钢管用螺纹接头制造技术

一种钢管用螺纹接头，所述螺纹接头包括销和孔，该螺纹接头具有金属－金属间密封的性能和经受重复扣紧和松开且不使用含重金属粉的液体润滑剂，所述销和孔每个具有接触面，该接触面包括螺纹部分和非螺纹接触部分。至少销和孔其中之一的接触面之上覆有底涂层和润滑涂层。底涂层是多孔金属涂层，该金属多孔金属涂层具有５－８０％的孔隙率和１－３０微米的厚度，并且优选的具有５０－２５０Ｈｖ的硬度。润滑涂层是固体润滑涂层或液体润滑涂层，后者实质上不含重金属粉。底涂层和润滑涂层的总厚度最大为１００微米。（*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钢管用螺纹接头，所述钢管适用于连接油井管，该油井管用于油井钻探。更具体地，本专利技术涉及一种管钢用螺纹接头，所述螺纹接头不需使用含有重金属粉的复合油脂，其通常在每次扣紧之前完成以防止磨损，并且具有良好的抗磨损能力和防锈性能。
技术介绍
油井管通过钢管用螺纹接头连接，所述油井管是用于油井钻探的钢管，所述螺纹接头具有销孔结构，该结构包括销和孔，所述销具有外螺纹，所述孔具有内螺纹。如图1所示，外螺纹3A通常设在钢管A两端的外圆周表面上以形成销1；内螺纹3B设在独立接头件的内圆周表面的两侧，形成孔2，所述独立接头具有套管型连接B的形状。如图1所示，钢管A输送时处于连接B首先与一端连接的状态。钢管用螺纹接头承受轴向张力，该轴向张力由钢管的重量和连接及复合压力产生，所述复合压力包括地下的内外压力，螺纹接头也承受地热，因此要求螺纹接头保持气密性(密封性能)，使其在上述环境中不被损坏。此外，降低油井管的过程中，经常存在已扣紧的接头发生松开然后又扣紧的情况。因此，根据API(美国石油协会)标准，即使扣紧和松开对于套管接头发生十次，对于铸造接头发生三次的情况下，期望不出现磨损并保持气密性，所述铸造接头具有较大的直径。近年来，为提高气密性，已经开始使用特殊的螺纹接头，所述螺纹接头能够进行金属与金属间的密封，在这种类型螺纹接头中，如图2所示，非螺纹金属接触部分4A和4B分别设在销1的终端和孔2的内部，所述销1具有外螺纹部分3A，所述孔2具有相应的内螺纹部分3B。在如图2所示扣紧状态中，螺纹部分3A或3B和非螺纹金属接触部分4A或4B形成销1或孔2的接触面。销1和孔2的非螺纹金属接触面4A和4B形成金属到金属间的密封部分并有利于提高气密性。上述能够进行金属与金属间密封的螺纹接头中，使用称为复合润滑脂的高效液体润滑脂以防止接触面的磨损，特别是非螺纹接触部分的磨损。所述润滑脂在紧固前施加到至少销和孔其中之一的接触面。然而，该润滑脂含有大量的有害重金属粉，并且用清洗剂对扣紧时挤到外周的润滑脂进行清洗时，复合润滑脂和清洗剂流到海洋或土壤中带来环境污染，该问题已经开始考虑。此外，清洗问题和每次扣紧前润滑脂的重复使用问题降低了工作效率。作为不需要使用复合润滑脂的钢管用螺纹接头，JP-A08-103724，JP-A08-233163，JP-A08-233164，和JP-A09-72467披露了螺纹接头，其中在螺纹部分和至少销和孔其中之一的非螺纹金属接触部分(即，接触面)施加了固体润滑涂层，所述固体润滑涂层包括用作粘合剂的树脂和用作固体润滑剂的二硫化钼或二硫化钨。为提高固体润滑涂层和基体钢之间的粘结性，上述日本专利申请披露了形成磷酸锰化学转化涂层或氮化物层与磷酸锰的混合物，或提供具有最大半径为5～40微米的表面缺陷的接触面，作为底涂层用于固体润滑涂层。专利JP-A08-105582中披露了氮化物层、铁或铁合金电镀层和固体润滑涂层的形成，所述固体润滑涂层用于油井管的螺纹接头并由覆着至少10％铬的不锈钢制成。原油钻探中，深油井增多，油井管的使用温度达到150～250℃是通常的，然而，常规的钢管用螺纹接头在使用复合润滑脂时并没有好的抗磨磨性能，所述螺纹接头能够进行金属与金属间密封并且不需要通过在接触面上形成固体润滑涂层使用复合润滑脂，并且当扣紧和松开重复很少几次时，可能出现由于磨擦产生的磨损。此外，如果该螺纹接头保持在高温，固体润滑涂层容易脱落，且防磨损效果差。专利JP-A08-105582所描述的三层涂层具有复杂的处理过程且变得昂贵，并且此外，不锈钢基体和铁基电镀之间会发生电化腐蚀，并且会导致抗腐蚀性恶化。本专利技术的目的是提供一种钢管用螺纹接头，所述螺纹接头能够进行金属-金属间密封，并且具有良好的抗磨损性，即使螺纹接头是由高铬钢制成，所述高铬钢是对磨损相对敏感的材料，当所述螺纹接头用于高温环境下诸如深油井的原油钻探时，能防止重复扣紧和松开时磨损的产生和气密性的降低，且不使用含有重金属粉末的液体润滑脂，如复合润滑脂。
技术实现思路
过去，增强固体润滑涂层粘结性的措施是通过加工或涂覆磷酸盐或类似物质的方法使基体表面粗糙化。然而，由于固体润滑涂层和基体之间存在清晰的接触面，提高固体润滑涂层的粘结性存在局限性，所述固体润滑涂层的粘结性依赖于其基体表面不规则的固定作用。特别地，在200℃或200℃以上的高温，由于固体润滑涂层的树脂和基体钢的热膨胀程度不同，固体涂层和基体钢的接触面很容易发生脱落现象，这会导致抗磨损性降低。本专利技术中，由多孔金属形成底涂层，使固体润滑涂层能渗透到整个底涂层且消除了上述清晰接触面。多孔金属底涂层上形成固体润滑涂层保证了固体润滑涂层甚至在高温下良好的粘结性，并得到优良的抗磨损性。当液体润滑涂层形成代替固体润滑涂层时，同样可得到优良的抗磨损性。本专利技术是一种钢管用螺纹接头，包括销和孔，每个都具有接触面，所述接触面包括螺纹部分和非螺纹接触部分；其特征在于至少销和孔其中之一的接触面覆有金属底涂层，和形成于其上的润滑涂层，底涂层具有5-80％的空隙率和1-30微米的厚度，润滑涂层包括不含重金属粉的固体润滑涂层或液体润滑涂层，并且底涂层和润滑涂层的总厚度最大为100微米。底涂层优选地具有50-250Hv的硬度。附图说明图1是说明钢管输送时螺纹接头和钢管典型装配的视图；图2是说明钢管用螺纹接头的典型连结部分的视图；图3(a)和(b)是说明根据本专利技术的钢管用螺纹接头底涂层和润滑涂层的典型结构的解释视图，图3(a)说明由分散电镀涂层形成的底涂层的情况，图3(b)说明通过鼓风涂覆方法或火焰喷射方法形成底涂层的情况。具体实施例方式如图2所示，根据本专利技术的钢管用螺纹接头由销和孔形成，每个都具有螺纹部分和非螺纹部分。即，销1具有螺纹部分3A和非螺纹金属接触部分4A，而孔2具有螺纹部分3B和非螺纹金属接触部分4B。通常地，如图所示，销1设在钢管末端的外圆周表面上，且孔2设在连接的内圆周表面上。销和孔的螺纹部分及非螺纹金属接触部分是螺纹接头的接触面。要求这些接触面和特别是非螺纹金属接触面具有抗磨损性和气密性，所述接触面形成金属-金属间密封。根据本专利技术，多孔金属底涂层和其上的润滑涂层设在至少销和孔其中之一的接触面上，所述润滑涂层是固体润滑涂层或者是液体润滑涂层，液体润滑涂层实质上不含重金属粉。这样，螺纹接头的接触表面获得了所要求的性能，且不使用复合润滑脂，并且所述性能甚至在高温环境中也可有效地展示出。该效果可以通过用上述方法处理至少销和孔其中之一的接触面来实现。当处理仅一个元件的接触面时，处理形成在较短元件上的接触面时比较容易，即，连接(通常是孔的表面)，但对设置在钢管上的接触面进行处理也是可能的。当然，销和孔的接触面都可进行处理。根据本专利技术的螺纹接头中，润滑涂层的材料渗进多孔底涂层的孔内并将孔充满，所述材料是上层(为方便起见以下称为润滑剂)，润滑涂层有力地紧固到底涂层上。另一方面，底涂层是金属的，因此，与也是金属的钢基体有很强的粘结。这样，润滑涂层与钢基体的粘结得到大大增强，并且对磨损的产生起到好的防止作用。此外，既使润滑涂层由于磨损或毁坏遭到破坏，或者由于局部压力升高使其耗光，渗透到底涂层的润滑剂供给到底涂层的表面，因此，可以避免磨损的出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢管用螺纹接头，包括都具有接触面的销和孔，所述接触面包括螺纹部分和非螺纹部分；　　　　其特征在于，至少销和孔其中之一的接触面涂覆有金属底涂层和其上的润滑涂层，底涂层具有５－８０％的空隙率和１－３０微米的厚度，润滑涂层包括固体润滑涂层或液体润滑涂层，后者实质上不含有重金属粉，并且底涂层和润滑涂层的总厚度最多为１００微米。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安乐敏朗，后藤邦夫，松本圭司，永作重夫，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，法国瓦卢莱克曼内斯曼石油天然气公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]