适用于润滑螺纹接头的润滑涂层组合物制造技术

其中至少一种选自碱式磺酸盐、碱式水杨酸盐和碱式石炭酸盐的碱式润滑剂溶解在挥发性有机溶剂中的润滑涂层组合物涂覆在构成用于油井管的螺纹接头的盒套和栓杆的摩擦表面上。该组合物还可以含有一种或多种热塑性树脂、其它润滑剂和极压剂。摩擦表面的表面粗糙度Ｒｍａｘ优选是５－４０微米。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于润滑用于金属管特别是油井管的螺纹接头的润滑涂层组合物，本专利技术还涉及用该组合物润滑螺纹接头的方法。本专利技术的润滑涂层组合物可赋予用于油井管的螺纹接头以充分的润滑性和防锈性，并且不需要涂覆润滑脂。
技术介绍
钻探原油和瓦斯油的油井中使用的油井管如配管和套管一般用螺纹接头相互连接。过去的油井深度一般为2000-3000米，而近来的海上油田及其它深井的油井深度可达8000-10000米。用于油井管的螺纹接头在其使用环境中要承受各种压力，包括油井管和螺纹接头的重量、内压和外压相结合的压力及低热所造成的荷重如轴向张力。因此，接头在如此严酷的环境中必须能够保持气密性，不能产生破损。在将配管或套管下降到油井的过程中，往往需要松开或拆卸为连接而一度紧固的接头，然后再将其紧固。API(美国石油协会)的要求是，不能发生属于不可恢复的咬合性质的磨损，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。具有优异密封性能的一类用于油井管的螺纹接头具有形成密封的金属与金属接触部位的栓杆-盒套结构。在该螺纹接头中，栓杆一般形成在油井管每一个端部的外表面上。栓杆具有外螺纹部位和没有螺纹的金属接触部位。后一部位在后面称之为“无螺纹金属接触部位”，其位于管端部螺纹部位的前端。盒套形成在单独的袖状连接部件的内表面上，其具有分别与相应的栓杆的螺纹和无螺纹部位接触或配合的内螺纹部位和位于该螺纹部位后端上的无螺纹金属接触部位。当栓杆旋入盒套用于紧固时，栓杆和盒套的无螺纹金属接触部位相互紧密接触，形成金属密封。作为一个原则，栓杆可形成在油井管的一端上，而盒套可形成在油井管的相对端上，这样可以不使用单独的连接部件而使两个油井管相互依序连接在一起。还可以在油井管的两端的内表面上形成内螺纹以定义盒套，在连接部件的每一端上形成外螺纹以定义栓杆。为了用上述螺纹接头的金属密封保证其在油井管环境中充分的密封性能，在紧固过程中必须在无螺纹金属接触部位施加极高的表面压力。如此高的压力易于使其磨损。因此，在紧固前，为了提高抗磨损性能和形成气密性改善的密封，在金属接触部位和螺纹上涂覆称为化合物脂的润滑脂。但是，化合物脂含有大量重金属如Pb、Zn或Cu的粉末，当洗去涂覆的脂时，有可能造成环境污染。另外，使用化合物脂将恶化工作环境，降低工作效率。因此，目前需要不必涂覆润滑脂如化合物脂的螺纹接头。至于不使用润滑脂的螺纹接头，日本公开未审专利申请8-233164(1996)和9-72467(1997)公开了在盒套或栓杆的金属接触部位上形成有固体润滑剂树脂涂层的栓杆-盒套型螺纹接头。该涂层基于固体润滑剂，其包括大量分散在树脂如环氧树脂中的固体润滑剂如二硫化钼。日本公开未审专利申请11-132370(1999)公开了锥度比得以优化的具有这种固体润滑剂树脂涂层的螺纹接头。但是，沿螺纹接头的螺纹和无螺纹金属接触部位的形状难以形成厚度均匀的固体润滑剂树脂涂层。如果不能形成具有上述均匀厚度的涂层，在涂层太厚的那些区域中，在紧固螺纹接头的过程中施加在其上的表面压力太大，将导致紧固所需的扭矩(装配扭矩)增加，也可能导致螺纹的形状变形，从而易于发生磨损。另一方面，在涂层太薄的区域中，润滑性差，并且易于生锈。在油井中，通常在使要连接的油井管直立，而油井管一端的栓杆朝地的状态下将多个油井管相互连接。在紧固时，通常会发生下述形式的位错管的纵轴，即旋转栓杆时的旋转轴水平偏离其中插入栓杆的盒套轴的位置，或者从直立位置偏向一侧。另外，当油井管直立时，从内表面剥落的锈或鳞片或者为除去锈或鳞片而加入的爆破颗粒会经由管腔下落，粘附或沉积在接头上。因此，紧固可能是在螺纹部位或无螺纹金属接触部位上粘附有锈或鳞片或爆破颗粒的条件下进行的。在涉及上述位错和/或沉积外来物质的问题(这些问题在油井中紧固管的过程中经常发生)的条件下，即使能够形成具有上述恒定厚度的固体润滑剂树脂涂层，也易于发生磨损。这是因为固体润滑剂树脂涂层具有差的延伸性和流动性，并且易于剥落。在上述条件下，在螺纹部位和无螺纹金属接触部位中的一些区域上可能施加局部过大的压力，从而造成过大压力区域中固体润滑剂树脂涂层剥落。因此，裸露的金属表面可能暴露在接头的一些区域中，导致磨损的发生。另一方面，当本身流动性良好的脂性或油性润滑剂涂覆在螺纹接头上时，在紧固接头时，压力作用于螺纹之间的缝隙或表面凹下部位中限定的润滑剂上，造成受压的润滑剂渗入周围区域，结果使金属接触部位成功地得以润滑。这种效果对于本身延伸性和流动性差的固体润滑剂树脂涂层来说是不可预料的。润滑脂通常要洗去，在每一次紧固操作前要再次涂覆。相反，固体润滑剂树脂涂层在开始紧固操作前形成，并且应当一直保持到最后一次紧固操作，所以它具有如下所述的防锈性问题。附图说明图1是示意图，图示的油井管1具有两端都有外螺纹部位3的栓杆，图示的螺纹连接部件2具有两端都有内螺纹部位4的盒套。油井管1通常在图1所示的状态下装运，即，连接部件2事先连接在油井管1的一端上。因此，在将螺纹连接部件2连接在油井管1的一端上(装运前进行)之前必须形成上述固体润滑剂树脂涂层。得到的油井管/连接部件组件在各自没有连接配合盒套(box)或栓杆的一端有栓杆或盒套，在装运或储存过程中这样的栓杆或盒套常常暴露在雨水中。固体润滑剂树脂涂层没有足够高的防锈性以在如此条件下完全保护栓杆和盒套，这样易于生锈。如果部分为防锈目的而在装运前涂覆化合物脂，则能够更有效地防锈。由于铁锈差的润滑性，并且由于伴随铁锈生成所产生的固体润滑剂树脂涂层的膨胀或剥落，紧固生锈接头需要的装配扭矩变得更不稳定，从而更易于发生磨损，并且使气密性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于特别是在用于油井管的螺纹接头上形成润滑涂层的组合物，使用该组合物至少可部分缓解或消除现有技术中的上述问题。本专利技术的另一个目的是提供一种在不使用化合物脂的条件下能够防止或减少铁锈形成的润滑涂层组合物，从而改善装配扭矩的稳定性。本专利技术的另一个目的是提供一种即使在诸如存在有管的位错或接头上粘附有锈或鳞片或喷沙颗粒(blasting particles)(这些情况在实际紧固工序中经常发生)的条件下紧固螺纹接头也能使用于油井管的螺纹接头具有优异的抗磨损性能并且能够形成良好气密性密封的润滑涂层组合物。本专利技术的专利技术人通过用图2所示的旋转摩擦试验机测量直至磨损时的载荷能力来研究半固体或粘性流体(下面将其一起称为半干材料)涂层的抗磨损性能。他们还用JIS Z2371中规定的盐水喷洒实验研究涂层的防锈性能。结果他们有下述发现(1) 旋转摩擦试验机测量的直至发生磨损时的载荷能力与用实际管进行的重复装配和拆开实验中磨损发生的容易程度有很好的关联。(2) 碱式磺酸盐、碱式水杨酸盐和碱式石炭酸盐在室温下都是脂状半固体或粘性润滑剂。它们在水静压下具有流动性，即使是较薄涂层也具有优异的抗磨损性。(3) 当这些润滑剂中的任何一种至少部分溶解在溶剂中并且将得到的溶液涂覆在螺纹接头上形成薄涂层时，润滑剂的粘附性降低，从而降低外来物质在涂层上的粘附性，改善抗磨损性。(4) 在润滑剂中加入热塑性树脂可进一步降低润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种润滑涂层组合物，其包括挥发性有机溶剂和至少部分溶解在该溶剂中的至少一种选自碱式磺酸盐、碱式水杨酸盐和碱式石炭酸盐的碱式润滑剂。

【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，永作重夫，山本秀男，
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]