具有改良的耐磨损和防锈性的钢管丝扣接头制造技术

一种含能够相互配合的销和盒的钢管丝扣接头，其中销和盒中至少一个的螺纹部分和无螺纹的金属接触部分用喷镀法涂有多孔锌或锌合金底层，和固体润滑膜（膜含在有机或无机粘合剂中的润滑粉末），或者是不含重金属粉的液体润滑膜（例如主要以高碱性有机酸金属盐，例如高碱性磺酸盐为基础的液体膜）。这种丝扣接头即使暴露在高温下也表现出改善的耐卡住、防腐蚀和气密性，并且可以在不使用含重金属粉的复合润滑脂的情况下，在高温油井中进行重复多次扣紧和松开操作。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种钢管、特别是油井管的丝扣接头，这种丝扣接头具有改良的耐磨损、防生锈和气密性，可用于不使用含重金属粉末的液体润滑脂，例如复合脂的情况下。
技术介绍
油井钻井所用的油井管，例如管道和套管一般是通过丝扣接头相互连接的。过去，油井的深度一般为2000～3000米，但是最近海上油井和其他深井的油井深度可以达到8,000～10,000米。油井管的丝扣接头在使用环境中受到多种力，包括诸如由油井管和丝扣接头重量产生的轴向张力之类的负荷，内压和外压的合并，以及随着深度加大而增加的地热。因此，丝扣接头必须在这种环境中能够保持气密性而不破裂。在管道或套管向井中下降的过程中，经常需要将已经扣紧进行连接的接头松开，然后再扣紧。API(美国石油组织)要求即使重复扣紧(接通)和松开(打开)操作10次(对油管连接而言)和3次(对套管连接而言)，也不出现磨损(粘扣)一不可恢复的卡住，并保持气密性。油井管一般是采用销-盒结构的丝扣接头连接的，其中金属和金属接触部分形成一个良好的密封。在这种丝扣接头中，一般在油井管的每一端的外表面上形成销，销具有外部的螺纹部分和没有螺纹的金属接触部分。这种金属接触部分在下文中称作“无螺纹的金属接触部分”。配套的盒形成于分离的套状接合元件的内表面，具有内部的螺纹部分和无螺纹的金属接触部分，以和相应的销的螺纹和无螺纹部分配合。当把销拧入盒中固定时，销和盒的无螺纹金属接触部分相互紧密接触，形成一个金属密封。为了保证丝扣接头的金属密封在油井管环境中具有足够的密封性，必须在固定过程中向无螺纹的金属接触部分施加非常高的表面压力，该压力可能超过丝扣接头材料的屈服点。这种高压使得磨损容易发生。因此，在固定之前，在金属接触部分和螺纹上使用称作复合润滑脂的润滑脂，该润滑脂是粘性的、可流动的液体，以增加耐磨损和气密性。因为复合润滑脂具有良好的防锈性，经常在运送接头之前在丝扣接头上涂上复合润滑脂，以防止接头在用于油井之前生锈。已经有人建议在现有技术条件下，对丝扣接头进行表面处理，来改善复合润滑脂的保持力并减少摩擦。例如，日本未审查的专利出版物No.61-79797(1986)公开了一种具有镀Zn或Sn螺纹部分和镀金或铂金属密封(无螺纹的金属接触部分)的丝扣接头。日本已审查的专利出版物No.3-78517(1991)公开了一种含合成树脂涂层的管接头，涂层中分散有20～90％的颗粒直径小于等于10微米的二硫化钼。日本未审查的专利出版物No.8-103724(1996)公开了一种钢管接头的表面处理方法，该方法包括形成底层的磷酸锰化学转化涂层和上层的含二硫化钼的树脂涂层。日本未审查的专利出版物No.8-105582(1996)公开了一种管接头的表面处理方法，该方法包括形成氮化物第一层，镀铁或铁合金的第二层，和第三层，最上层的含二硫化钼的树脂涂层。日本未审查的专利出版物No.62-258283(1987)公开了一种油井管接头，这种接头至少在其金属密封部分的表面上镀有多孔的锌或锌合金镀层，镀层是通过喷镀法形成的，喷镀法是用具有铁或铁合金核、表面涂有锌或锌合金层的颗粒进行喷砂而进行的。其中描述到镀层不会因为氢脆化而发生延迟断裂，并由于其多孔性而对润滑剂具有良好的保持力，从而即使是对高强度、高合金钢的油井管也可以获得气密性和耐磨损性优点。因此，考虑在喷镀形成镀层时采用复合润滑脂作为润滑剂。上述专利出版物中公开的所有丝扣接头都被假设为使用复合润滑脂来保证有足够的抗磨损性。但是，使用复合润滑脂涉及下面将要描述的环境和高温下气密性问题。复合润滑脂含大量重金属，例如铅、锌或铜粉末。由于用于丝扣接头的复合润滑脂有一部分被洗掉或在扣紧时流出而排放到周围环境中，使用复合润滑脂增加了造成环境污染的担心。此外，使用复合润滑脂也使工作环境变差。最近，高温油井，其温度随着深度的增加高达约250～300℃，以及注入蒸汽的油井，向油井中注入接近临界温度(例如，约350℃)的高温蒸汽以提高油的开采率，这样的油井逐渐增多。这就要求在这种高温环境中使用的油井丝扣接头具有良好的耐热性，如在测试中将扣紧的接头在超过350℃的温度下保持一段时间，然后进行松开和再扣紧操作时(依然)保持气密性所证实的那样。使用复合润滑脂时，在这样的高温下，由于润滑脂的一种或多种成分的蒸发而可能降低润滑性，从而导致在测试中将松开的接头重新扣紧时无法获得所需的气密性。为了避免使用复合润滑脂，已经有人提出了含固体润滑涂料的丝扣接头。例如，日本未审查专利出版物Nos.8-233163(1996)、8-233164(1996)和9-72467(1997)中公开了一种含固体润滑涂料的丝扣接头，涂料中包含诸如环氧树脂的树脂，树脂中分散有二硫化钼作为固体润滑剂。但是，在从运输丝扣接头乃至在油井中使用的野外条件下，这种固体润滑涂料在防止丝扣接头生锈方面次于复合润滑脂。因此，丝扣接头易于生锈而在固体润滑涂料中形成气泡或造成剥离，反过来使接头固定不稳定，导致出现磨损或气密性的降低。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有改良的耐磨损、气密性和防锈性的钢管丝扣接头，这种丝扣接头可以在不使用含重金属粉的液体润滑脂，例如复合润滑脂的情况下，在重复进行扣紧和松开后，依然保证其金属密封部分的气密性。本专利技术的另一个目的是提供一种具有改良的耐磨损、气密性和防锈性的钢管丝扣接头，即使将这种丝扣接头用于放置在高温环境，例如在深的高温油井或注汽油井中所遇到的高温环境下的固定油井管，以及/或者即使这种丝扣接头是由包括从碳钢到高合金钢的任何种类的钢材制成的，该丝扣接头在重复进行扣紧和松开后，依然可以保证其金属密封部分的气密性。本专利技术者发现通过如下方法可以达到这些目的在丝扣接头的螺纹部分和无螺纹金属接触部分表面上，采用诸如喷镀的冲击镀法形成多孔锌或锌合金涂料下层或底层，以及上面的固体润滑涂层或不含重金属粉的液体润滑涂层。尽管不愿拘泥于任何理论，据认为本专利技术的机理如下。采用日本已审查的专利出版物No.59-9312(1984)中公开的、含铁-基核、核表面涂有锌或锌合金的颗粒，以这种颗粒作为喷射材料，可以在钢管丝扣接头的表面上形成锌或锌合金的喷镀镀层，无论用于接头的钢材是碳钢还是含超过13重量％Cr的高合金钢。与电镀涂层不同，所得的喷镀涂层是多孔的。因此，当其上形成固体或液体润滑涂层时，下面的喷镀涂层可以改善固体润滑涂层的附着力或者液体润滑涂层的保留性。结果是可以使润滑涂层达到最佳性能，从而获得改善的耐磨损和气密性，而不必使用复合润滑脂。底层中存在的锌是贱金属，先于组成丝扣接头基础的铁离子化，从而表现出牺牲性保护作用，防止接头的腐蚀。但是，由于底层的多孔涂料包含大量气泡，其表面积巨大，如果不再对底层进行处理，该层的牺牲性保护作用趋向于很快消失。形成覆盖润滑涂层起到密封底层孔的作用，使底层得到持续保护，实现改良的防锈性。特别是当覆盖涂层是固体润滑涂层时，可以在耐磨损、防锈性和气密性方面得到更大的改善，从而可以提供一种即使在高温环境中也具有改良性能的丝扣接头。因此，为了改善耐磨损、防锈性和气密性，在多孔锌或锌合金底层上形成液体或优选固体润滑涂层是很重要的。本专利技术是一种含能够相互配合的销和盒(结构)的钢管丝扣接头，销具有外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含能够相互配合的销和盒的钢管丝扣接头，销具有外螺纹部分和无螺纹金属接触部分作为配合表面，而盒具有内螺纹部分和无螺纹接触部分作为配合表面，　　　　这种丝扣接头的特征在于销和盒中至少一个的配合表面上涂有多孔锌或锌合金底层和润滑涂料上层，润滑涂料选自固体润滑涂料和不含重金属粉的液体涂料。

【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，安乐敏朗，
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]