢管的耐热螺纹接头，在高温油井中，温度达到250-300℃，这高于传统油井中的温度，在注蒸汽油井中，为了改善油回收率，注入接近临界温度(如，约350℃)的高温蒸汽。因此，存在下述情况当已经被紧固的接头在250℃或更高温度下进行加热试验，然后进行松开和再紧固时，螺纹接头必须确保抗磨损性和气密性。在接触表面上形成有固体润滑剂涂层的传统螺纹接头与涂覆化合物脂的情况相比，特别是在高温环境中，其实际抗磨损性极差。因此，使用形成有固体润滑剂涂层的传统螺纹接头时，仍然需要涂覆化合物脂，仍然不能消除上述有关环境和工作效率方面的问题。本专利技术的一个目的是提供一种不涂覆化合物脂就能够以稳定方式保持抗磨损性和气密性的具有固体润滑剂涂层的用于钢管的螺纹接头。本专利技术的另一个目的是提供一种抗磨损性得以改善的用于钢管的螺纹接头，当用于钻探高温环境中的原油如深的高温油井和注蒸汽油井时，不涂覆化合物脂就能够防止重复紧固和松开时发生磨损和气密性的降低。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人研究了造成集中在固体润滑剂涂层结构上的固体润滑剂涂层之间性能的差别的原因，结果发现在重复紧固-松开试验中，固体润滑剂涂层的抗磨损性取决于存在于涂层中的润滑剂粉末的分布状态(聚集体形式)，而非JP08-103724A中所述的润滑剂粉末自身的粒径。即，当固体润滑剂涂层中的大部分润滑剂粉末颗粒聚积起来，使得它们以定义如下的当量圆直径(equivalent circular diameter)(面积相同的圆的当量直径)为15-60μm粒度的大量聚集体或次级粒子形式存在时，可以确保稳定的抗磨损性。另外还发现在高温环境中重复紧固和松开时磨损特别大的原因是因为在高温下其耐磨性的下降造成固体润滑剂涂层很快磨损，在涂层中加入纤维填料可以大幅提高固体润滑剂涂层的高温耐磨性。在一个实施方案中，本专利技术是一种用于钢管的螺纹接头，其包括每一个都有包括螺纹部位和无螺纹金属接触部位的接触表面的栓杆和盒套，其特征在于栓杆和盒套中的至少一个的接触表面具有包括润滑剂粉末和粘结剂的固体润滑剂涂层，其中，沿被当量圆直径为15-60μm的润滑剂粉末的次级粒子所占据的固体润滑剂涂层厚度的横截面积比例是5％-90％。在本专利技术中，次级粒子的粒径表示固体润滑剂涂层中存在的粉末聚集体(次级粒子)的直径。润滑剂粉末的次级粒子的当量圆直径将在下面说明。在另一个实施方案中，本专利技术是一种用于钢管的螺纹接头，其包括每一个都有包括螺纹部位和无螺纹金属接触部位的接触表面的栓杆和盒套，其特征在于栓杆和盒套中的至少一个的接触表面具有包括润滑剂粉末、纤维填料和粘结剂的固体润滑剂涂层，其中，纤维填料与粘结剂的质量比是0.01-0.5。在本专利技术的一个优选实施方案中，润滑剂粉末是选自二硫化钼、二硫化钨、有机钼化合物、石墨、氮化硼和聚四氟乙烯的一种或多种粉末物质。附图简述如上所述，图1是示出在运送钢管时钢管和螺纹连接器的典型组件的示意图。图2是示出本专利技术的一般用于钢管的螺纹接头的连接部分的示意图。图3是示出润滑剂粉末的次级粒子的当量圆直径与抗磨损性的关系的示意图。图4是示出在固体润滑剂涂层中被当量圆直径为15-60μm的润滑剂粉末的次级粒子所占据的面积比与抗磨损性的关系的示意图。具体实施例方式图2是示出一般用于钢管的螺纹接头的结构的示意图。在该图中，1是栓杆，2是盒套，3是螺纹部位，4是无螺纹金属接触部位，5是凸肩部位。在下面的叙述中，无螺纹金属接触部位也简称为金属接触部位。如图2所示，一般的螺纹接头包括在钢管一端的外表面上形成有螺纹部位3(更确切地说是阳螺纹部位)和无螺纹金属接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢管的螺纹接头，其包括每一个都有包括螺纹部位和无螺纹金属接触部位的接触表面的栓杆和盒套，其特征在于：栓杆和盒套中的至少一个的接触表面具有包括润滑剂粉末、纤维填料和粘结剂的固体润滑剂涂层，其中，纤维填料与粘结剂的质量比是０．０１－０．５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：后藤邦夫，松本圭司，中筋和行，安乐敏朗，永作重夫，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]