管用螺纹接头制造技术

在管用螺纹接头的接触面上形成的固体润滑涂层具有含润滑油聚合物的基体。所述含润滑油聚合物具有均匀组成或梯度组成，梯度组成中所述润滑油的浓度朝向接触面减少，并且其中在所述接触面附近基本上不存在润滑油。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及管用螺纹接头以及其制造方法，所述管用螺纹接头具有具自我修复能力的固体润滑涂层，并适用于石油工业用管材(OCTG)彼此连接。根据本专利技术的管用螺纹接头显示改进的耐磨损性和操作性，并可在不涂布管用螺纹接头常规使用的液体油脂下用于管连接。因此，可避免由使用液体油脂引起的对全球环境和工作环境的有害影响。
技术介绍
石油工业用管材如用于油井和气井挖掘的配管(tubing)或套管(casing)具有约 10至20米的长度范围。在挖掘位置，用螺纹接头将石油工业用管材首尾相连直至连接长度足以接触油或气(典型地至少2，000米)。近年来，为了应对能源增长的需求，将开发更深的油井，如今具有8，000米至10，000米深度的油井也是很平常的。此外，通过流体如原油的配管被许多彼此具有不同直径的套管(casing pipes)包围。因此，油井挖掘期间彼此连接的石油工业用管材的量达到巨大的数量。从而，由于连接极大量石油工业用管材的螺纹接头经受由石油工业用管材和管接头(coupling)(如果使用管接头连接)的重量引起的轴向拉力、结合内外压力和地热，该螺纹接头暴露于非常严酷的使用环境下。因此，需要螺纹接头具有高性能，该高性能甚至在该严酷环境下也能够保持气密性而不受损。在下降配管或套管至油井内的过程中，由于各种问题，有时必须将以前已连接的螺纹接头提升出油井外，断开，重新连接，然后将其再下降至油井内。API (美国石油协会) 要求即使组装(连接)和拆开(断开)相对于配管用接头重复十次或相对于具有比配管更大直径并对磨损更灵敏的套管用接头重复三次，也不发生所谓的磨损(不可恢复的严重的磨损)。用于将石油工业用管材彼此连接的典型的管用螺纹接头具有销-套盒(pin-box) 结构。销是具有典型地形成于各石油工业用管材末端的外表面上的外螺纹的连接组件，而套盒是具有典型地形成于管接头(螺纹连接头)的内表面上的内螺纹的连接组件。在具有优良气密性的称作高级接头的螺纹接头中，无螺纹金属接触部形成于销的外螺纹顶端和盒套的内螺纹基部。无螺纹金属接触部可包括形成于销或套盒的圆柱表面上的金属密封部，和与螺纹接头的轴向几乎垂直的扭矩轴肩挡圈。当石油工业用管材通过此类高级接头彼此连接时，将构成销的石油工业用管材的一端插入构成套盒的管接头，紧固销的外螺纹和套盒的内螺纹直至将销和套盒的扭矩轴肩挡圈部以规定的干涉量彼此接触。结果，销和套盒的金属密封部以一定的干涉彼此建立紧密接触以形成由于直接的金属-金属接触导致的金属密封并实现气密性。以下将当连接螺纹接头时，彼此接触的销和套盒表面称作接触面。所述接触面包括销和套盒的螺纹部(分别具有外螺纹和内螺纹的部分)及其无螺纹金属接触部(即，销和套盒的金属密封部和扭矩轴肩挡圈)。在螺纹接头组装期间，将可超过构成螺纹接头的材料的屈服点的极高压施于金属密封部和扭矩轴肩挡圈，即，接头的无螺纹金属接触部。因此，在螺纹接头的无螺纹金属接触部特别易于发生磨损。为了改进耐磨损和气密性，通常将润滑剂，特别是称作复合油脂的粘性液体油脂(掺杂型)涂布于螺纹部和无螺纹金属接触部，即接头组装前螺纹接头的接触面。复合油脂也向接触面提供防腐性。为了改进复合油脂的保持性和因此实现的滑动性， 已知通过适当的表面处理(如磷酸盐化学转化处理或镀覆)来使螺纹接头的接触面粗化。复合油脂包含大量相对柔软的重金属例如锌、铅和铜的粉末从而实现期望的润滑和抗腐蚀性。然而，当在重新连接之前用复合油脂重新涂布接头时，在组装或洗脱期间已涂布于螺纹接头的接触面的油脂被挤压至接头的外面，并存在油脂排入土壤或海洋中的可能性，从而对环境特别是对海洋生物产生有害影响。此外，由于无论何时组装接头都会在现场对螺纹接头进行复合油脂的涂布，复合油脂的使用不仅使组装的工作效率劣化，还使特别是由铅导致对人有害影响的工作环境劣化。因此，需要开发能够在无复合油脂涂布下组装的螺纹接头。可在无复合油脂涂布下使用且具有形成于接触面的固体润滑涂层的螺纹接头在本领域是已知的。例如，JP 09-72467 Al (专利文献1)公开了一种具有其中分散有二硫化钼(MoS2)或二硫化钨(W&)的润滑树脂涂层的螺纹接头。此类具有固体润滑涂层的螺纹接头与复合油脂相比，大大降低对环境和人的有害影响。由于在固体润滑涂层形成后运送(Ship)螺纹接头，可消除现场组装操作前涂布润滑油脂，导致工作效率和工作环境的改进。然而，上述类型的固体润滑涂层具有不良的延性和流动性，且其容易脱落。因此， 在组装期间如果将过高的压力局部地施于螺纹接头的螺纹部或无螺纹金属接触部的部分以致引起局部塑性变形的程度时，则在螺纹接头这部分中的固体润滑涂层脱落以致暴露出裸露的金属表面。即使暴露的区域小，也可立即引起磨损。相反，当将液体润滑剂如包括室温下为液体和流体的复合油脂或润滑油的润滑油脂涂布于螺纹接头的接触面时，在组装期间施加的压力下，由于表面粗糙而导致的在外螺纹和内螺纹间的间隙中或凹部中保留的润滑剂可漏出，所以即使向螺纹接头的接触面的部分局部施加过度压力，润滑剂也可移至该部分，并因而防止磨损。该行为被称为液体润滑剂的自我修复能力。通常，液体润滑剂的流动性越高(或粘度越低)，其自我修复能力越高。 因此，只要考虑耐磨损性，具流动性的液体润滑涂层通常是有利的。然而，如果在运送时将液体润滑剂涂布于接触面如螺纹接头的螺纹部和无螺纹金属接触部，液体润滑剂使涂布的表面胶粘(stikcky)，而异物如尘、沙或碎片容易粘合至接触面。特别地，当在现场组装期间石油工业用管材直立时，锈片和喷砂粒(blasted grain) 会沿着管材壁下落。如果接触面是胶粘的，大量此类异物会粘合至表面。结果，即使涂布了期望显示自我修复能力的润滑油脂，当重复组装和拆开时，其润滑性也显著劣化，并可容易发生磨损。即，从异物粘付的观点看，具有干燥表面的固体润滑涂层是有利的。US 2004/0239105 Al (专利文献1)公开一种具有涂布有下部液体油脂层和上部固体润滑层的接触面的螺纹接头。用该螺纹接头，上述固体润滑涂层和液体油脂的问题均得到缓解，从而同时实现这两种润滑涂层的优势。然而，由于存在作为基层的液体油脂，表面粘性的降低量不充分。此外，由于层状涂层非常柔软的特性，如果涂层受物体冲击，其容易变形或移除并粘合至物体，因而降低涂布的效果。JP 11-63132 Al (专利文献2)和JP 11-223260 Al (专利文献3)公开了将一种由含润滑油聚合物(也称为油浸渍聚合物)组成的构件设置于需润滑的滚珠丝杠或轴承附近从而润滑油通过从该构件渗出而连续不断地供给。含润滑油聚合物是由互溶从而形成单一相的润滑油和热塑性有机聚合物组成的固体材料。特别是聚烯烃树脂可包含大量润滑油。特别地，尤其聚乙烯和矿物油的组合可包含多达70%的润滑油(矿物油)。聚合物中包含或浸渍的润滑油在例如压力、温度升高等因素作用下可通过从内侧朝向表面移动以漏出来发挥其润滑作用。此类含润滑油聚合物可通过以下来制造加热以熔融起始物质(有机聚合物和润滑油)的混合物，在模具中铸造所得熔体，然后在压力下在模具中冷却混合物直至熔体固化。专利文献1 =US 2004/0239105 Al专利文献2 JP 11-63132 A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：仓西崇夫，后藤邦夫，松本圭司，
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：