用于钢管的螺纹接头的表面处理方法技术

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，能防止重复紧固和松开操作造成的磨损，其中在栓杆和盒套中的至少一个的接触表面上形成由包括润滑剂粉末如二硫化钼和树脂粘结剂的固体润滑剂膜层，用下述方法将膜层干燥：在７０℃－１５０℃范围内的第一步加热和从高于１５０℃至３８０℃范围内的第二步加热，如此得到膜层具有以洛氏硬度Ｍ标度表示的７０－１４０的硬度和用ＳＡＩＣＡＳ法（表面和界面切削分析系统）测定的５００Ｎ／ｍ或更高的粘附强度，即使在高温井环境中也有优异的抗磨损性和气密性，当膜层中含有紫外线屏蔽颗粒如氧化钛时，能提高螺纹接头的防锈性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【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用于钢管的螺纹接头，该接头用于将油井管相互连接。更具体地说，本专利技术涉及一种具有固体润滑剂涂层的用于钢管的螺纹接头，该接头具有优异的抗磨损性(galling resistance)、气密性和防锈性，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涂覆化合物脂，本专利技术还涉及能够形成固体润滑剂涂层的表面处理方法。
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钢管和连接器的质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分，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，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外的该脂时，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。在这些日本公开专利中，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的表面粗糙度。JP08-103724A公开了通过在150-300℃的温度下将涂层加热20-30分钟将其焙烧而形成的固体润滑剂涂层。使用其中栓杆和盒套的接触表面有通过为其提供润滑性的表面处理而形成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几次后就会发生称为磨损的咬合裂纹。因此，传统的固体润滑剂涂层的抗磨损性效果不足够高。螺纹接头的抗磨损性和气密性下降非常大，特别是当螺纹接头从其运送出厂(即，从形成固体润滑剂涂层)到在装配点实际应用的储存期间很长的情况下(有时长至1年或2年)。另外，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，当紧固的接头在约350℃的温度下进行加热试验，然后进行松开和再紧固时，要求螺纹接头必须确保抗磨损性和气密性。使用上述传统的固体润滑剂涂层难以保证耐热螺纹接头所需要的这些性能。本专利技术的一个目的是提供一种对用于钢管的螺纹接头进行表面处理的方法，该方法能够形成具有优异的抗磨损性的固体润滑剂涂层，即使对用于钢管的耐热螺纹接头进行重复紧固和松开时，也能够有效抑制磨损的发生。本专利技术的另一个目的是提供一种用于钢管的螺纹接头，当该螺纹接头从形成固体润滑剂涂层至现场使用的长期储存时，在不使用化合物脂的情况下能够减缓抗磨损性的下降。
技术实现思路
一方面，本专利技术是用于钢管的螺纹接头的表面处理方法，螺纹接头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，其特征在于该方法包括下述步骤将溶剂中含有树脂粘结剂和润滑剂粉末的涂覆液涂布在栓杆和盒套中的至少一个的接触表面上，和用多步加热法将涂层干燥，从而在接触表面上形成固体润滑剂涂层，多步加热法至少包括在70℃-150℃的温度范围内的第一步加热和从高于150℃至380℃的温度范围内的第二步加热。在涂布步骤之前，该方法还可以包括将待涂布的接触表面加热至50℃-200℃的步骤。用本专利技术的方法形成的固体润滑剂涂层可具有以洛氏硬度M标度(Rockwell M scale)表示的70-140的硬度和用SAICAS法(表面和界面切削分析系统)测定的至少500N/m的粘附强度。业已发现在用于钢管的螺纹接头的接触表面上形成的传统固体润滑剂涂层的抗磨损性不足够高的原因是涂层的硬度不够，这是因为涂层没有充分干燥造成的。用于螺纹接头的固体润滑剂涂层一般是用下述方法形成的将挥发性溶剂中含有树脂和润滑剂粉末(如二硫化钼粉末)的涂覆液涂布在螺纹接头的接触表面上，然后通过加热将涂层干燥(或焙烧)。在现有技术中使用的150℃-300℃的温度下加热干燥涂层的情况下，即使加热进行很长时间，也不可能将溶剂完全蒸发，干燥的涂层中仍有少量溶剂和水分，这将导致内部缺陷，从而有碍涂层具有足够高的硬度和抗磨损性。当重复紧固和松开时，这样的固体润滑剂涂层被磨蚀，最终将完全磨坏，从而产生金属与金属的接触，造成磨损。根据上述本专利技术的方法，通过包括较低温度下的第一步加热和较高温度下的第二步加热的至少两步干燥可以使干燥很彻底，从而形成与在现有技术中使用的固定温度下加热干燥情况下得到的固体润滑剂涂层相比硬度更高的固体润滑剂涂层，能够改善抗磨损性、耐磨性、粘结性和防锈性，甚至在高温油井中也能适应。本专利技术还涉及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形成在其上的固体润滑剂涂层，固体润滑剂涂层包括选自二硫化钼和/或二硫化钨的润滑剂粉末和树脂，该涂层具有以洛氏硬度M标度表示的70-140的硬度和用SAICAS法测定的至少500N/m的粘附强度。另一方面，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形成在其上的固体润滑剂涂层，该涂层包括润滑剂粉末、防紫外线微粒和树脂粘结剂。当接头长期储存时，其接触表面上有包括树脂和润滑剂粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢管的螺纹接头的表面处理方法，螺纹接头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，其特征在于该方法包括下述步骤：　　　　将溶剂中含有树脂和润滑剂粉末的涂覆液涂布在栓杆和盒套中的至少一个的接触表面上，和　　　　用多步加热法将涂层干燥，从而在接触表面上形成固体润滑剂涂层，多步加热法至少包括在７０℃－１５０℃的温度范围内的第一步加热和从高于１５０℃至３８０℃的温度范围内的第二步加热。

【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：后藤邦夫，
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]