CN100578065C - 表面处理的螺纹管 - Google Patents

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Abstract

石油开采工业用螺纹金属管具有表面处理的螺纹末端部分，这里金属表面的粗糙度(Ra)在2.0μm～6.0μm之间，金属表面上覆盖一层干的抑制腐蚀的第一均匀涂层(7)和干的第二润滑均匀涂层(8)。或者层(8，9)结合为含有分散固体润滑剂颗粒的干的抑制腐蚀的均匀涂层(9)。

Description

表面处理的螺纹管
技术领域
本发明涉及一螺纹管，尤其适合形成一螺纹接头以连接应用在石油和天然气开采工业中的管段成管线，为螺纹部分提供表面保护以增加它的抗腐蚀性和耐磨损性。此外，本发明涉及制备螺纹管具有干的表面保护层以提高其抗腐蚀和耐磨损性的工艺。
背景技术
在油田使用预先确定长度的金属管，连接以形成管线达到开采的石油或天然气储藏区是很普遍的。
开采技术需要在钻探过程中逐渐勘测井的内部，这是用金属管进行的，也称为油井勘探。一旦达到希望的深度，放入一根更小直径的金属管线，称为管道，以泵出气态或液态的碳氢化合物到地面。勘探和管道线是由管段用螺纹接头连接在一起形成的。
装配操作中主要的问题是螺纹和滑动接触的其它管表面发生磨损。通常在阳螺纹和阴螺纹的表面使用添加剂或润滑剂以获得接头的连接，避免磨损。通常在操作中使用的掺杂剂在其组成中含有重金属颗粒如Pb或Cu。另一方面，这些金属对健康和环境是有害的，是应尽可能避免的。
除了上述危险外，掺杂剂的使用带来了其它操作，如通常在不利的环境条件下必须在油田上进行的连接器的清洗和掺杂。这些不希望的额外操作既昂贵又耗费时间。
使用掺杂剂的另一个潜在危险称为过度掺杂，如确实存在在连接器上铺放过多掺杂剂的可能，其结果是在连接器装配过程中，过量的掺杂剂不能通过管段螺纹末端部分排出。裹带的掺杂剂在连接器内能产生高压，在一定的环境下压力能造成管段螺纹部分发生塑性变形，甚至接头凸件的失效。一旦发生这种情况，连接器不再有效，必须更换管段和/或管套。现有技术中已知的几种表面处理技术主要解决石油工业上使用的螺纹连接器的磨损问题。尽管如此，这些已知的解决方案不能解决确保油田内装配操作中高内磨损性和在管子螺纹部分使用干涂层的高抗腐蚀性，后者特征对管子的运输和储藏是需要的，以免它们被破坏。
US4,414,247公开了一种使用分散有固体润滑剂颗粒的树脂涂料的方法。US6,027,145公开了一种相似的溶液，使用有机树脂沉积在固体磷酸盐层表面。然而，在这两份文献中，公开的溶液没有提供抗腐蚀保护。相似地，US4,692,988没有公开腐蚀保护的方法；此外，它提供了使用油脂以进行连接装配，因此，它不是一个干法工艺和不希望添加油脂的额外工作的工艺。
PCT申请WO02/18522使用油、增稠剂和添加剂的混合物以保护抗磨损。由于这些混合物用作控制粘度的湿涂料，因此该涂覆工艺不是干法的。
PCT申请WO01/16516公开了抑制生锈涂层以保护连接器抗腐蚀。这种抑制抗锈涂层存在于含抑制生锈的石油层中。尽管如此，该层被涂覆在干的润滑涂层上，在油田上装配连接器前需要除去它，这就引入了不需要的额外操作。
发明内容
本发明的主要目的是通过具有螺纹部分的确定长度的螺纹管段消除上述提到的缺点，适合形成管的螺纹接头，具有优异的装配性能和在最宽的环境范围和目前通常的操作条件下的抗腐蚀性能，根据本发明的管段组成的接头确保具有最佳性能甚至在多次装配和拆装操作后。
本发明的另一个目的是提供一个上述提到的管段螺纹部分表面处理的工艺。
本发明的另一个目的还提供一个由上述提到类型管段组成的连接器。
依据本发明，通过石油开采工业用一定长度的管段，它具有一个基本圆柱形的中心部分和至少一个螺纹末端部分，其中至少螺纹表面的表面粗糙度(Ra)在2.0μm和6.0μm之间，所述表面覆盖干的抑制腐蚀的第一均匀涂层和所述第一层覆盖干的第二润滑均匀涂层，可实现上述提到的目的和由下列描述变得更明显的其它目的。
根据本发明的深一层方面，上述缺点被克服，使石油或天然气开采工业用金属管螺纹末端部分具有上述特征的制备工艺步骤包括：
a)提供至少接近螺纹部分的管金属的表面粗糙度(Ra)在2.0μm和6.0μm之间；
b)在至少接近螺纹部分的管金属表面提供干的抑制腐蚀的第一均匀层；
c)在至少接近螺纹部分的第一均匀层上提供干的的第二润滑均匀层。
根据本发明的深一层方面，上述缺点被克服，使石油或天然气开采工业用金属管螺纹末端部分具有上述特征的制备工艺步骤包括：
a)提供至少接近螺纹部分的管金属的表面粗糙度(Ra)在2.0μm和6.0μm之间；
b)在至少接近螺纹部分的管金属表面提供含有固体润滑剂颗粒的干的抑制腐蚀的第一均匀层。
在优选的方案中，干的抑制腐蚀的第一层是含有锌颗粒的环氧树脂，厚度在10至20μm之间，更适宜在10至15μm之间。
在本发明的另一优选技术方案中，干润滑均匀层的第二层由无机粘合剂和固体润滑剂颗粒组成，其中之一是MoS2，厚度在10至20μm之间。
由于这些新的特点，管段适合被装配，而不需表面准备或添加油脂。
通过在管段连接形成的螺纹上使用干的润滑剂涂层和干的抑制腐蚀涂层，在油田内可能运输和储藏管道而没有因形成连接的螺纹部分的腐蚀而使管道失去一体性的危险。依据本发明方法处理的管道组成的连接器有更进一步的优点，在油田它们可被装配而不需除去抗腐蚀层和不需添加油脂。
本发明的一个重要特点是组成螺纹连接的凸件或凹件的至少一个的表面被处理以获得表面粗糙度2.0μm＜Ra＜6.0μm。最终表面粗糙度值对后来的涂层粘结是必需的。干的抑制腐蚀的涂覆层被沉积在金属处理过的相同的金属表面。接着，干的润滑涂覆层被沉积在抑制腐蚀的涂覆层上。或者，含有分散的固体润滑剂颗粒的干的抑制腐蚀的涂覆层被施加在表面处理管上。
依据本发明的其它特殊方案，想得到的金属表面粗糙度可通过其它方法实现，如喷沙法、磷酸盐涂覆或其它相当的机械或化学工艺。
附图说明
现依据优选方案通过以下附图描述本发明，本发明的范围不局限于实施例。
图1示出了依据本发明的两个管段组成的石油和天然气开采工业用的装配好了的连接器的纵轴截面图；
图2示出图1中连接器沿纵轴的局部放大细节的截面图；
图3示出依据本发明接近管螺纹表面的更大尺度的放大视图；
图4示出依据本发明的选择方案中接近管螺纹表面更大尺度的放大视图；
图5示出第一连接器A的装配/拆装周期与轴肩扭矩的关系，A由依据本发明的管子组成，这里100％代表装配扭矩。
图6示出第二连接器B的装配/拆装周期与轴肩扭矩的关系，B由依据本发明的管子组成，这里100％代表装配扭矩。
具体实施方式
参考述及的附图，现以非限定性实施例方式描述依据本发明的管道。
连接器包括作为凸件1的管道，称为销钉，具有外部截头圆锥表面，在末端部分有螺纹；和凹件，称为箱体，在箱的末端部分具有内部截头圆锥螺纹表面，它通常相应于管或连接器的套管。凸件1具有外螺纹3，凹件2具有内螺纹4。管1的螺纹部分5的放大图在图2中示出，这里在螺纹表面上提供保护层6。凹件2的螺纹部分可具有非常相似的形状或可被制成没有保护层，可与具有保护层的凸件相连接。
保护层6的组分放大示意图在图3示出，这里螺纹表面的特定表面粗糙度值Ra在2.0～6.0μm之间。抑制腐蚀的第一均匀层7，是由含有Zn颗粒的环氧树脂组成，沉积在螺纹金属表面。更好地这些颗粒由99％的纯锌组成。均匀层7的厚度在10～20μm之间。第二均匀层8是干的润滑涂层，它由无机粘结剂中的MoS2和其它固体润滑剂混合物组成，厚度在10～20μm之间，沉积在干的抑制腐蚀的均匀层7的表面。干的抑制腐蚀的均匀层7可以喷涂、刷涂、浸渍或任一可控制涂层厚度的其它方法实施。一旦干的抑制腐蚀的均匀层7完全干燥后，干的润滑均匀层8可以以喷涂、刷涂、浸渍或任一可控制涂层厚度的其它方法实施。
本发明的另一优选方案在图4中示出，这里图3方案中描述的干抑制腐蚀的涂层7和干的润滑均匀层8结合成一均匀层9，它为干的抑制腐蚀涂层，其中分散有固体润滑剂。该层的厚度在10～20μm之间。含有固体润滑剂颗粒分散的干抑制腐蚀的涂层可以喷涂、刷涂、浸渍或任一可控制涂层厚度的其它方法实施。
对依据本发明的管组成的管连接器的两个不同实施例的测试结果在下面给出。
a)连接器A具有管外径139,70mm，是商业上已知的“优质连接器”，有金属对金属密封和扭矩轴肩。
表面准备：喷沙处理，Ra＝3.60μm。
干的抑制腐蚀的均匀层7是含锌的环氧树脂，干的润滑均匀层8是由含有MoS2和固体润滑剂的无机粘合剂组成。
装配和拆装循环为5，每次拆装后清洁和检查磨损，绘制扭矩-旋转图和进行摩擦因子评价。
在该实施例给出测试结果的中，密封和螺纹上均无磨损，连接器具非常稳定的装配行为。这些结果与图5的曲线相对应，这里曲线代表轴肩扭矩，如与整个装备时间相比，凸件与凹轴肩需接触的时刻。
b)连接器B具有管外径88,90mm，是商业上已知的“优质连接器”，有金属对金属密封和扭矩轴肩。
表面准备：喷沙处理，Ra＝3.90μm。
干的抑制腐蚀的均匀层7是含锌的环氧树脂，干的润滑均匀层8是由含有MoS2和固体润滑剂的无机粘合剂组成。
装配和拆装循环次数为10，每次拆装后清洁和检查磨损，绘制扭矩-旋转图和进行摩擦因子评价。
在该实施例给出测试结果中，密封和螺纹上均无磨损，连接器具非常稳定的装配行为。这些结果与图6的曲线相对应，与图5中的曲线相似。
本发明表面处理可被施加在任一类型的螺纹和任一类型的接头，螺纹最高点包围的形状可是圆柱或截头圆锥形或两种的结合。
本发明连接可被使用在任一类型的连接器上，尤其是当凹件在管末端形成或当管套具有在两末端的两个凹件以连接两个凸件时使用。
从所描述的，本发明可实现前述中设定的所有目的。

Claims (18)

1、一种石油开采工业用的金属制成的具有确定长度的管段(1)，具有基本圆柱壁的中心部分，和至少一个螺纹末端部分(3，4)覆盖有表面保护层，其特征在于，至少螺纹末端部分(3，4)的金属表面具有表面粗糙度Ra在2.0～6.0μm之间，保护层由第一均匀层(7)和第二均匀层(8)组成，其中第一均匀层(7)是含锌颗粒环氧树脂组成的干的抑制腐蚀的涂层，第二均匀层(8)是包覆在第一均匀层(7)上的干的润滑涂层。
2、权利要求1所述的管段，其中第一均匀层(7)的厚度在10～20μm之间。
3、权利要求1所述的管段，其中第二均匀层(8)由固体润滑剂颗粒混合物和无机粘合剂组成，其中一种固体润滑剂为二硫化钼。
4、权利要求3所述的管段，其中第二均匀层(8)的厚度在10～20μm之间。
5、权利要求1所述的管段，其中所述螺纹末端部分是圆锥形或截头圆锥形包络面。
6、权利要求1所述的管段，其中所述的螺纹末端部分是圆柱形包络面。
7、权利要求5或6所述的管段，其中管段上螺纹末端部分作为连接器的凸件。
8、权利要求5或6所述的管段，其中管段上螺纹末端部分作为连接器的凹件。
9、一种石油或天然气开采工业用的金属制成的确定长度的管段(1，2)具有基本圆柱形的中心部分，和至少一个螺纹末端(3，4)覆盖有表面保护层，其特征在于，螺纹末端部分的表面粗糙度Ra在2.0～6.0μm之间，所述的表面保护层由均匀层(9)构成，均匀层(9)为分散有固体润滑剂颗粒的抑制腐蚀的涂层。
10、权利要求9所述的管段，其中均匀层(9)含有分散的二硫化钼颗粒。
11、一种石油或天然气开采工业用的螺纹管接头由分别具有阳、阴螺纹的凸、凹螺纹管部件构成，其中至少一个管部件具有权利要求1-6任一项所述的管段。
12.一种石油或天然气开采工业用的螺纹管接头由分别具有阳、阴螺纹的凸、凹螺纹管部件构成，其中至少一个管部件具有权利要求7所述的管段。
13.一种石油或天然气开采工业用的螺纹管接头由分别具有阳、阴螺纹的凸、凹螺纹管部件构成，其中至少一个管部件具有权利要求8所述的管段。
14.一种石油或天然气开采工业用的螺纹管接头由分别具有阳、阴螺纹的凸、凹螺纹管部件构成，其中至少一个管部件具有权利要求9或10所述的管段。
15、一种制备权利要求1所述的管段的工艺，包括以下步骤：
a)使至少靠近螺纹部分的管金属表面粗糙度在2.0～6.0μm之间；
b)在至少靠近螺纹部分的金属表面上提供干的抑制腐蚀的第一均匀层(7)；
c)在至少靠近螺纹部分的抑制腐蚀的第一均匀层(7)上提供第二均匀层(8)，其中第二均匀层是干的润滑涂层。
16、一种制备权利要求9所述的管段的工艺，包括以下步骤：
a)使至少靠近螺纹部分的管金属表面粗糙度在2.0～6.0μm之间；
b)在至少靠近螺纹部分的管金属表面提供分散有固体润滑剂颗粒的干的抑制腐蚀的均匀层(9)。
17、权利要求15或16所述的工艺，其中金属表面粗糙度Ra可通过喷沙工艺实现。
18、权利要求15或16所述的工艺，其中金属表面粗糙度Ra可通过在金属表面沉积磷酸盐工艺实现。
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