CN100445354C

CN100445354C - 耐擦伤的螺纹管连接的螺纹件

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Publication number: CN100445354C
Application number: CNB018166768A
Authority: CN
Inventors: 里吉斯·伯泰特; 佛朗科伊斯·钱贝朗特; 丹尼尔·佩特洛特; 古延·特拉昂迪恩; 莱昂内尔·弗迪朗
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA
Current assignee: Wa Lou Rick Of France Oil And Gas Co
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: EP1313827B1; EA200300321A1; MXPA03001740A; CZ304943B6; JP2004507698A; PL211969B1; US20030144158A1; NO20030930D0; CA2420347A1; EA004613B1; NO336722B1; UA74590C2; BR0113617A; MY131484A; FR2813375A1; PL361147A1; EP1313827A1; CA2420347C; JP4860892B2; FR2813375B1

Abstract

本发明涉及耐擦伤的螺纹连接的螺纹件，其中，润滑物质的薄膜沉积在螺纹连接的至少是螺纹表面上，所述表面经过处理可以吸附所述润滑物质。润滑物质为由下列物质组成的均匀混合物：a)增稠剂；b)一组极压添加剂，该添加剂物理和化学性质与增稠剂相适应，并包括至少是称为化学EP添加剂的有化学作用的极压添加剂，该添加剂能在Hertz压力不低于1000MPa下使用；c)油。润滑物质组分的比例选择成使所述润滑物质的稠度能保证自行导出润滑物质和形成薄膜。本发明还涉及形成该薄膜的方法。

Description

耐擦伤的螺纹管连接的螺纹件

技术领域

本发明涉及作在管子末端的阳螺纹或阴螺纹件，这些螺纹件可以连接起来形成耐擦伤的螺纹管连接。更具体地说，涉及装配时不需要手工加入润滑脂的螺纹管连接。

背景技术

这种螺纹件和螺纹管连接特别适用于构成碳氢化合物井等(例如地热井)的套管排或生产管排或钻管排。

这种形式的管一般作成垂直的，管排自由端的表面上包括带内部阴螺纹的阴螺纹件。

为了将管排下降至井中，在带有阳螺纹件的管排上面放置新管子，该阳螺纹件包括与管排相应自由端上的阴螺纹相适应的外部阳螺纹，新管的阳螺纹与管排的相应的阴螺纹啮合。在装配扭矩达到给定值或给定参考值时，新管即装配完成。将管排下降一个连接起来的管的长度，再重复这个过程。

因为管子的长度大约为10m，因此不容易使新管子完全与管排的顶部同轴接合。这样，在连接过程中，螺纹损坏严重；更具体地说，在接合过程中，阳螺纹和阴螺纹的配合侧面互相紧贴着，并且在装配的大部分时间里滑动接触。螺纹的配合侧面对如果不是在第一次装配但至少在接下去的装配过程中可能出现的擦伤现象非常敏感，因此螺纹管连接必需能够多次装拆而不擦伤。

擦伤可以在称为“高级”连接的螺纹管连接的螺纹件上的“金属-金属”密封表面上产生，这样，密封表面在增大的接触压力下滑动接触，直至达到最后的装配位置。

对于在装配结束时接触的接合面也是如此。

因此，在制造螺纹连接时，不能使螺纹、密封表面或接合面为纯粹的金属-金属的滑动接触表面，因为这种表面不可避免地会产生擦伤，这是不可接受的。

使用多年的传统做法是在滑动接触的金属表面之间放入润滑脂，将润滑脂分批地加在螺纹件上。

最广泛使用的润滑脂是美国石油组织(API)提出的API 5A2型或5A3型润滑脂，它是一种润滑脂、具有抗擦伤性质和可以充满阳螺纹和阴螺纹之间间隙的石墨颗粒和Pb，Zn与Cu金属的不均匀的混合物。

然而，这种润滑脂有许多缺点。

API润滑脂的与其性质相关的第一个缺点是铅的含量高，该元素对健康和对环境是特别有害的。

这种润滑脂还有其他缺点，某些缺点是所有润滑脂共同的缺点。

由于这种特性，一般都用刷子将润滑脂涂在螺纹件的接触表面上。因此，要注意涂在表面上的润滑脂的量要最小，该量可用最小体积或最小质量来测量，法国Vallourec Mannesmann Oil&Gas公司在其1996年7月公司为其客户写的小册子“

Running Book”中提出，涂在外径为7″(177.8mm)的

TOP螺纹连接的阳螺纹和阴螺纹件接触表面上的APIBul 5A2润滑脂的体积至少为25cm³，或者质量至少为42g。

用于螺纹件的润滑脂的量可根据下列情况作一些改变：

a)根据负责涂润滑脂工作的操作人员，特别是现场人员的经验；

b)对于同一个操作者，从一个螺纹件到另一个螺纹件；和

c)对于同一个螺纹件，从螺纹件上的一个点至另一个点。

装配工作将润滑脂分配至阳螺纹和相应的阴螺纹之间的间隙中，这些间隙由于螺纹件制造公差的关系从一个螺纹连接至另一个螺纹连接是随机变化的，多余的润滑脂从螺纹连接中被挤出。

对于某些形式的螺纹连接，难以排空多余的润滑脂可能在装配过程中在螺纹上产生非常大的压力，这种压力可以改变装配扭矩的量度，或即使是锥度螺纹(由API推荐，得到广泛应用)甚至可使螺纹和密封表面变形，这在螺纹接合面突出过大的情况下，可使管排落入井底，造成灾难性后果。

另外，考虑到所用的螺纹连接的数目，在装配过程中挤出的多余润滑脂大量地积存在井底并堵塞储油岩石的孔，碳氢化合物在被生产管回收以前，必需横向穿过这些孔。这种堵塞大大影响碳氢化合物井的开采成本。

另外，包括API 5A2或5A3的一些润滑脂，由于其成分和使用前的运输和/或管道存贮的条件和持续时间的影响，不能提供足够的抗腐蚀保护。

因此，必需在制造工厂将运输和存贮所需的润滑脂涂在螺纹件的接触表面上，然后在现场，在连接管子之前除去这些润滑脂，再涂上最后装配用API 5A2型润滑脂。

在涉及螺纹连接的专利中，说明了带铅或不带铅的多种其他形式的润滑脂。

这些润滑脂都是非均质的，其中放入了金属颗粒、矿物颗粒或热塑性塑料颗粒，以充满阳螺纹和阴螺纹之间的间隙(GB 1086720，US 3526593)，和/或防止在装配过程中(US 2065247，US 5275845)或拆开时(GB 1033735，US 2419144)中擦伤。

这些专利中所述的某些润滑脂的抗擦伤性质是由在这些润滑脂中有可起化学作用的极压添加剂(extrem pressure additive)造成的，例如US2068247，US 3095375中所述的润滑脂。

然而，这些专利所述的润滑脂具有对API 5A2或5A3所述的所有润滑脂的缺点。

开发了由管路制造商将粘稠的固体涂在螺纹和支承表面上的涂层方法，可以不需要在现场加润滑剂就可进行螺纹连接的“干”装配。

这种涂层的性质是金属的，如在欧洲专利EP 632225中所述的那样，这些涂层使用铅的外层；或者如EP 500482所述那样基于金属氧化物，使用氧化铅的外层。然而，这些涂层都包括铅或铅的化合物，这是不希望的。

这种涂层也可以为油漆或滑动的光泽面。

专利申请EP 786616说明了一种在螺纹件上形成这种滑动光泽面的方法。这种方法包括：先沉积一个薄层(0.005～0.030mm)的磷酸盐；然后沉积一个0.010～0.045mm厚层的环氧形式或另一种形式的合成树脂与二硫化钼或二硫化钨的混合物；再利用加热使树脂聚合。

美国专利4414247也说明了在螺纹件上形成滑动光泽面的一种类似的方法。

这种滑动光泽面具有优越的抗擦伤性质。然而，因为是坚硬的光泽面，在重复进行装拆工作过程中。它们磨损和不能再生。因此，在几次装拆工序以后，在带有这种涂层的螺纹连接上出现擦伤，所述擦伤是突然发生的和灾难性的。

另外，如果在管道运输或贮存过程中，这种滑动光泽面局部质量恶化，则光泽面层不能在当地修复。

发明内容

本发明提供一种用于螺纹管道连接的特别是耐擦伤的阳螺纹件或阴螺纹件。该螺纹件根据螺纹件形式的不同包括阳螺纹或阴螺纹，在螺纹表面上有润滑层，成为接触表面，没有上述缺点。

特别是，本发明提供这样一种螺纹件，它能在滑动接触表面之间的Hertz压力达到大于300MPa、滑动速度达到0.1m/s和滑动长度达到1m的严酷的碳氢化合物井开采条件下，对匹配式的螺纹件装拆10次也不会产生擦伤。

本发明还提供避免发生导致接触表面质量突然不可接受地恶化和必需抛弃或重新加工螺纹件的方法。

另外，本发明还提供一种不会释放对环境有危险的物质(例如，铅或重金属)的螺纹件。

本发明还提供一种可以同样成功地在极地区域、热带区域或赤道区域及长期在温度达到或甚至超过160℃的井底使用的螺纹件。

另外，本发明还提供一种不需要在钻井现场或生产现场加润滑剂，而只需要在生产螺纹件的工厂加上润滑剂即可正常使用的螺纹件。

本发明还提供一种保证在装配过程中滑动接触和在工厂中涂敷润滑剂的螺纹件部分在运输和存贮过程中不会锈蚀的方法。

另外，本发明还提供一种如果需要在现场修理，能保证将在工厂中涂上的润滑剂沉积下来的方法。

当然，本发明还力求以较低的成本保证达到上述性质。

另外，本发明还保证螺纹件可以与根据本发明的匹配的螺纹件成功地一起使用，和与商业上销售的相应的匹配的螺纹件成功地一起使用。

本发明还保证包括除了螺纹以外，还有一个或多个“金属-金属”密封表面和/或至少一个装配接合面的螺纹件具有同样的抗擦伤性质。

本发明还保证包括所有形式的螺纹(锥形、直的、单级或多级等)、所有形式的螺纹形状(三角形、梯形等)、螺纹宽度恒定或变化(楔形螺纹)的整体螺纹管道连接或用螺纹连接的螺纹件，具有同样的抗擦伤性质。

本发明提供了一种螺纹管连接的阳螺纹件或阴螺纹件，它包括相应的阳螺纹或阴螺纹，润滑物质至少沉积在螺纹连接的螺纹的表面上，在形成螺纹管连接之前润滑物质沉积为薄层，并且润滑物质为具有下列三组物质的均匀混合物：a)增稠剂；b)至少一种耐极压添加剂，包括至少一种称为化学EP添加剂的可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学EP添加剂能够在Hertz压力为1000MPa或更大的情况下使用；和c)油。

本发明提供了一种螺纹管连接，其包括阳螺纹件和阴螺纹件，每一个所述螺纹件都包括相应类型的螺纹，所述螺纹一个装配在另一个上，达到连接的位置，其特征在于，两个螺纹件中的至少一个螺纹件的螺纹表面上沉积有润滑物质，而且至少一个螺纹件的所述螺纹表面经过处理以吸收或吸附润滑物质，在形成螺纹管连接之前润滑物质沉积为薄层，并且润滑物质为具有下列三组物质的均匀混合物：a)增稠剂；b)至少一种耐极压添加剂，包括至少一种称为化学EP添加剂的可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学EP添加剂能够在Hertz压力为1000MPa或更大的情况下使用；和c)油。

本发明提供了一种在耐擦伤的螺纹管连接的阳螺纹件或阴螺纹件上形成润滑物质薄层的方法，该螺纹件包括阳螺纹或阴螺纹，其中：a)制备一种均匀的液体混合物，它由下列物质组成：·挥发性溶剂；·增稠剂；·至少一种耐极压添加剂，包括至少一种可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学EP添加剂能够在Hertz压力为1000MPa或更大的情况下使用；和·油；b)厚度基本均匀的所述液体混合物薄层在形成螺纹管连接之前施加在至少是螺纹连接的螺纹表面上；和c)使挥发性溶剂蒸发掉或允许它蒸发掉。

本发明提供了一种形成耐擦伤的螺纹管连接的方法，该方法包括下述步骤：a)加工阳螺纹件和阴螺纹件，每一个螺纹件都包括用于与另一个螺纹件的对应螺纹配合的螺纹；b)处理至少一个螺纹件的螺纹表面，用于吸收或吸附将在进一步的步骤中沉积的润滑物质；c)至少在螺纹件的阳螺纹和阴螺纹的螺纹表面上将润滑物质沉积为薄层，该润滑物质为下列物质的均匀混合物：i)增稠剂；ii)至少一种耐极压添加剂，包括至少一种称为化学EP添加剂的可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学EP添加剂能够在Hertz压力为1000MPa或更大的情况下使用；和iii)油；d)将阳螺纹件装配在阴螺纹件上。

本发明提供的阳螺纹件或阴螺纹件分别包括阳螺纹或阴螺纹，至少在螺纹表面上沉积着一个薄层的润滑物质，该表面经过处理可以吸收或吸附所述的润滑物质。

术语“润滑物质薄层”表示厚度小于0.10mm的层。

所用的润滑物质为下列物质组成的均匀混合物：

a)增稠剂；

b)包括至少一种利用化学作用达到极压的添加剂的至少一种极压(EP)添加剂，该添加剂又称为化学EP添加剂；和

c)油。

术语“均匀的混合物”表示组分紧密和稳定的分散，使润滑物质在所有点上都有相同的性质。

构成润滑物质的三种成分的比例选择应使润滑物质的稠度能保证自行润滑状态(self-fed lubrication regime)和形成薄膜的性质。

“自行润滑状态”本质上是表示：在油形式和某些润滑脂形式的润滑物质中，润滑物质层绝不会不可逆地被破坏，而是在装配过程中，当发生剪切时“自行愈合”或“自行连接”。

这种特性可利用室温下润滑物质的较宽的稠度范围来达到，该范围从干燥之前类似于高粘度清漆的半固体稠度到不能流动和象蜡一样的膏状稠度。

必须将润滑物质的三种成分-增稠剂、EP添加剂和油-综合起来才能解决现在的问题。然而，润滑物质也可包括其他物质，这些物质在阻止擦伤方面是无作用的，但为了其他的理由(例如，使层带上颜色)而加入的。

增稠剂如其名称所示，可使润滑物质变稠、粘性增加、变稠、成为膏状而不是流体，以达到自行润滑状态和形成薄膜的性质。它还可作为润滑物质其他组分的粘合剂。

可以区分增稠剂的两个化学族，即有机和无机族：

a)有机增稠剂；

可以举出的有机增稠剂的非限制性例子为：动物或植物石油蜡、矿脂蜡、氧化矿脂蜡、磺化蜡、合成蜡和这些蜡的混合物、增粘的石油树脂、沥清、溶于油或可在油中分散的聚合物，脂溶的肥皂等。除了上述的性质外，这种形式的增稠剂因为其化学和物理性质，还具有保护不被腐蚀的功能。

b)无机增稠剂

无机增稠剂可以为疏水性的煅烧硅石、疏水性的接合膨润土或二氧化钛。

极压(EP)添加剂在润滑剂领域是众所周知的物质。它们的性能可根据EP测试标准(4球测试，Falex测试等)测量。

根据定义，化学EP添加剂由摩擦产生的一定温度，通过接触与金属零件起反应，形成化学润滑薄膜。在化学EP添加剂中已知有下列几种：

·基于硫或含硫的化学EP添加剂(例如碳氢化合物或以“含硫产品”名义销售的含硫酯类)，金属的二硫代氨基甲酸酯、中性或高碱性的金属磺酸盐；

·基于磷的化学EP添加剂(例如磷酸或酯类)；

·基于硫和磷的化学EP添加剂(例如金属二硫代磷酸盐，特别是锌的二硫代磷酸盐)；

·基于氯的化学EP添加剂，特别是氯化石蜡；

·改良或不改良的脂肪酸或酯类，复杂酯类等。

一般这些化学EP添加剂是在矿物油中稀释进行生产和销售的，但在本文其余部分中所用的术语“化学EP添加剂”是指不稀释的活性成分。

化学EP添加剂或所用的添加剂是从已知的添加剂中选择的，以便在1000MPa或更大的Hertz压力下工作时不被擦伤。

选择的添加剂还应在物理和化学性质上与所选择的增稠剂相适应：即添加剂必需与增稠剂完全是可混合的，但因为其极压性质会严重削弱，因此必须不与增稠剂起反应。

这些化学EP添加剂可以单独使用或作为混合物使用，以便性能上达到最佳的协调。

在润滑物质中所用的术语“油”表示特别加进去的油和增稠剂和/或EP添加剂、特别是化学EP添加剂用以稀释的油。

所用的油可以为从蒸馏的石油产品中得出的，称为“无机碱”的馏分，但也可以是由化学反应得到的合成碱(例如聚-烯烃、聚异丁烯、酯类等)。还可以是植物基油(菜子油、葵花油等)或是动物油。还可以是这些油的混合物。

最好，一种或多种化学EP添加剂或添加剂和增稠剂可溶于油中，该油可使一种或多种化学EP添加剂或添加剂与增稠剂一起分散，并得到完全均匀的润滑物质。

最好，增稠剂的化学分子具有明显的极性。这个特点可使润滑剂粘接在衬底上。

最好，增稠剂在120℃或更高、最好是160℃或更高的温度以下化学性能是稳定的。

EP添加剂或添加剂还可选包括具有物理作用，优选为亚微等级固体颗粒形式的至少一种EP添加剂，以便形成均匀混合物形式的润滑物质。

具有物理作用的EP添加剂称为物理EP添加剂，它插入在薄膜形式的接触表面之间，可以沿着它们的结晶结构的特征劈开平面剪切，并与运动平面平行，或简单地在易变形的平面上剪切。第一类(裂纹)包括石墨、钼、二硫化钨或二硫化锡、氮化硼等；第二类包括PTFE、聚酰胺、聚脲型聚合物等。

最好，EP添加剂组件中的至少一种成分具有抗腐蚀性质。

根据所用的EP添加剂形式不同，EP添加剂的总含量最好为5％～75％。

在第一个优选实施例中，EP添加剂的总含量在5～50％重量范围内，最好在15～32％重量范围内。

在第一个实施例中，润滑物质包括多种化学EP添加剂，最好为非氯化的添加剂。

在第一个实施例的第一个变型中，润滑物质中的增稠剂含量在5～60％重量范围内，最好在8～40％重量范围内；另外，润滑物质中的油含量在30～75％重量范围内，最好40～60％重量范围内。

在第一个实施例的第二个变型中，可使固体沉积物稠度更大，润滑物质中的增稠剂含量在60～80％重量范围内，这导致润滑物质中的油含量在5～20％重量范围内。

在第二个优选实施例中，一种或多种化学EP添加剂或添加剂包括氯化石蜡，润滑物质中的增稠剂含量在25～60％重量范围内，润滑物质中的EP添加剂总含量在40～75％重量范围内；这导致润滑物质中的油含量在0.5～15％重量范围内。

对本文中的不同成分给出的增稠剂和EP添加剂的含量，与所述组分的活性物质的含量相适应。

最好，螺纹件上的润滑物质层的重量为0.1g/m²～40g/m²。

在一个变型中，经过处理可吸收或吸附润滑物质的螺纹表面为从由磷酸盐层、草酸盐层和金属层组成的组中选择的层的表面。

在一个变型中，螺纹表面经过处理，使所述表面具有可控制的粗糙度，以吸收或吸附润滑物质，这种处理例如可以为砂纸打磨、喷砂、腐蚀等。

最好，螺纹表面经过处理可以吸收或吸附深度为0.003mm～0.080mm范围内的润滑物质。

有利的是，当螺纹件包括密封表面时，润滑物质也沉积在每一个密封表面上。

有利的是，当螺纹件包括接合面时，润滑物质也沉积在每一个接合面上。

有利的是，润滑物质沉积在上面成一薄层的所有表面为经过处理可吸收或吸附润滑物质的表面。

本发明的目的还在于保护一种包括阳螺纹件和阴螺纹件的耐擦伤的螺纹管连接，每一个所述螺纹件具有相应的螺纹，在连接过程中所述螺纹一个装配在另一个上，其中，两个螺纹件中的至少一个螺纹件为如上所述的本发明的螺纹件。

在这个螺纹连接的变型中，两个螺纹件中只有一个螺纹件为如上所述本发明的螺纹件，另一个螺纹件至少在螺纹表面上直接沉积着润滑物质薄层，润滑物质为由下列物质组成的均匀混合物：

a)增稠剂；

b)至少一种极压添加剂，该一种或多种极压添加剂的物理和化学性质与增稠剂相适应，并包括至少一个称为化学EP添加剂的可进行化学作用的极压添加剂，该化学EP添加剂可在Hertz压力为1000MPa或更大的情况下使用；和

c)油。

术语“直接沉积的润滑物质薄层”表示螺纹表面没有经过吸收或吸附润滑物质的处理。

本发明还提出了一种在耐擦伤的螺纹管连接的阳螺纹件或阴螺纹件上形成润滑物质薄层的方法，该螺纹件包括阳螺纹或阴螺纹。

本发明的方法包括下列步骤：

a)制备一种均匀的液体混合物，它由下列物质组成：

·挥发性溶剂；

·增稠剂；

·至少一种极压添加剂，该一种或多种极压添加剂的物理或化学性质与增稠剂相适应，并包括至少一个可进行化学作用的极压添加剂，该化学EP添加剂可在Hertz压力为1000MPa或更大的情况下使用；和

·油；

b)厚度基本均匀的所述液体混合物薄层施加在螺纹件的螺纹表面上；

c)使挥发性溶剂自然或被迫蒸发掉。

术语“挥发性溶剂”表示蒸馏温度在40～250℃范围内的任何石油馏分。这些挥发性溶剂包括：特种汽油、石油溶剂、燃烧油、芳香族产品(例如苯、甲苯、二甲苯等)。

可选的是，至少螺纹件的螺纹表面要处理，以便吸收或吸附施加上的润滑物质。

优选用FORDn°4杯(cup)测量的液体混合物的粘度与10～30s范围内的持续时间相适应，最好在15～25s范围内。

最好，液体混合物层喷射施加。

作为另一种方案，可以用任何其他方式(浸入、涂敷、喷洒)施加。

溶剂可自然蒸发掉或用强制方法蒸发，特别是用缓和地加热螺纹件或用热空气对流的方法进行蒸发。

附图说明

下面的附图表示本发明的许多实现方法的一些非限制性例子。

图1表示包括被本发明使用的4个螺纹管零件的螺纹连接的一种形式；

图2表示包括可被本发明使用的4个螺纹管零件的螺纹连接的另一种形式；

图3表示包括可被本发明使用的2个螺纹管零件的整体式螺纹连接；

图4表示在图1所示的阳螺纹管件中的几个阳螺纹；

图5为图1所示的本发明的阴螺纹管件中的几个阴螺纹；

图6表示图5的详细情况；

图7表示在装配图4和图5所示的阳螺纹和阴螺纹开始时的接合状态；

图8表示装配完成后图4和图5所示的同一个阳螺纹件和阴螺纹件；

图9表示在图2所示的本发明螺纹管连接中的阳螺纹管件的几个阳螺纹；

图10表示在图2所示的阴螺纹管连接中的几个阴螺纹；

图11表示在装配图9和图10所示的阳螺纹和阴螺纹开始时的接合状态；

图12表示图11中的细部结构；

图13表示在装配完成后图9和图10所示的同一个阳螺纹件和阴螺纹件；

图14表示图9的变型；

图15表示在装配完成后的图14和图10所示的阳螺纹和阴螺纹；

图16表示图2所示的阳螺纹件的自由端区域；

图17表示在图2所示的本发明的阴螺纹管件内部的容纳区；

图18表示在螺纹件装配后图16所示的自由端区和图17所示的容纳区；

图19为表示图9～13和图16～18所示的螺纹连接装配曲线的图形；

图20为表示在图9～13和图16～18所示的螺纹连接中，在装配过程中所承担的扭矩和开始拆开的扭矩与装拆循环数目的函数关系图形。

具体实施方式

图1表示根据API技术规格5CT，在二根金属管101和101′之间，使用一个管接头102和包括2个螺纹连接的螺纹连接100。

管子101、101′的每一个末端包括一个阳螺纹件1、1′，该阳螺纹件包括“圆形”螺纹的有锥度的阳螺纹103、103′，其终端为阳螺纹的端面109、109′。

管接头102包括相对于管接头的中间平面对称设置的两个阴螺纹件2、2′，每一个阴螺纹件包括与阳螺纹啮合的锥形阴螺纹104、104′。

阳螺纹103、103′装配时与阴螺纹104、104′啮合。

API技术规格5B规定了这种形式连接的螺纹形状、尺寸、螺纹锥度、螺距等。

虽然没有示出，根据API技术规格5CT和5B，也可以使用带有“锯齿”形螺纹的连接，这种连接的螺纹配置方式与图1中的配置方式相同，但是采用梯形螺纹。

图2表示具有带锥形螺纹203、204和梯形螺纹的两个阳螺纹件1、1′和两个阴螺纹件2、2′的螺纹连接200。管接头202在两个阴螺纹件之间的中心部分上有一个突出部分206，该突出部分可使流体在管子201、201′中作非紊流流动，并且使阴螺纹接合面(abutment)210紧靠在由管子的环形端面构成的阳螺纹接合面209上。

锥形的阳螺纹和阴螺纹的密封表面207和208设在没有螺纹的部分，并在径向方向有过盈，使得在该密封表面之间形成弹性接触压力，能够使图2所示的连接密封。

图3表示在两根管子301和302之间包括二级直螺纹的一个整体式螺纹连接300。

管子301的末端包括：具有二级直的阳螺纹303、303′的阳螺纹件1；在两个阳螺纹级之间的半燕尾式的锥形阳螺纹肩部表面307；和在阳螺纹件每一个末端上的贴紧部分309、309′。

管子302的末端包括：与阳螺纹件1啮合并作为二级直的阴螺纹304、304′的阴螺纹件2；在两个阴螺纹之间的半燕尾式的阴螺纹锥形肩部表面308；和在阴螺纹件每一个末端上的接合面310、310′。

管接头300的阳螺纹和阴螺纹为梯形螺纹，并且在正常情况下装配后没有径向过盈。

在连接状态下，肩部307、308形成主要的接合面。接合面309、309′、310、310′只是在主要的接合面凹下去的情况下，才起备用接合面的作用。

分别在阳螺纹件和阴螺纹件上作出的锥形表面311′、312′在阳螺纹件的末端附近形成一对内部的金属-金属的密封表面。在阴螺纹件的末端附近，锥形表面311、312形成一对外部的金属-金属密封表面。一对外部的密封表面311、312可以放置在肩部307、308和大直径螺纹303、304之间。

图4表示图1所示的锥形阳螺纹103的几个三角形螺纹11的纵截面。

阳螺纹11包括两个直线形齿侧面13、15。每一个螺纹齿侧面与螺纹件的XX轴线的法线YY成30度角；并且该法线的每一侧-倒圆的阳螺纹牙顶17和阳螺纹的根部19-也倒圆。

表面法线指向阳螺纹自由端109的螺纹齿侧面15为称作接合齿侧面的螺纹齿侧面，这是因为在装配使阳螺纹与阴螺纹啮合形成连接的过程中，阳螺纹的接合齿侧面靠在阴螺纹的接合齿侧面上。

表面法线指向与阳螺纹自由端109相对的一侧的螺纹齿侧面13为承载齿侧面。承载齿侧面支承着作用在螺纹连接上的轴向拉伸负荷。阳螺纹的表面13、15和区域17、19要加工。

图5表示通过图1所示的锥形阴螺纹104的几个三角形螺纹12的纵截面。

阴螺纹12的形式与阳螺纹11的形式相适应，每一个阴螺纹都有接合的齿侧面16和承载的齿侧面14，它们与螺纹件的轴线的法线yy的每一侧成30度角；每一个阴螺纹还有一个阴螺纹牙顶20和阴螺纹根部18。

阴螺纹的表面14、16和区域18、20经过处理，可以吸收或吸附润滑物质。为此，这些表面和区域包括由磷酸锰在加工的螺纹表面上形成的厚度为0.006mm的转换层32。磷酸锰层特别适合于处理非合金的或轻合金钢的螺纹件。

还可以用其他磷酸盐层，例如磷酸锌层。

在铬含量高或镍基合金的钢制螺纹件的情况下，可以利用与草酸化合或利用沉积铜金属的方法形成该层。

不同层的厚度与磷酸锰层的厚度为同一个数量级。

阴螺纹12的处理过的表面涂敷有润滑物质薄层22，该薄层部分地吸附或吸收在磷酸锰层中，并且在螺纹12的处理过的表面上，以几微米的厚度基本上均匀地覆盖磷酸锰层。被磷酸盐层吸附或吸收的层的重量与在磷酸盐层上的层的重量之比为大约1/1。

下面的成分为适当的润滑物质的成分(重量％)和层的重量(g/m²)的例子。

例1

-石油固体石蜡： 19％

-含硫产品： 6％

-高碱性的磺酸盐： 13％

-金属二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 59％

沉积物重量： 20g/m²

该润滑物质包括三种化学EP添加剂，即含硫产品、高碱性磺酸盐和金属二硫代磷酸盐，它们都是可溶于油的组分。蜡也可溶于油中。

例2

-氧化矿脂蜡： 29％

-含硫产品： 6％

-高碱性磺酸钙： 13％

-金属二硫代磷酸盐(Zn)： 3％

-矿物油： 49％

沉积物重量： 20g/m²

±1000℃时沉积物运动粘度： 260cst.

应当注意，氧化的矿脂蜡是对温度非常稳定的化合物，当温度保持在160℃时化学性质不恶化。这种化学稳定性可将螺纹连接下降至温度可达160℃的井底，而不会使蜡的特性产生不可逆的改变；然后可将螺纹连接从井中提升起来，在再次装配前拆开，并再次下降至同一个井或另一个井中。

例3

-矿脂蜡： 31％

-含硫产品： 6％

-高碱性的磺酸盐： 13％

-金属二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 47％

沉积物重量： 24g/m²

例4

-增粘的石油树脂： 30％

-含硫产品： 6％

-高碱性的磺酸盐： 13％

-金属的二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 48％

沉积物重量： 21g/m²

例5

-磺化蜡： 30％

-含硫产品： 6％

-高碱性的磺酸盐： 13％

-金属二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 48％

沉积物重量： 21g/m²

例6

-沥青： 30％

-含硫产品： 6％

-高碱性磺酸盐： 13％

-金属二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 48％

沉积物重量： 22g/m²

例7

-硬脂酸铝： 30％

-含硫产品： 6％

-高碱性磺酸盐： 13％

-金属二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 48％

沉积物重量： 23g/m²

例8

-亲脂的膨润土： 9％

-含硫产品： 7％

-高碱性磺酸盐： 13％

-金属二硫代磷酸盐： 3％

-矿物油： 68％

沉积物重量： 14g/m²

例9

-聚甲基丙烯酸烷基酯(有机增稠剂)： 12％

-含硫产品： 6％

-高碱性磺酸盐： 12％

-金属二硫代磷酸盐： 4％

-矿物油： 66％

沉积物重量： 23g/m²

例10

-氧化的矿脂蜡： 39％

-聚异丁烯： 2％

-氯化石蜡： 59％

沉积物重量： 21g/m²

在例10中，氯化石蜡具有油性稠度，加入小比例的聚异丁烯(合成碱)形式的油。

使用氯化石蜡作为化学EP添加剂，使这种成分更适合用于某种不锈钢的螺纹件(不易被氯或氯化物腐蚀)或镍合金螺纹件。

例11

-氧化矿脂蜡： 67％

-含硫产品： 5％

-高碱性的磺酸钙： 12％

-金属二硫代磷酸盐(Zn)： 5％

-矿物油： 11％

沉积物重量： 23g/m²

+100℃时沉积物运动粘度： 580cst.

在所有上述例子中，因为润滑物质的薄膜形成性质和它原本就是液体混合物，因此所得到的润滑物质沉积物是光滑的。

在除了例5和例9以外的上述所有例子中，所得到的润滑物质的沉积物具有蜡状的、粘接剂的外观，在室温下不会流动和具有膏状的稠度；在装配螺纹件能达到的温度，即+100℃时，这种沉积物的粘度在100cSt～1000cSt范围内。

在例5和例9的情况下，沉积物的外观为非常粘性的清漆，其稠度达到半固体一样。

在除了例10以外的所有例子中，润滑物质包括三种化学EP添加剂作为EP添加剂，总的EP添加剂含量大约为20～25％。

在例1～9中，含硫产品、高碱性磺酸盐和金属二硫代磷酸盐之间的比例基本上为2∶4∶1。在例11中，基本为1∶2∶1。

润滑物质中的油含量根据增稠剂和/或EP添加剂的性质和所希望的稠度而有很大不同：

·对于例1～7，大约为50％，

对于例8(增稠剂＝亲脂的膨润土)和例9(稠度流动性较大)，大约为65～70％；

·对于例11(比较象固体一样的蜡状稠度)，大约为10％；

·对于例10，因为所选择的石蜡比例的稠度为油性的，只大约为2％。

在所有包括有机增稠剂的例子中，即，除了例8以外的所有例子中，增稠剂包含有明显极性的化学分子，可使增稠剂粘接在螺纹的处理过的金属表面上，使该表面具有疏水性性质。这种粘接剂的疏水性性质可使润滑物质的薄层22很好地覆盖螺纹的处理过的表面，并保护该表面不受腐蚀，特别是在使用以前存贮带有螺纹件的管路时更是如此。

这11个例子的所有组分在ASTMD 2596“4球”试验(EP试验)中产生大于800kg的焊接负荷；并且在ASTMD 2266的磨损试验过程中，在392N(40Kg)的负荷下，1小时以后产生直径为0.35～0.37mm的磨损标记。

11个例子中的所有化学EP添加剂的物理性质和化学性质都与相应的增稠剂相适应。化学EP添加剂必需在受到由润滑薄膜局部破裂产生的温度作用之前保持稳定；并且能使该添加剂与金属表面接触起化学反应，形成甚至当接触压力超过1000MPa时，也能防止或延缓擦伤的组分。

除了增稠剂、EP添加剂和油以外，润滑物质还可选择包括小于5％的着色剂，该着色剂对抗擦伤性质没有作用，只是表示存在本发明的润滑物质的薄层(对标准的API润滑脂的追踪能力和区别能力)。

这样，润滑物质可以包括2.5％的粉末碳黑，使润滑物质带有高度均匀的黑色；或包括0.12％的荧光素(发荧光的绿光)，使润滑物质带有暗绿色。

图7表示在装配时阴螺纹12与阳螺纹11接合过程中的阴螺纹12。

润滑物质层22防止加工的阳螺纹接合齿侧面15和由磷酸盐处理的阴螺纹接合齿侧面16直接接触。

因为装配只是刚开始和由于螺纹有锥度，因此在层22和承载齿侧面13、14处的阳螺纹表面与螺纹牙顶和根部之间保留有自由空间。

层22在接合齿侧面上支承管子101的重量，管子101位于管接头102之上的垂直位置，管接头102与管子101′连接，并由装配管钳加上大的扭矩。

即使在啮合过程中阳螺纹件1和阴螺纹件2的轴线稍微不对准，在没有润滑层的情况下，也可使螺纹的接合侧表面咬住，使接触的螺纹齿侧表面快速擦伤，不可能将擦伤的螺纹连接拆开，并且在任何情况下螺纹损坏的表面都必需重新修理。

在层22的润滑物质中有增稠剂和油，以及润滑物质的粘度可保证在有剪切应力时，可以突现对油或润滑脂典型的自行润滑。结果，在外部工作温度为-50℃～+50℃范围内，剪切不会使润滑物质裂开；因此可以说在剪切时，润滑物质自行愈合或自行连接。

阴螺纹12表面上的磷酸盐层32可以有效地将润滑物质保留在这些螺纹的表面上。

在极压条件下，当润滑物质的自行供给局部中断时，化学极压添加剂接着可防止产生擦伤。

图8表示在最后装配位置的阳螺纹11和阴螺纹12。

在装配过程中，薄层22的润滑物质分布在螺纹的螺旋线表面之间的间隙中。润滑物质在承载齿侧面13、14之间和接合齿侧面15、16之间，并且由于尺寸公差，在配对后或多或少充满螺纹牙顶和根部17、18、19、20之间的间隙。

由于这样，多余的润滑物质不排出至井中，并且螺纹件不会因润滑物质剩余太多产生的压力而变形。

连接螺纹的拆开会将层22分离成两部分，这种分离在该层内是随机性质的。

然而，阳螺纹和阴螺纹上的剩余的层可允许进行至少10次装拆循环，而不会造成擦伤。

另一方面，发明者注意到，如果在循环之间不更新添加剂，简单地加入比充满螺纹之间间隙所需标准量减小的通常的API 5A2润滑脂，则在几次装配/拆卸循环后，螺纹迅速被擦伤。

图9表示图2所示的锥形阳螺纹203的几个梯形阳螺纹51的纵截面。

阳螺纹51包括四个直线形表面，即：

·承载螺纹齿侧面53；

·接合螺纹齿侧面55；

·螺纹牙顶57；

·螺纹根部59。

螺纹牙顶和根部与螺纹103的螺距锥度平行。

在没有示出的一个变型中，螺纹牙顶和根部可以与螺纹连接轴线平行，这样，接合齿侧面的径向高度比承载齿侧面的径向高度大。

承载齿侧面53与螺纹件轴线的法线成一个小的负角A(例如-3°)，因此稍微突出。

接合齿侧面55与螺纹连接轴线的法线成一个正的B角，使螺纹51的底部比牙顶57窄些，这样便于加工。

螺纹51的四个加工的表面53、55、57、59涂敷有沉积物21，沉积物的润滑物质为与图5中由沉积物22形成的润滑物质相同，其厚度为几微米。层的成分和重量与图5中所述层的成分和重量相同。

图10表示图2所示的锥形阴螺纹204的几个梯形阴螺纹52的纵截面图。

阴螺纹52包括4个直线形表面，其形状和位置与阳螺纹51的形状和位置相适应，即：

·带有小的负角A的承载齿侧面54；

·带有正角B的接合螺纹齿侧面56；

·螺纹牙顶60；

·螺纹根部58。

为了形成0.006mm厚的磷酸盐层32，如图5的情况一样，表面54、56、58、60利用磷酸锰进行处理。

阴螺纹52的处理过的表面涂敷有与图5所述相同的润滑物质薄层22。

该润滑物质被吸收或吸附在螺纹52的处理过的表面上，并均匀地覆盖该表面至几微米的厚度。层的成分和重量与图5所述的层的成分和重量相同。

如图5所示，为了形成适合于吸收或吸附润滑物质的表面，磷酸锰可以用更适合于螺纹件的金属的另一种表面处理代替。

图11表示当通过装配与阳螺纹51连接时，在接合状态下的阴螺纹52。

在接合齿侧面55、56处(见图12)，层21、22形成一个层23，在接合状态下，不接触的其他表面之间的层23的性质是不同的。

如果阳螺纹的轴线与阴螺纹的轴线成一个角度，则层23支承要连接的管201的重量，装配扭矩和可能的任何侧向力。

当装配完成时(图13)，润滑物质基本上充满螺纹51、52之间的所有间隙，并防止在拉力作用下承载齿侧面53、54之间以及径向过盈的阴螺纹牙顶60与阳螺纹根部59之间的直接接触。

图14表示图9的一个变型，其中，润滑物质层21不是直接在阳螺纹加工表面上形成的，而是在性质和厚度上都与图10所示的阴螺纹52的表面上的层32相同的开始沉积的磷酸盐层31上。

这种结构可以更好地将润滑物质保持在阳螺纹的表面上，以得到如图14所示的与图10所示的相应阴螺纹构成的连接，这种连接特别适合于多次装拆循环而不会有擦伤的危险。

另一方面，图15所示的螺纹连接要求在管接头202和管子101，101′上都有磷酸盐，因此比图13所示的螺纹连接昂贵。

图16表示管子201的自由端区域，因而也是图2所示的阳螺纹件的自由端区域。

图16中，润滑物质层21不但覆盖图9所示的阳螺纹51的表面，而且覆盖螺纹外面的阳螺纹的整个外周边表面；更具体地说，在27处，覆盖阳螺纹的密封表面207；和在29处，覆盖管端上的阳螺纹接合面209。沉积在表面207、209上的层的重量基本上与沉积在阳螺纹表面上的重量相同。

图17表示图2所示的管接头202的阳螺纹端的阴螺纹容纳区。

图17中，螺纹204和突出部分206之间的阴螺纹件的内表面以与图10所示的阴螺纹52的表面一样的方法利用磷酸锰(层32)进行处理，并且如螺纹52的表面一样，涂敷有润滑物质层22。

更具体地说，层32和22在38和28处涂在阴螺纹支承表面208上；在40和30处，涂在阴螺纹的接合面210上。

这些层在突出部分206的内周边表面上和管接头202的外周边表面上延伸。

对于密封表面208、阴螺纹接合面210和阴螺纹52，磷酸盐层厚度基本上相同。

同样，对于密封表面208，阴螺纹的贴紧部分210和阴螺纹52，润滑物质层的重量基本上相同。

图18表示图16所示的阳螺纹自由端在装配位置与图17所示的相应阴螺纹区域的连接。

在装配过程中，润滑物质层27、28互相接触。

当继续装配时，磷酸盐层38保持住这些层，防止密封表面的金属表面直接接触，并且特别当表面207、208只是稍微倾斜和达到最后装配位置之前这些表面在相当大的长度上接触时，防止它们擦伤。

润滑物质的作用机理与在螺纹表面上的作用机理相同。

在装配结束时，在接合面209、210处的层29、30接触，并借助同样的机理防止这些表面擦伤。

磷酸盐层40也将尽量多的润滑物质薄膜保持住。虽然没有示出，但也可以设想，如同图17的情况一样，不将27、29处的润滑层(阳螺纹的密封表面和接合面)直接沉积在加工过的金属表面上，而是沉积在用磷酸盐处理过的表面上。

还可以容易地将图4～18的结构用在图3所示的带有一级或多级(例如在303、303′，304，304′上的级)整体螺纹连接的直螺纹上；以及用在所述螺纹连接的接合面和密封表面上。

其他没有说明的实施例也包括在本发明中，特别是当磷酸盐层作在阳螺纹件的螺纹表面上，而不是作在阴螺纹的螺纹表面上(与图1～18所示的结构相反)上时更是如此。

不论螺纹或螺纹部分的配置如何，本发明可适用于任何阳螺纹或阴螺纹件，适合于任何螺纹形式，任何沿着螺纹是固定的或改变的螺纹宽度，有过盈或没有过盈的螺纹，同一螺纹的两个齿侧面有接触或没有接触或干涉，不论螺纹连接是用螺纹连接式的或整体式的都适用。另外，不论支承表面和接合面的数目、形式和位置都可以适用。

现在来说明将润滑物质的薄层沉积在螺纹表面、密封表面和/或接合面以得到上述抗擦伤连接的方法的非限制性例子。

制备粘度为利用FORDn°4杯在25℃时测定的液体混合物。下面给出配方的一些非限制性例子。液体混合物配方的例子数目分别与上述的润滑物质组分的例子中所用的液体混合物数目相适应。润滑物质的“干萃取物”对应于同一个例子中的液体混合物。

例1

-特殊的碳氢化合物溶剂 20％

-矿物油 47％

-石油固体石蜡 15％

-含硫产品 5％

-高碱性的磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORD n°4杯粘度 20s

例2

-特殊的碳氢化合物溶剂(石油溶剂) 23％

-矿物油 37％

-氧化的矿脂蜡 22％

-含硫产品 5％

-高碱性的磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 20s

例3

-特殊的碳氢化合物溶剂 20％

-矿物油 37％

-矿脂蜡 25％

-含硫产品 5％

-高碱性的磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 21s

例4

-特殊的碳氢化合物溶剂 22％

-矿物油 37％

-增粘的石油树脂 23％

-含硫产品 5％

-高碱性的磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 18s

例5

-特殊的碳氢化合物溶剂 22％

-矿物油 37％

-磺化蜡 23％

-含硫产品 5％

-高碱性的磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 16s

例6

-特殊的碳氢化合物溶剂 22％

-矿物油 37％

-沥青 23％

-含硫产品 5％

-高碱性磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 17s

例7

-特殊的碳氢化合物溶剂 20％

-矿物油 39％

-硬脂酸铅 23％

-含硫产品 5％

-高碱性磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 18s

例8

-特殊的碳氢化合物溶剂 20％

-矿物油 54％

-亲脂膨润土 8％

-含硫产品 5％

-高碱性磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 17s

例9

-特殊的碳氢化合物溶剂 20％

-矿物油 52％

-50％聚甲基丙烯酸烷基酯 10％

-含硫产品 5％

-高碱性磺酸盐 10％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 22s

例10

-特殊的碳氢化合物溶剂 42％

-氧化的矿脂蜡 23％

-聚异丁烯 1％

-氯化石蜡 34％

FORDn°4杯粘度 20s

例11

-特殊的碳氢化合物溶剂(庚烷) 40％

-矿物油 7％

-氧化的矿脂蜡 40％

-含硫产品 3％

-高碱性的磺酸盐 7％

-金属二硫代磷酸盐 3％

FORDn°4杯粘度 20s

所有这些液体混合物都是相似的和稳定的，它们是均匀的，在去除溶剂后，形成如上所述的均匀的润滑物质。

这些液体混合物容易事先制备，并在使用之前存贮在封闭容器中。如果需要，可以在使用前，使混合物搅拌均匀。

该混合物必需加在图2所示的阳螺纹和阴螺纹件上成一薄层，厚度基本上均匀，特别是要加在每一个螺纹件的螺纹203、204上，密封表面207、208上和接合面209、210上。

例1～7和9～11中的混合物所用的有机增稠剂含有带明显极性的化学分子，可使液体混合物更好地粘接在要涂层的衬底上。

液体混合物中的溶剂含量在例1～9中大约为20％，而在例10和例11中大约为40％。溶剂的含量是随着溶剂蒸发后得到的干燥萃取物的稠度和溶剂的性质(石油溶剂，庚烷等)的变化而变化的。

已加工的管子201末端的阳螺纹件1在用于对阳螺纹件进行磷化处理的喷射头下面。

在低压下(相对压力为1～3巴)将液体混合物送入喷射头中，将液体混合物喷射在螺纹件的外表面上。

由于液体混合物的粘度低，它以均匀厚度的薄膜形式分布在螺纹203的整个周边、密封表面207和接合面209上。

液体混合物薄膜的厚度是混合物的粘度的函数，混合物的粘度则为油和挥发性溶剂的含量的函数。油和挥发性溶剂的含量高，使混合物的粘度降低，因而减小液体薄膜的厚度。

然后，将溶剂完全蒸发掉，得到厚度基本上均匀的润滑物质层。

液体混合物的干燥时间与溶剂的蒸发时间有联系，溶剂蒸发时间是溶剂性质(例如，庚烷的蒸发时间比石油溶剂的蒸发时间短)和干燥温度的函数。

要涂层的阴螺纹件2放在管接头202内。

管接头202已经以公知方式经过磷酸锰处理，磷酸锰涂在两个阴螺纹件中每一个的螺纹204、密封表面208和接合面210上，其精细的磷酸盐转换层的厚度大约为0.006mm。

将管接头202单个地放入油漆箱中，油漆箱包含喷嘴，可供给液体混合物并将液体混合物小滴喷射在每一个阴螺纹件的螺纹、密封表面和接合面上。

所产生的液体混合物薄膜的厚度是液体混合物的粘度、喷射压力、喷嘴直径和喷射持续时间的函数。

然后将管接头从油漆箱中取出，利用循环的热空气干燥，直至溶剂完全蒸发掉为止。

使用将两个阴螺纹件中的一个阴螺纹件装在管子101两个末端中的一个末端上的阳螺纹件上，可用标准方法在工厂装配每一个管接头202。

为了防止螺纹件在运输或存贮过程中被磨粒污染，将管接头202的没有装配的第二个阴螺纹件和在管子201另一端没有装配的第二个阳螺纹件用保护装置保护起来，因为这种污染会在石油井中使用的过程中使密封性能变坏。

所加的润滑物质具有疏水性质和防腐蚀性质，可以保护螺纹件在存贮和运输过程中不被腐蚀。

但是，如果润滑物质被污染，则容易利用高的水压力或石油溶剂将该润滑脂层去掉，再用(例如)刷子涂上新的液体混合物薄膜，并使溶剂蒸发掉。

将着色剂加入润滑物质中，便于检查清除污染的润滑物质层和重新形成润滑物质层的操作。

另外，可将标准的API型润滑脂加在涂敷或不涂敷或局部不涂敷润滑物质的螺纹件上。润滑物质完全与API型润滑脂相适应。

对滑动的光泽面不可能进行这种修理。

图19表示利用申请人编辑的

目录940项所述的

螺纹连接得到的两条装配曲线。螺纹连接的尺寸为5¹/₂″×17磅/英尺(管子外径139.7mm，管子壁厚度7.72mm)，管子由轻合金钢制成，经过热处理，等级为L80(弹性极限为551MPa或更大)。

图19表示对于两个试验A和B，纵坐标上的装配扭矩T与螺纹圈数N的函数关系。为了容易阅读，曲线A和B沿着X轴线偏移。

曲线A表示本发明的螺纹连接：阳螺纹件与图9中的阳螺纹件相同(用带有例2中组分的润滑物质涂层的加工的梯形螺纹)，而阴螺纹件与图10所示的阴螺纹件相同(用磷酸锰处理并用带有例2中组分的同样的润滑物质涂层的梯形螺纹)。

曲线B表示以API 5A2润滑脂按标准方法润滑的参考的螺纹连接。

在曲线A和B中，一旦阳螺纹件与阴螺纹件啮合，因为在接触压力作用下的螺纹的相应表面的滑动，装配扭矩稳定增大。因为由螺纹连接的尺寸特性造成的阳螺纹和阴螺纹之间的径向过盈大，因此装配扭矩大大增加。

注意，在给定时间内，装配曲线斜率的增加表示在密封表面207-208之间出现径向过盈。图19中的曲线A和B为密封表面之间具有大过盈的螺纹连接的特征曲线。

从点S开始，装配扭矩几乎垂直地增加，这表示接合面209/210进入接触。

点F表示最后的装配扭矩。该扭矩位于这种形式的螺纹连接所具有的最小装配扭矩(T_min)和最大装配扭矩(T_max)之间。

从外形和从承担的扭矩T_S和最后扭矩T_F来看，对本发明的螺纹连接得出的曲线A与对用API润滑脂润滑的螺纹连接得出的曲线B非常相似。这表明，本发明润滑物质的摩擦系数与标准API润滑脂的摩擦系数相同。

对于两条曲线A和B，因为所试验的螺纹件的具体配对，承担扭矩T_S等于这种形式的螺纹连接所特有的最优装配扭矩的大约70％(螺纹之间和密封表面之间的大过盈)。

图20中的曲线A和B表示与上述图中的螺纹连接相同和用同样方法处理的VAM

螺纹连接的承担扭矩随着装拆循环次数的变化而变化的函数关系(10个循环以下)，其中，承担扭矩用相对于最优装配扭矩的相对值表示，而最优装配扭矩为所述的最小装配扭矩与最大扭矩之间的平均值。

图20表示在10次装拆循环过程中，承担扭矩变化很小，并且本发明的螺纹连接的承担扭矩(曲线A)比用API润滑脂涂层的螺纹连接的承担扭矩(曲线B)更好，甚至当在装拆循环之间更新涂层也是这样：在曲线A的情况下，承担扭矩从第一次装配时的为最优装配扭矩的69％变化至第10次装配时的58％；而在曲线B的情况下，从第一次装配的70％变化至第6次装配的36％。这表明，在10次装拆循环后，在本发明的螺纹连接上保留有足够的润滑物质，可使螺纹和支承表面上得到稳定的润滑特性。

图20中的曲线C和D表示对于与图20的曲线A和B相同的螺纹连接，初次拆开的扭矩随着连续10次装拆循环的拆开数目变化而变化的情况，这种变化是相对于最后的装配扭矩表示的。

因为没有擦伤，图20中的曲线C的第一个提示(本发明的螺纹连接)是连接总是可以拆开。

曲线C的最初拆开扭矩在最后装配扭矩的97％和106％之间变化，再次表明性能稳定。

在图20的曲线D的情况下(API润滑脂)，最初拆开扭矩在最后装配扭矩的84％和101％之间变化，表示变化比曲线C的变化稍微大些。

在10次装拆循环后螺纹和密封表面的肉眼观察的最后外观很好，没有擦伤痕迹。

下表比较在相同的VAM

51/2″17磅/英尺L80等级的螺纹连接上进行图19和图20的试验，在进行了最大10次循环时出现擦伤以前所得到的装拆循环次数。但螺纹元件选择其螺纹之间的过盈较小，而支承表面之间的过盈较大。

	擦伤前的循环次数
	擦伤前的循环次数	使用API 5A2润滑脂的螺纹连接(参考)	≥10
带有干燥的MoS<sub>2</sub>光泽面的螺纹连接	6	使用API 5A2润滑脂的螺纹连接(参考)	≥10
带有干燥的MoS<sub>2</sub>光泽面的螺纹连接	6	带有根据例2的润滑物质的本发明的螺纹连接	≥10

结果证实，采用现有技术的MoS₂干燥光泽面导致迅速出现不可接受的擦伤，而从擦伤观点来看，与采用由API润滑脂涂层的螺纹连接的结果比较，采用上述润滑物质可得到满意的结果。

Claims

1.一种螺纹管连接的阳螺纹件或阴螺纹件(2)，它包括相应的阳螺纹或阴螺纹(104，204)，润滑物质至少沉积在螺纹连接的螺纹(12、52)的表面(14，16，18，20，54，56，58，60)上，其特征在于，在形成螺纹管连接之前润滑物质沉积为薄层(22)，并且润滑物质为下列物质的均匀混合物：

a)增稠剂；

b)至少一种耐极压添加剂，包括至少一种称为化学极压添加剂的可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学极压添加剂能够在赫兹压力为1000MPa或更大的情况下使用；和

c)油。

2.如权利要求1所述的螺纹件，其特征在于，该一种或多种耐极压添加剂的物理和化学性质与增稠剂相适应。

3.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，一种或多种化学极压添加剂和增稠剂均可溶于油中。

4.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质的组分的比例选择得使所述润滑物质的稠度能保证自行润滑和形成薄膜。

5.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，增稠剂含有带明显极性的化学分子。

6.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，在120℃或更高的温度下，增稠剂化学性质稳定。

7.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，所述增稠剂为有机增稠剂。

8.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，所述增稠剂为无机增稠剂。

9.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，一种或多种化学极压添加剂从以磷为基础、以硫和磷为基础、以氯为基础和以改性或不改性的酯类为基础、改性或不改性的脂肪酸为基础、或以复杂酯类为基础的硫基的或含硫的化学极压添加剂组成的组中选择。

10.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，有机增稠剂为氧化的矿脂蜡，其中使用了多种包括含硫产品、高碱性的磺酸盐和金属二硫代磷酸盐的化学极压添加剂，并且其中的油为矿物油。

11.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，一种或多种极压添加剂包括至少一种可起物理作用的亚微米级固体颗粒形式的极压添加剂。

12.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，一种或多种极压添加剂为化学作用类型。

13.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，至少一种极压添加剂具有抗腐蚀性质。

14.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质中的极压添加剂总含量在5～50重量％范围内，另外，极压添加剂包括多种化学极压添加剂。

15.如权利要求14所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质中的增稠剂含量在5～60重量％范围内；另外，润滑物质中的油含量在30～75重量％范围内。

16.如权利要求14所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质中的增稠剂含量在60～80重量％范围内，并且润滑物质中的油含量在5～20重量％范围内。

17.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，一种或多种化学极压添加剂或添加剂包括氯化石蜡，润滑物质中的增稠剂含量在25～60重量％范围内，润滑物质中的极压添加剂总含量在40～75重量％范围内，而润滑物质中的油含量在0.5～15重量％范围内。

18.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质层的重量在0.1g/m²～40g/m²范围内。

19.如权利要求1所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质沉积的表面(14，16，18，20，54，56，58，60)被处理，以吸收或吸附所述润滑物质。

20.如权利要求19所述的螺纹件，其特征在于，所述处理过的表面为从由磷酸盐层、草酸盐层和金属层组成的组中选择的层(32)的表面。

21.如权利要求1所述的螺纹件，其特征在于，所述表面(14，16，18，20，54，56，58，60)经过处理，使所述表面具有可控制的粗糙度，以吸收或吸附润滑物质。

22.如权利要求19所述的螺纹件，其特征在于，所述表面(14，16，18，20，54，56，58，60)经过处理可以吸收或吸附深度为0.003mm～0.080mm范围内的润滑物质。

23.如权利要求1所述的螺纹件，其特征在于，螺纹件包括至少一个密封表面(208)，润滑物质也在每一个密封表面上沉积成薄层(28)。

24.如权利要求1所述的螺纹件，其特征在于，螺纹件包括至少一个装配接合面(210)，润滑物质也在每一个接合面上沉积成薄层(30)。

25.如权利要求23或24所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质沉积在上面成为薄层的所有表面为经过处理可吸收或吸附润滑物质的表面。

26.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质包括重量小于5％的对耐擦伤性质无作用的着色剂。

27.如权利要求1或2所述的螺纹件，其特征在于，润滑物质不包括重金属或所述金属的化合物。

28.如权利要求19所述的螺纹件，其特征在于，其用螺纹装配到对应类型的螺纹件上以构成螺纹管连接。

29.如权利要求28所述的螺纹件，其特征在于，只有其中一个螺纹件是根据权利要求19的螺纹件，另一个螺纹件在形成螺纹管连接之前润滑物质在螺纹表面上沉积为薄层，并且润滑物质为具有下列三组物质的均匀混合物：

a)增稠剂；

c)油。

30.一种在耐擦伤的螺纹管连接的阳螺纹件或阴螺纹件上形成润滑物质薄层的方法，该螺纹件包括阳螺纹或阴螺纹，其中：

a)制备一种均匀的液体混合物，它由下列物质组成：

·挥发性溶剂；

·增稠剂；

·至少一种耐极压添加剂，包括至少一种可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学极压添加剂能够在赫兹压力为1000MPa或更大的情况下使用；和

·油；

b)厚度基本均匀的所述液体混合物薄层在形成螺纹管连接之前施加在至少是螺纹连接的螺纹表面上；和

c)使挥发性溶剂蒸发掉或允许它蒸发掉。

31.一种形成耐擦伤的螺纹管连接的方法，该方法包括下述步骤：

a)加工阳螺纹件和阴螺纹件，每一个螺纹件都包括用于与另一个螺纹件的对应螺纹配合的螺纹；

b)处理至少一个螺纹件的螺纹表面，用于吸收或吸附将在进一步的步骤中沉积的润滑物质；

c)至少在螺纹件的阳螺纹和阴螺纹的螺纹表面上将润滑物质沉积为薄层，该润滑物质为下列物质的均匀混合物：

i)增稠剂；

ii)至少一种耐极压添加剂，包括至少一种称为化学极压添加剂的可进行化学作用的耐极压添加剂，该化学极压添加剂能够在赫兹压力为1000MPa或更大的情况下使用；和

iii)油；

d)将阳螺纹件装配在阴螺纹件上。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，在步骤b)中在螺纹表面上进行的处理是磷酸化处理。