帶有干保護(hù)涂層的管式螺紋元件的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是基于申請日為2006年10月4日、申請?zhí)枮?00680037855. 5、發(fā)明名稱為 "帶有干保護(hù)涂層的管式螺紋元件"的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及用于螺紋管式連接件的螺紋元件。
【背景技術(shù)】
[0003] 在姪井中所用管式部件（管或接輸（coupling))的末端制成的螺紋元件必須首先 受保護(hù)W防止在井場在運(yùn)輸和儲存過程中的腐蝕，為此，它們傳統(tǒng)上在離開生產(chǎn)車間時(shí)用 保護(hù)性油脂或油進(jìn)行涂布。
[0004] 在井中，它們可能不得不經(jīng)過數(shù)個(gè)上扣-卸扣（makeup-breakout)循環(huán)。上扣操 作在高軸向載荷下，例如在要通過螺紋連接件垂直裝配的數(shù)米長（通常10至13米長）的 管的重量下垂直進(jìn)行，該存在粘扣（galling)的危險(xiǎn)，特別是在螺紋處。此外，由于要裝配 的管垂直懸置，所述載荷也可能由于要裝配的螺紋元件軸的輕微錯(cuò)位而限于局部，該提高 了粘扣的危險(xiǎn)。因此，圖1顯示了在錯(cuò)位下經(jīng)由兩個(gè)10至13米長的管1和2的螺紋連接 件進(jìn)行的現(xiàn)場裝配，動(dòng)力錯(cuò)3用于將管1的陽螺紋部分4上扣到管2的陰螺紋部分5中。
[0005] 為了保護(hù)敏感部件如螺紋W防在上扣-卸扣操作過程中的粘扣，螺紋傳統(tǒng)上要除 去保護(hù)性油脂，并用專用的上扣油脂進(jìn)行涂覆，該上扣油脂例如是符合API Bui 5A2或5A3 規(guī)格的油脂。除了必須現(xiàn)場提供第二次涂布的缺點(diǎn)之外，含有重金屬和/或有毒金屬如鉛 的該類油脂的使用也造成井和環(huán)境的污染，因?yàn)檫^量油脂在上扣過程中從螺紋中被擠出。
[0006] 美國US 6 933 264提出了用單涂布代替雙涂布，該是使用潤滑劑的薄層在螺紋 元件生產(chǎn)車間進(jìn)行的，該潤滑劑具有蠟質(zhì)稠度（被稱作半干的），包含至少一種具有化學(xué)作 用的極壓添加劑。但是，所述半干涂層具有要求機(jī)械保護(hù)W防止在運(yùn)輸和儲存過程中被粉 塵或砂粒污染的缺點(diǎn)。
[0007] US 4 414 247、US 4 630 849、US 6 027 145、US-B2-6 679 526、 US-2004/0166341 A1和國際專利申請W0-2004/033951提出用在螺紋元件生產(chǎn)車間施加的 各種保護(hù)性固體涂層代替油脂，該保護(hù)性固體涂層包含附著到底材上的固體基質(zhì)，在該基 質(zhì)中分散著固體潤滑粒子；二硫化鋼MoS,是其中最特別列舉的化合物。
[000引該類涂層盡管優(yōu)于油脂，但仍然不能完全令人滿意。特別地，在井場條件下，該涂 層常常剝落和/或粒子從其摩擦表面上被磨除并分散到環(huán)境中，該類事件要求將管式部件 送回到車間。
[0009] 此外，該類涂層通常要求通過在爐中加熱至大約200°C數(shù)十分鐘甚至超過1小時(shí) 來進(jìn)行硬化，該顯著提高了涂層生產(chǎn)周期的復(fù)雜性，該無法與螺紋的機(jī)械加工相關(guān)聯(lián)。
[0010] 此外，它們通常不保護(hù)或者沒有充分保護(hù)螺紋元件W防止腐蝕，因此US-B2-6 679 526和W0-2004/033951提出施加單獨(dú)的腐蝕抑制材料層（在第一個(gè)文獻(xiàn)中為駿酸的金屬 鹽，在第二個(gè)文獻(xiàn)中為含鋒粒子的環(huán)氧樹脂）。
[0011] 該類雙層涂層需要更為復(fù)雜的生產(chǎn)周期并且仍然沒有克服粒子磨除的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于；至少從現(xiàn)場條件下的摩擦學(xué)角度來看和在施加涂層的生產(chǎn)率 方面，W及任選地從腐蝕角度來看，克服已知油脂和干或半干涂層的缺點(diǎn)。
[0013] 術(shù)語"在現(xiàn)場條件下的上扣"是指在垂直位置的上扣，其中（i)第一螺紋元件固定 在垂直位置，和（ii)置于可W為13米長的管的底端或者與該底端結(jié)為一體的、要上扣到第 一螺紋元件內(nèi)的第二螺紋元件用起重裝置保持基本垂直在第一螺紋元件的上方，該第二螺 紋元件隨后使用合適的裝置（例如動(dòng)力錯(cuò)）上扣到第一元件內(nèi)。類似地，術(shù)語"在現(xiàn)場條件 下的卸扣"是指卸扣垂直放置的第一和第二螺紋元件并由此支撐管的重量并且可能產(chǎn)生錯(cuò) 位，要卸扣的管懸置于起重裝置上。
[0014] 特別地，本發(fā)明提供了用于螺紋管式連接件的防粘扣螺紋元件，其包括涂有不觸 粘（sticky to the touch)并附著到底材上的固體薄涂層的螺紋，該涂層包含固體基質(zhì)，其 中懸浮著固體潤滑劑的粒子。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，該固體基質(zhì)是潤滑的并表現(xiàn)出塑性或粘塑性類型的流變性能，并且 固體潤滑劑的所述粒子包含選自如下文定義的第1、2、3和4類中的至少兩類的潤滑劑的粒 子。
[0016] 下面列出本發(fā)明的任選特征，它們可W是補(bǔ)充性或替代性的：
[0017] ?所述基質(zhì)具有80°C至320°C的烙點(diǎn)；
[0018] ?所述基質(zhì)包含至少一種熱塑性聚合物；
[0019] ?所述熱塑性聚合物是聚己締；
[0020] ?所述基質(zhì)包含至少一種金屬皂；
[0021] ?該皂適合有助于捕獲摩擦產(chǎn)生的涂層碎屑；
[0022] ?該皂是硬脂酸鋒；
[0023] ?所述基質(zhì)包含植物、動(dòng)物、礦物或合成來源的至少一種蠟；
[0024] ?該蠟適合有助于捕獲通過摩擦產(chǎn)生的來自涂層的碎屑；
[0025] ?該蠟是己西棟桐蠟；
[0026] ?所述基質(zhì)包含至少一種腐蝕抑制劑；
[0027] ?腐蝕抑制劑是橫酸巧衍生物；
[002引?選擇該皂W改進(jìn)在ISO 9227標(biāo)準(zhǔn)鹽霧腐蝕試驗(yàn)下出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間；
[0029] ?所述基質(zhì)包含至少一種在100°C下的運(yùn)動(dòng)粘度為至少850mmVs的液體聚合物；
[0030] ?所述液體聚合物不溶于水；
[0031] ?所述液體聚合物選自聚甲基丙締酸燒基醋、聚了締、聚異了締和聚二燒基娃氧 燒；
[0032] ?所述基質(zhì)包含至少一種表面活性劑；
[0033] ?所述基質(zhì)包含至少一種著色劑；
[0034] ?所述基質(zhì)包含至少一種抗氧化劑；
[0035] ?固體潤滑劑粒子包含至少一種來自第2類的固體潤滑劑和至少一種來自第4類 的固體潤滑劑的粒子；
[0036] ?固體潤滑劑粒子包含至少一種來自第1類的固體潤滑劑、至少一種來自第2類的 固體潤滑劑和至少一種來自第4類的固體潤滑劑的粒子；
[0037] ?固體潤滑劑粒子不含石墨粒子；
[003引?固體潤滑劑粒子包含至少氮化棚粒子作為來自第1類的固體潤滑劑；
[0039] ?固體潤滑劑粒子不含二硫化鋼粒子；
[0040] ?固體潤滑劑粒子包含至少一種選自氣化石墨、錫的硫化物和餓的硫化物的來自 第2類的固體潤滑劑的粒子；
[0041] ?固體潤滑劑粒子包含至少聚四氣己締粒子作為來自第4類的固體潤滑劑；
[0042] ?所述涂層包含至少一種具有球形幾何尺寸的富勒締的分子；
[0043] ?該基質(zhì)的重量組成如下：
[0044] 聚乙締均聚物 15%至90% 色西掠棚蠟 5%至30% 硬脂酸辭 5%至30% 碳酸釣衍生物 0至50% 聚甲基巧婦酸燒基醋 0至15% 著色劑 0至1% 抗氧化劑 0至1%
[0045] ?該基質(zhì)的重量組成如下：
[0046] 聚乙婦均聚物 15%至90%
[0047] 色西掠棚蠟 5%至30% 硬脂酸辭 5%至30% 碳酸轉(zhuǎn)衍生物 0至50% 聚甲基丙婦酸燒基醋 0至15% 聚二甲基珪氧燒 0至2% 著色劑 0至1% 抗氧化劑 0至1%
[0048] ?固體潤滑劑的重量組成如下：
[0049] 氣化石墨 20 %至99%
[0化0] 氮化棚 0%至30%
[0051] 聚四氣己締1%至80%
[0052] ?固體潤滑劑的重量組成如下：
[0化3] 錫的硫化物20 %至99 %
[0化4] 氮化棚 0%至30%
[0055] 聚四氣己締1%至80%
[0056] ?固體潤滑劑的重量組成如下：
[0化7] 餓的硫化物20 %至99 %
[0化引 氮化棚 0%至30%
[0059] 聚四氣己締1%至80%
[0060] ?涂層的重量組成如下：
[0061] 基質(zhì) 70 % 至 95%
[0062] 固體潤滑劑5 %至30%
[0063] ?涂層厚度為10微米至50微米；
[0064] ?該涂層也施加到密封表面上，該密封表面適合與第二螺紋元件的相應(yīng)表面在該 兩個(gè)螺紋元件通過上扣連接后進(jìn)行密封干設(shè)接觸。
[00化]本發(fā)明還設(shè)及包括陽螺紋元件和陰螺紋元件的螺紋管式連接件，其中所述螺紋元 件的至少之一如上定義，還設(shè)及用于精制（finishing)螺紋管式元件的方法，其中在要涂 布的表面經(jīng)過適合改進(jìn)涂層粘附性的表面處理之后，如上定義的固體防粘扣涂層的薄層被 施加到至少螺紋表面上。
[0066] 本發(fā)明的方法可W包括下列特征中的至少一些：
[0067] ?將涂層的成分加熱至高于基質(zhì)烙點(diǎn)的溫度，隨后通過噴涂包含烙融基質(zhì)的所述 成分來施加涂層；
[0068] ?通過將由涂層成分形成的粉末投射穿過火焰來施加涂層；
[0069] ?通過噴涂其中分散有涂層成分的水乳液來施加涂層；
[0070] ?將螺紋元件加熱至80°C或更高的溫度；
[0071] ?將螺紋元件保持在環(huán)境溫度下；
[0072] ?所述表面處理選自機(jī)械處理、化學(xué)處理和非反應(yīng)性沉積；
[0073] ?要涂布的表面是金屬表面，且所述表面處理是用于所述表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化的處 理；
[0074] ?所述化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是磯酸鹽化；
[0075] ?在所述表面處理后進(jìn)行用具有防腐蝕作用的納米材料（11)浸潰要涂布的表面 的凹凸或孔隙（12)的處理；
[0076] ?所述納米材料是氧化鋒粒子（11);
[0077] ?所述納米材料具有大約200納米的平均顆粒尺寸；
[007引 ?所述納米材料W水分散體形式施加。
【附圖說明】
[0079] 根據(jù)參照附圖作出的下列描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見。
[0080] 圖1顯示了準(zhǔn)備在姪井中通過它們的螺紋元件的上扣來裝配的兩個(gè)管的圖。
[0081] 圖2 W更大比例顯示了螺紋元件的一部分螺紋表面，其孔隙根據(jù)本發(fā)明的方法被 納米材料浸潰。
[0082] 圖3和4圖示了可用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置。
[0083] 圖5圖示了用于通過上扣-卸扣試驗(yàn)評測本發(fā)明的涂層的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0084] 本發(fā)明研究了某些材料的摩擦學(xué)性能并利用了下面概括的某