CN117441001A - 固体润滑被膜形成用试剂、油井管和油井管螺纹接头 - Google Patents
固体润滑被膜形成用试剂、油井管和油井管螺纹接头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117441001A CN117441001A CN202280037264.7A CN202280037264A CN117441001A CN 117441001 A CN117441001 A CN 117441001A CN 202280037264 A CN202280037264 A CN 202280037264A CN 117441001 A CN117441001 A CN 117441001A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- epoxy resin
- film
- curing agent
- weight
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 246
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 title claims abstract description 161
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000003129 oil well Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 261
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 261
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims abstract description 158
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims abstract description 150
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical group N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 82
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims abstract description 34
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 64
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 64
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 58
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims description 44
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 150000008065 acid anhydrides Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000004840 adhesive resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920006223 adhesive resin Polymers 0.000 claims description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 13
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 311
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 145
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 58
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 48
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 39
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 30
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 30
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 29
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N triphenylphosphine Chemical compound C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 10
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 10
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 9
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 9
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 9
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 7
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 7
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 6
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 6
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 6
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 5
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 4
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 4
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004063 acid-resistant material Substances 0.000 description 3
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- AHDSRXYHVZECER-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-tris[(dimethylamino)methyl]phenol Chemical compound CN(C)CC1=CC(CN(C)C)=C(O)C(CN(C)C)=C1 AHDSRXYHVZECER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 2-methylphenol;3-methylphenol;4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C=C1.CC1=CC=CC(O)=C1.CC1=CC=CC=C1O QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WADSJYLPJPTMLN-UHFFFAOYSA-N 3-(cycloundecen-1-yl)-1,2-diazacycloundec-2-ene Chemical compound C1CCCCCCCCC=C1C1=NNCCCCCCCC1 WADSJYLPJPTMLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 2
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000004841 bisphenol A epoxy resin Substances 0.000 description 2
- PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N bisphenol F Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CC1=CC=C(O)C=C1 PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluoroethylene Chemical compound FC(F)=C(F)Cl UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007739 conversion coating Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 2
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- ZQKXQUJXLSSJCH-UHFFFAOYSA-N melamine cyanurate Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1.O=C1NC(=O)NC(=O)N1 ZQKXQUJXLSSJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000002335 surface treatment layer Substances 0.000 description 2
- KMOUUZVZFBCRAM-OLQVQODUSA-N (3as,7ar)-3a,4,7,7a-tetrahydro-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1C=CC[C@@H]2C(=O)OC(=O)[C@@H]21 KMOUUZVZFBCRAM-OLQVQODUSA-N 0.000 description 1
- OWEYKIWAZBBXJK-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dichloro-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)ethylene Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C(=C(Cl)Cl)C1=CC=C(O)C=C1 OWEYKIWAZBBXJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GQHTUMJGOHRCHB-UHFFFAOYSA-N 2,3,4,6,7,8,9,10-octahydropyrimido[1,2-a]azepine Chemical compound C1CCCCN2CCCN=C21 GQHTUMJGOHRCHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CQOZJDNCADWEKH-UHFFFAOYSA-N 2-[3,3-bis(2-hydroxyphenyl)propyl]phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1CCC(C=1C(=CC=CC=1)O)C1=CC=CC=C1O CQOZJDNCADWEKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIGURUTWFKYJCH-UHFFFAOYSA-N 2-[[1-(oxiran-2-ylmethoxymethyl)cyclohexyl]methoxymethyl]oxirane Chemical compound C1OC1COCC1(COCC2OC2)CCCCC1 HIGURUTWFKYJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QDFXRVAOBHEBGJ-UHFFFAOYSA-N 3-(cyclononen-1-yl)-4,5,6,7,8,9-hexahydro-1h-diazonine Chemical compound C1CCCCCCC=C1C1=NNCCCCCC1 QDFXRVAOBHEBGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVRNUXJQQFPNMN-VAWYXSNFSA-N 3-[(e)-dodec-1-enyl]oxolane-2,5-dione Chemical compound CCCCCCCCCC\C=C\C1CC(=O)OC1=O WVRNUXJQQFPNMN-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 1
- HDPBBNNDDQOWPJ-UHFFFAOYSA-N 4-[1,2,2-tris(4-hydroxyphenyl)ethyl]phenol Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C(C=1C=CC(O)=CC=1)C(C=1C=CC(O)=CC=1)C1=CC=C(O)C=C1 HDPBBNNDDQOWPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NSPMIYGKQJPBQR-UHFFFAOYSA-N 4H-1,2,4-triazole Chemical compound C=1N=CNN=1 NSPMIYGKQJPBQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 description 1
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010539 anionic addition polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004203 carnauba wax Substances 0.000 description 1
- 235000013869 carnauba wax Nutrition 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000008157 edible vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002460 imidazoles Chemical class 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N methane;molecular fluorine Chemical compound C.FF QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002362 mulch Substances 0.000 description 1
- 231100000989 no adverse effect Toxicity 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- AFEQENGXSMURHA-UHFFFAOYSA-N oxiran-2-ylmethanamine Chemical compound NCC1CO1 AFEQENGXSMURHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 150000003003 phosphines Chemical class 0.000 description 1
- 229920000962 poly(amidoamine) Polymers 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000002685 polymerization catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920006295 polythiol Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 238000007151 ring opening polymerisation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M169/00—Lubricating compositions characterised by containing as components a mixture of at least two types of ingredient selected from base-materials, thickeners or additives, covered by the preceding groups, each of these compounds being essential
- C10M169/04—Mixtures of base-materials and additives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B33/00—Features common to bolt and nut
- F16B33/02—Shape of thread; Special thread-forms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B33/00—Features common to bolt and nut
- F16B33/06—Surface treatment of parts furnished with screw-thread, e.g. for preventing seizure or fretting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
- C10M2201/04—Elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
- C10M2201/087—Boron oxides, acids or salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2207/00—Organic non-macromolecular hydrocarbon compounds containing hydrogen, carbon and oxygen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2207/10—Carboxylix acids; Neutral salts thereof
- C10M2207/12—Carboxylix acids; Neutral salts thereof having carboxyl groups bound to acyclic or cycloaliphatic carbon atoms
- C10M2207/125—Carboxylix acids; Neutral salts thereof having carboxyl groups bound to acyclic or cycloaliphatic carbon atoms having hydrocarbon chains of eight up to twenty-nine carbon atoms, i.e. fatty acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2209/02—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C10M2209/08—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to a carboxyl radical, e.g. acrylate type
- C10M2209/084—Acrylate; Methacrylate
- C10M2209/0845—Acrylate; Methacrylate used as base material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2209/10—Macromolecular compoundss obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C10M2209/103—Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups
- C10M2209/1033—Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups used as base material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2213/00—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2213/06—Perfluoro polymers
- C10M2213/062—Polytetrafluoroethylene [PTFE]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2010/00—Metal present as such or in compounds
- C10N2010/06—Groups 3 or 13
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
- C10N2020/01—Physico-chemical properties
- C10N2020/02—Viscosity; Viscosity index
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
- C10N2020/01—Physico-chemical properties
- C10N2020/055—Particles related characteristics
- C10N2020/06—Particles of special shape or size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
- C10N2030/12—Inhibition of corrosion, e.g. anti-rust agents or anti-corrosives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
- C10N2050/015—Dispersions of solid lubricants
- C10N2050/02—Dispersions of solid lubricants dissolved or suspended in a carrier which subsequently evaporates to leave a lubricant coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2080/00—Special pretreatment of the material to be lubricated, e.g. phosphatising or chromatising of a metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/04—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with additional sealings
Abstract
本发明能够提供即使润滑采用固体润滑被膜也能够对油井管螺纹赋予润滑性和优良的耐腐蚀性的固体润滑被膜。一种用于在油井管的螺纹部形成固体润滑被膜的试剂,其中,粘合剂树脂包含预聚物和固化剂,上述预聚物包含一种或两种以上环氧树脂,相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该预聚物,构成上述预聚物的环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下,上述固体润滑剂的总重量为上述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
Description
技术领域
本发明是涉及油井管和油井管螺纹接头的润滑和耐腐蚀性的技术。本发明是涉及在螺纹部的面(包括金属密封面)形成有固体润滑被膜来代替湿式的润滑复合物的油井管和油井管螺纹接头的技术。在本说明书中,螺纹部的紧固面包括金属密封面。
在此,固体润滑被膜是指由作为基体成分的粘合剂树脂和分散并分布在粘合剂树脂中的固体润滑剂以及根据需要添加的添加剂构成的被膜。另外,本发明意在谋求通过实现油井管螺纹的润滑的固体润滑被膜来改善润滑并且具有耐腐蚀性。
另外,在本说明书中,以“润滑性”、“高润滑性”这样的术语进行说明的现象在广义上是指容易以低摩擦系数滑动的现象。另外,高润滑性在狭义上是指能够进行紧固/放松的次数(也记为M/B次数)能够为规定次数以上。例如,关于油井管螺纹接头的防烧伤性(耐焼き付き性),记载于API 5C5标准中。在API 5C5标准中,在套管尺寸的情况下要求能够进行至3次紧固。另外,在管道尺寸的情况下,要求能够进行至10次紧固。
需要说明的是,在本说明书中,有时将具有内螺纹的管统称记载为套筒。即,联轴器也记载为套筒的一种。
背景技术
在油井管螺纹接头中,在螺纹部的润滑中,以往通过磷酸Mn化学转化处理膜、使用了Cu等的电镀对外螺纹侧和内螺纹侧中的至少一者的部件的螺纹部的面即紧固面(密封面)(以下,也简称为“紧固面”)进行表面处理而形成被膜。然后,在该被膜上涂布包含Pb、Zn等的润滑复合物来谋求润滑。
需要说明的是,在本说明书中,在螺纹部的紧固面(密封面)形成有被膜的情况下,包括该被膜在内称为紧固面。
与此相对,近年来,基于“干式/无掺杂”的非湿式润滑技术受到关注。“干式/无掺杂”包括膜本身不是API-mod复合物那样的粘性液体状的意思和不含有害重金属的意思。作为这样的“干式/无掺杂”的润滑,有对紧固面形成固体润滑被膜而谋求润滑的技术。本发明是涉及该“干式/无掺杂”情况下的润滑的技术。
在此,在过去的专利文献中,有关于各种固体润滑被膜的发明。固体润滑被膜由负责润滑的润滑剂成分和使润滑剂成分保持在膜中的作为基体成分的固体膜构成。固体膜是指不具有粘性的膜,不是液态的膜,其本身也有使螺纹紧固放松时的润滑完成的意思。以往以来的磷酸Mn膜、电镀Cu膜本身是固体膜。但是,由于以涂布润滑脂状的复合物而谋求润滑作为前提,因此,不包含在固体润滑被膜中。在本发明中,以固体膜的形式达到润滑,设想有机树脂膜作为固体膜。因此,在以下的记载中,将该固体膜也记载为粘合剂树脂。
关于油井管螺纹接头中使用的以往的润滑被膜,例如记载于专利文献1~专利文献9。
在此,在油井管螺纹的领域中,BN作为固体润滑剂的候补组中的一个而被广泛地例示在许多专利文献中。例如,在专利文献1、2中,有存在于固体润滑被膜中的固体润滑剂例示BN的例子。
另外,环氧树脂在过去的专利文献中被例示。但是,在过去的专利文献中,明确地定义了环氧树脂,但定义该试剂构成的情况少。另外,在过去的专利文献中,想要确定技术、但无法完全确定的事例较多。
环氧树脂的定义非常广泛。环氧树脂通常是通过作为预聚物(成为环氧树脂的前体)的具有环氧基的化学物质与固化剂相互交联并结合而构成的热固性树脂的总称。但是,无论是在学术上还是在商业上,在专利文献的字面上,表述为环氧树脂时,有是指预聚物的具有环氧基的化学物质本身的情况、以及是指该预聚物与固化剂共聚而可能制作的环氧树脂的情况。但是,它们几乎都是不区分地使用。在过去的专利文献中,称为环氧树脂大致相当于后者。总之,在过去的专利文献中,仅广泛地使用环氧树脂(参照专利文献3~8)。
需要说明的是,在以下的记载中,在说明本发明时,将作为制作环氧树脂膜的原材料(预聚物)的环氧树脂试剂称为“预聚物”或“狭义的环氧树脂”。另外,最终将预聚物与固化剂聚合而成的环氧树脂(膜)称为“环氧树脂被膜”而区分开。
接着,对专利文献3~9进行说明。
专利文献3是在Cu-Sn-Zn镀层基底上形成固体润滑被膜的发明。在专利文献3中,作为固体润滑被膜的粘合剂树脂,选定从环氧树脂和聚酰胺酰亚胺树脂中的一个或两个选择的树脂。
在专利文献4~6中例示了环氧树脂作为耐热性优良、润滑性优良的固体润滑被膜的成分。在专利文献4~6中,关于环氧树脂的耐热性,未明确记载温度具有多少度为止的材料,难以掌握所使用的环氧树脂的特性。
在专利文献7中明示了在Zr系的镀层基底上形成双液混合型的环氧树脂。但是,双液混合型的环氧树脂并不是新的,如上所述,环氧树脂由预聚物的狭义的环氧树脂固化剂构成。双液混合型仅是指当场使双液混合的类型。即使是单液型,由于其里面含有预聚物和固化剂,因此其本身并不新鲜。
专利文献8是在紫外线固化型树脂上形成丙烯酸有机硅树脂的发明。在专利文献8中,例示了丙烯酸改性环氧树脂作为候补组之一,记载了使主链骨架为环氧树脂并将其末端丙烯酰化而得的物质。
在专利文献9中描述了光固化型丙烯酸树脂被膜。专利文献9记载了光固化性(甲基)丙烯酸酯树脂,对(甲基)丙烯酸酯单体组基于光聚合引发材料等的触发进行共聚而成的膜进行了规定,而且,作为形成丙烯酸酯侧链的主链结构,在候补组中与聚酯、聚醚、聚氨酯一起例示了环氧树脂。
另外,虽然不是固体润滑被膜的评价事例,但在非专利文献1中,作为利用使用了短销的立式动力钳的紧固试验方法,记载了在对短销的上端面始终负载5kN的重物(510kg重)的状态下实施紧固放松的方法。但是,非专利文献1中,作为进行新的螺纹设计的可否判断的手段,使用以往的润滑脂状复合物进行评价。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特再公表2017-110686号公报
专利文献2:WO2017-110685号公报
专利文献3:日本特再公表2018-216497号公报
专利文献4:日本特表2015-501906号公报
专利文献5:日本特再公表2015-198557号公报
专利文献6:日本特再公表2017-110685号公报
专利文献7:日本特开2017-71844号公报
专利文献8:日本特再公表2013-183634号公报
专利文献9:日本特开2011-12251号公报
非专利文献
非专利文献1:津留等,石油技术协会志61卷6期(1996)PP.527-536.
发明内容
发明所要解决的问题
对于本发明中作为目标的油井管螺纹的润滑,处于特殊的滑动状况。
即,在现场(实际的井),实际长度为约8m以上且小于约15m的销相对于设置于下方的套筒进行紧固/放松。此时,销处于如下状况:虽然在被起重机吊起的状态下使用动力钳进行紧固放松,但销的全部载荷施加于套筒螺纹。即,成为大载荷施加状态下的润滑。
另外,此时,销未必在理想的状态下进行紧固放松。即,紧固时,销螺纹被插入套筒螺纹、或者以稍微手动紧固的状态被设置。但是,销并不是相对于套筒螺纹直立不动地设置。另外,销也不是以一边向斜向倾斜一边笔直、即无挠曲地立起的状态设置。即,销处于下部被套筒螺纹约束,并且根据材料所具有的弹性模量(杨氏模量)和实际的销长度而上端侧(紧固侧的相反侧前端侧)成为略挠曲的状态。特别是8m以上的长度的销的情况下,如果从下方仰视,则销被笔直地设置于套筒内,并且看起来像弯曲。从该状态起,销进行紧固放松,因此,套筒螺纹和销螺纹完全不会在均质且对称地施加有载荷的状态下进行紧固放松。因此,成为在螺纹表面的一部分局部强烈地碰撞的状态下进行紧固放松的状况。即,成为偏载荷状态下的润滑。另外,局部强烈地碰撞的部位也根据紧固放松而变化。
在以往的使用润滑脂状复合物的润滑技术中,紧固放松时,复合物追随地移动。因此,即使存在一些润滑条件的变动等,润滑剂(润滑复合物)也以使紧固放松向良好的方向收敛的方式发挥功能。因此,在螺纹接头的紧固放松的评价试验(也称为实验室试验)中,能够不依赖于使用实际尺寸销的评价,而通过使用短销的评价来掌握实际尺寸销的润滑状况。
另一方面,根据发明人的调查,在使用固体润滑被膜的油井管螺纹的润滑技术中,固体润滑被膜不可避免地在某种程度上被磨削。而且,需要设法使该磨削屑不堵塞螺纹间隙。另外,此时,来自于被磨削掉的固体润滑被膜的二次生成物不一定与紧固放松联动而始终追随地移动。
以上是在实际的井中发生的、固体润滑被膜与使用润滑复合物的润滑的情况大不相同之处。
在通过实验室试验对固体润滑被膜进行评价的情况下,在与使用润滑复合物的润滑的情况同样地使用短销的评价中,出于如上所述的理由,未必能够模拟大载荷/偏载荷的影响。在使用了比实际的井中的状况短的短销的评价中,可知固体润滑被膜难以被磨削,无法形成能够模拟实际的井中的烧伤(焼き付き)行为的状况。
如此,在以往的使用短销的评价中,无法模拟由固体润滑被膜的磨削屑构成的二次生成物堵塞而烧伤、或者二次生成物再次被按压于紧固面而具有润滑膜的效果等状况。即,在单纯地使用短销的以往的评价中,固体润滑被膜的评价无论如何都变宽松,在决定固体润滑被膜的物性参数时,本来不合格的区域也会被错误地评价为合适的范围。
出于这样的理由,发明人得到了如下见解:在以往的现有文献的记载中,实际情况是基于如上所述的宽松评价而记载了合适的范围的情况较多。
而且,发明人得到了如下见解:需要在与实际的井中油井管螺纹在紧固放松时暴露同样的状况、即大载荷/偏载荷下执行紧固放松为前提进行评价,进行与固体润滑被膜相关的参数组的规定。因此,得到了如下见解:需要在按照实际的井中的使用条件的、润滑性的保证和使该参数的上下限的规定的意义明确的基础上设定各规定。即,得到了如下见解:在符合实际的井的状况的评价中,进行参数的上下限的规定很重要。
在此,如上所述,对于在油井管螺纹的润滑中应确认的润滑行为的评价,以往大多将使用了短销的、利用动力钳的紧固放松行为、紧固放松次数作为评价对象。
此时,在使用润滑脂状复合物作为润滑剂的情况下,与紧固放松联动地,复合物也联动地移动。因此,在评价润滑时,无论是使用短销以卧式钳进行评价还是以立式钳进行评价都没有特别的问题,能够评价润滑行为。即,对于以往的润滑脂状复合物而言,包括螺纹牙的设计、化学转化处理层或电镀层等基底层的可否、复合物本身的比较评价在内,使用短销实施实验室试验也能够进行评价。
另一方面,在固体润滑被膜的润滑的情况下,如上所述在评价中存在问题。即,在单纯地基于使用短销的实验室试验的评价中,未成为实际的井中的行为的模拟,对于润滑,成为相当宽松的评价。因此,在以往的实验室试验中存在如下问题:即使使用短销的评价为“合格”,也未必意味着在实际的井中的紧固放松中成为“合格”的评价。
另外,油井管螺纹的润滑存在与其它润滑行为不同之处,因此,存在无法应用基于其它润滑条件的评价的规定的问题。
通常,若提起摩擦的两物体间的润滑行为,则设想一者被固定而另一者移动的状况。而且,对于移动的物体,设想从密合于固定的物体的状态开始润滑。即使在两个物体移动的情况下,润滑也经常是从相互紧贴的状态开始。
另一方面,在油井管螺纹的润滑中,在紧固初期,销螺纹(外螺纹)从相对于套筒螺纹(内螺纹)存在螺纹的游隙量的松动的状态开始。因此,在螺纹彼此以一定程度啮合之前,螺纹彼此并不始终稳定地接触。即,在油井管螺纹的润滑中,强烈地碰撞的情况和几乎不碰撞的情况不均匀,强烈地碰撞时,对润滑膜带来损伤的担心高。此外,在螺纹啮合之后的润滑中,受到当场的润滑状况的影响而滑动。
特别是在存在直至螺纹啮合为止的“松动”的状况下,在使用润滑脂状复合物的以往的方法中,在螺纹有松动的紧固初期和放松末期,复合物与螺纹的紧固联动地移动。因此,对该松动的影响小。另一方面,在固体润滑被膜的情况下,存在如下差异:直接受到由松动引起的偏载荷的影响,固体润滑被膜容易受到损伤。
另外,在实际的井中,在紧固放松时,存在销螺纹的总重量施加于套筒螺纹而引起的影响。另外,由于如上所述存在松动,因此,其载荷也不是均匀地施加,在螺纹啮合之前,有销偏心地旋转的倾向。因此,固体润滑被膜必须是润滑可耐受作为偏载荷施加的大载荷的膜。无法应对一点不留地脱落的膜、几乎被破坏而消失的膜。在实际的井中,油井管大多以约12m~约16m运用。例如,约12m(约40英尺)的长度的油井管在9-5/8”的外径下成为约1t载荷的自重。在海洋钻机中,大多将预先三根连接而成的销螺纹紧固使用,因此,如果使用9-5/8”外径的油井管,则成为对套筒侧施加约3吨的苛刻的状况。
在油井管螺纹的润滑中,需要设想可耐受这样的大载荷和偏载荷的润滑。而且,发明人进行了各种研究,结果得出如下见解:重要的是,在大载荷的状况下且螺纹啮合之前存在“松动”的状况下,考虑如何抑制固体润滑被膜的损伤这一点,对固体润滑剂和粘合剂树脂进行研究。
另一方面,在过去的文献中,难以说基于这样的观点进行了固体润滑被膜的设计。
在此,发明人得到了上述见解是固体润滑被膜特有的这样的见解。
在涂布润滑脂状复合物的以往以来的润滑中,与紧固放松联动地,粘性液体状的润滑脂状复合物也联动地移动,因此,大载荷、偏载荷的影响相当大的部分得到缓和。因此,参照过去的文献,无论是使用短销利用卧式钳进行评价,还是使用短销利用立式钳进行评价,都能够没有特别问题地评价润滑行为。
另一方面,在如本发明这样使用了固体润滑被膜的油井管螺纹的润滑行为的情况下,在螺纹啮合之前的紧固、啮合之后的紧固中,固体润滑被膜也会受到损伤而剥离或者不可避免地被逐渐削薄。剥离的碎屑与润滑脂状复合物不同,未必与紧固放松联动地移动。而且,得到了如下见解:来自于被削掉的固体润滑被膜的二次生成物(碎屑)被释放到销螺纹与套筒螺纹的间隙所带来的影响对润滑产生较大的影响。即,如果间隙被磨削屑堵塞,则有时会直接导致烧伤。另一方面,也存在如下情况:通过以大载荷按压碎屑进行再构成,再次以膜的形式附着于螺纹中的任一者,从而改善润滑。
而且,发明人得到了如下见解:在实验室试验中使用短销的评价中,无法模拟在实际的井中发生的大载荷的状况和偏载荷的状况。即,在单纯地使用短销的评价中,来自于固体润滑被膜的二次生成物本身的产生少。因此,多数情况下将润滑行为错误地判定为合格,多数情况下在应用于实际的井之后才注意到固体润滑被膜的设计不好。
而且,在实验室试验中,如果不有意地制作螺纹啮合之前的存在“松动”的状况,则无法模拟在实际的井中发生的情况。另一方面,使用实际尺寸的销,在实际的井、模拟井(将实际尺寸销立起进行紧固放松试验的实验场)中每次进行试验也是不现实的。即,实验费用变得庞大,是不现实的。例如,后者一天花费约1千万日元以上的租赁费用,在固体润滑试验中,推定紧固放松的最大次数为20次~30次,花费庞大的费用。
而且,在过去的文献中,固体润滑被膜的评价几乎没有这样的考虑。即,螺纹的润滑评价没有特别明示,但利用在实验室试验中常见的卧式钳、单纯地使用短销的立式钳的应用事例较多。在该以往的评价中,成为排除了上述大载荷/偏载荷的影响的评价,因此,基本上大部分都示出良好的评价结果。因此,即使通过这些评价方法来规定使用了固体润滑被膜的润滑的合适的上下限,也并非意味着真正意义上的合适的范围。如此,即使通过以往的实验室试验中的短销评价筛选出的条件,也包括在实际的井中无法称为润滑良好的条件,不能说确定了技术。
在此,虽然不是固体润滑被膜的润滑行为的调查,但是,在非专利文献1中记载了在螺纹的紧固时和放松时都始终对销上端持续施加510kg重的载荷。510kg重的载荷的施加可能具有施加与7”尺寸的实际尺寸销一根相当的重量的意图。如上所述,在固体润滑被膜的评价中,重要的是模拟在实际的井中发生的大载荷和偏载荷。这是因为,来自于固体润滑被膜的二次生成物所引起的次要现象对润滑有很大影响。
但是,在将非专利文献1中公开的方法应用于实验室试验的情况下,存在两个问题。
第一个问题是,在实际的井中施加与实际的井中的实际尺寸销一根至三根连接相当的载荷,但510kg重的施加只能应对销轻的特定情况。即,根据销的尺寸,未必是模拟了大载荷。
第二个问题是无法模拟偏载荷。如果根据非专利文献1的图5等进行判断,非专利文献1的意图在于,特别是在高级接头时,在紧固之前一次旋转也没有,因此,对基于手动紧固的初始紧固位置(紧固开始点)从螺纹牙彼此啮合的状态开始进行的润滑进行试验。另外,虽然难以注意到,但在放松时,如果在施加了重物的载荷的状态下继续放松,则也存在如下问题。
即,放松时,重物反而成为平衡器,螺纹从紧固的位置笔直地松弛而不会引起松动。因此,销不会摆动,无法适当地模拟在实际的井中发生的放松时的烧伤产生。因此,根据状况,可能发生误解为润滑特性良好的状况。因此,还得到了如下见解:对于与固体润滑被膜有关的条件参数,需要将螺纹未充分啮合的状态的润滑状态和啮合之后的润滑也纳入视野来进行模拟,证明润滑特性优良。
在此,如上所述,在本发明作为目标的领域中,作为固体润滑剂的候补组中的一例,BN被广泛地例示在许多专利文献中。例如,在专利文献1、2中,存在有例示了BN作为在固体润滑被膜中存在的固体润滑剂的例子。但是,从能够保证如上所述的可耐受实际的井中的润滑行为的润滑性的观点出发,仅作为广泛的总结而定义为BN,不能维持润滑。
另外,关于使用环氧树脂作为粘合剂树脂,虽然在过去的专利文献中有例示,但是,按照环氧树脂的品质能够明确地定义粘合剂树脂的情况极少。
在专利文献3~8中,将使预聚物和固化剂混合而成的物质称为环氧树脂,或者将它们所制作的环氧树脂被膜称为环氧树脂,仅例示作为候补材料之一。而且,环氧树脂定义广泛,并不清楚确定了什么。
在此,环氧基是指具有氧基环丙烷(环氧乙烷)的氧的三元环,为了形成树脂,选择适当的固化剂进行交联反应。这意味着三元环开环聚合。总之,环氧基在成为环氧树脂的状态下不存在,成为聚醚(包含R-O-R’)、聚酯(包含R-COO-R’)、多羟基醚(包含-OH基和醚基)、多羟基胺(包含-OH基和胺基)等最终形态。
膜特性也继承了狭义的环氧树脂的特性和固化剂的特性。因此,即使是广泛的环氧树脂,也不能确定任何技术。环氧树脂被膜的特性也取决于作为预聚物的“狭义的环氧树脂”试剂与固化剂的组合,即使仅叙述狭义的环氧树脂试剂,也无法确定环氧树脂被膜的特性。如果阅读过去的专利文献,则可解释为任何环氧基均可广泛地应用,但实际上未必如此。几乎不能确保本发明作为目标的高润滑性。为了达成目的,作为最终形态,也需要选定高润滑性优良的环氧树脂被膜。
另外,在过去的专利文献中,包含〇〇%的环氧树脂(大概为由环氧树脂和固化剂构成的、作为最终膜的环氧树脂膜的意思)这样的表述也模糊。如上所述,在狭义的环氧树脂与固化剂的组合中,如果将环氧树脂设为A、将固化剂设为B,则以ABABA…这样的方式聚合。将狭义的环氧树脂的环氧基的当量、固化剂为胺系时胺的当量或含有胺而为其它固化剂时活性氢的当量相加并进行调配是环氧树脂的大致的调配规则。因此,即使是环氧树脂被膜所占的重量这样的表述,根据预聚物和固化剂的选择,也会成为具有相当偏差的数值。在仅限定为包含〇〇%的环氧树脂这样的表述中,无法说能够明示环氧树脂,技术并不确定。
即,即使简单地表述为环氧树脂,仅使用作为原材料(预聚物)的环氧树脂试剂,通过固化剂的选择,成为具有完全不同的结构的高分子体。因此,只要不明确对作为最终固化的物体的“环氧树脂”的物性本身进行规定、或对包含预聚物的环氧基的试剂的物性进行规定、或对固化剂进行规定、或次要地对它们进行规定的参数的范围,就不是对技术进行规定。
另外,在专利文献3中,作为在Cu-Sn-Zn镀层基底上形成的材料,选定从环氧树脂和聚酰胺酰亚胺树脂中的一个或两个选择的材料。不知此处记载的环氧树脂是指什么。即,也广泛地包含润滑性未必良好的环氧树脂。
在专利文献4~7中,对于固体润滑被膜,仅例示了环氧树脂,该环氧树脂也难以确定。
专利文献8是在紫外线固化型树脂上形成丙烯酸有机硅树脂的发明。关于紫外线固化型树脂的粘合剂树脂,是在有机树脂、无机树脂中将丙烯酸改性环氧树脂作为候补组之一而例示的事例。另外,使主链骨架为环氧树脂,对其末端进行丙烯酰化。仅是例示,该环氧树脂被膜的固化剂或特性等信息没有任何特定。
另一方面,专利文献9对光固化型丙烯酸树脂被膜进行了说明。在光固化性(甲基)丙烯酸酯树脂中规定了(甲基)丙烯酸酯单体组以光聚合引发材料等触发剂作为基础进行共聚而成的膜。而且,在形成丙烯酸酯侧链的主链结构中,在候补组中与聚酯、聚醚、聚氨酯一起例示了环氧树脂。该发明使用重量份:PHR(per hundred resin,每百份树脂)的单位体系来表述丙烯酸酯(相当于本发明的预聚物)和聚合物(相当于本发明的固化剂),在环氧树脂为主链结构的情况下,能够准确地表述环氧树脂的比例、重量。专利文献9的记载比专利文献3~7中的定义更明确。但是,另一方面,本发明不是光聚合树脂,而是意在烧成(Curing)制作的膜,因此,专利文献9的技术与本发明不同。
本发明是考虑如上所述的内容而完成的,目的在于提供即使在润滑中采用固体润滑被膜也能够对油井管螺纹赋予润滑性和优良的耐腐蚀性的固体润滑被膜。
用于解决问题的方法
以往,针对如上所述的通过宽松的评价来选定润滑材料的状况,发明人以兼具润滑和防锈优良的特性的油井管、油井管螺纹接头、用于制作它们的试剂作为对象。在以环氧树脂作为主体的粘合剂树脂中,以适当的比例含有BN作为固体润滑成分,并适当地加入其它添加物,将这样的组成作为对象。这些膜是规定参数而构成的,以便在上述的作为大载荷、偏载荷的实际的油井管螺纹的润滑中进行的严格的润滑条件下能够耐受。
即,本发明的一个方式是用于在油井管的螺纹部形成固体润滑被膜的试剂,其主旨在于,固体润滑剂分散在粘合剂树脂中,上述粘合剂树脂包含预聚物和固化剂,上述预聚物包含一种或两种以上环氧树脂,相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该预聚物,构成上述预聚物的环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,上述固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下,上述固体润滑剂的总重量为上述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
另外,本发明的方式是在螺纹部形成有具备固体润滑被膜的润滑被膜的油井管,其主旨在于,上述固体润滑被膜通过使固体润滑剂分散在粘合剂树脂中而构成,上述粘合剂树脂包含经固化剂固化后的环氧树脂,相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该环氧树脂,上述环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,上述固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下,上述固体润滑剂的总重量为上述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
发明效果
根据本发明的一个方式,还参照了能够再现实际的井中的行为的、基于新设计的实验室试验的评价,综合地规定了构成固体润滑被膜的粘合剂树脂(主要成分:环氧树脂)和固体润滑剂(主要成分;BN)的各规格(物性参数)。其结果是,根据本发明的一个方式,能够提供一种可形成固体润滑被膜(润滑被膜)的试剂,其中,即使在润滑中采用固体润滑被膜,也能够赋予与以往以来使用的润滑用润滑脂状复合物同等以上的润滑性以及与保管用防锈润滑脂状复合物、油状防锈材料相匹敌的润滑特性和耐腐蚀性。
例如,根据本发明的方式,能够得到考虑了在实际的井环境中可能发生的相当于实际的井的条件的、具有紧固时的润滑性能和耐腐蚀性的油井管螺纹接头。需要说明的是,相当于实际的井的条件是指从上方对套筒施加销重量的状况、因轴心偏移而倾斜地施加载荷的状况、不均匀而局部地施加载荷的局面多的状况等条件。
附图说明
图1是示出油井管和油井管螺纹接头的图。
图2是实际的井中的紧固图的图(a)和示出此时的初始设置位置的图(b)。
图3是以往的实验室试验中的紧固图的图(a)和示出此时的初始设置位置的图(b)。
图4是紧固图示意图,(a)是实际的井的情况,(b)是以往的实验室试验的情况。
图5是说明新的实验室试验(重锤钳试验)的图。
图6是示出新的实验室试验(重锤钳试验)中的重锤的设置例的图。
图7是例示被膜结构的图。
具体实施方式
接着,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
以往,以润滑和保管时的防锈为目的,为了实现这两者目的,通过分别使用不同种类或同种的润滑脂状复合物,来应对紧固放松的润滑和的长期的室外保管(防锈)。
与此相对,本实施方式的螺纹结构中,在螺纹原材的外螺纹侧金属与内螺纹侧的金属相互接触的部分中的一者或两者、或它们的一部分中,将适当地规定了参数的环氧树脂被膜作为粘合剂树脂。而且,采用使适当地规定了参数的作为固体润滑剂的BN分散在该膜中而成的固体润滑被膜。由此,本实施方式意在提高润滑、并且赋予耐腐蚀性。
另外,用于形成该固体润滑被膜的试剂也一并作为对象。另外,将本实施方式的涂布被膜与基底层组合而成的润滑被膜以及包括未形成侧的另一侧的膜硬度在内适合于油井管螺纹润滑的膜结构也作为对象。另外,作为其它使用方式,本实施方式可应用至该润滑被膜能够广泛地扩展到金属材料的润滑和防锈改善的范围。
鉴于上述问题,发明人进行了研究,结果,通过试剂的调配、油井管螺纹的固体润滑被膜的展开、其确认方法等,能够解决上述问题。
本实施方式的固体润滑被膜是将粘合剂树脂的主要成分设为经固化剂固化后的环氧树脂、且将固体润滑剂的主要成分设为BN(氮化硼)而进行研究的。
(构成)
本实施方式是涉及在实际的石油/气体中使用的油井管和油井管螺纹接头中的、形成于油井管的螺纹部的紧固面的被膜结构及具有该被膜结构作为润滑被膜的结构的发明。本实施方式中,形成于油井管的螺纹部的、具备固体润滑被膜的润滑被膜具有特征,对于油井管及其螺纹接头的螺纹结构本身没有特别限定。油井管及其螺纹接头的螺纹结构可以采用公知的或新的螺纹结构。
<油井管和油井管螺纹接头>
油井管例如包含图1所示的联轴器等套筒2、销1。
如图1所示,油井管螺纹接头包含具有内螺纹2a的联轴器等套筒2和具有外螺纹1a的销1。而且,在套筒2和销1中的至少一者的部件的、螺纹部的接触面(紧固面10),形成了具备固体润滑被膜的润滑被膜。
<试剂>
以下,对本实施方式中的用于形成固体润滑被膜的试剂进行说明。
本实施方式的试剂通过使固体润滑剂分散在作为基体成分的粘合剂树脂中而构成。
试剂包含粘合剂树脂、固体润滑剂、溶剂成分。
粘合剂树脂包含预聚物和固化剂。
预聚物由一种或两种以上环氧树脂构成。相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的预聚物。
构成预聚物的环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内。
构成预聚物的环氧树脂的玻璃化转变温度Tg优选为100℃以上。
固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼)。该BN的平均粒径为10μm以下。
固体润滑剂的总重量为粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
溶剂成分优选相对于固体润滑剂的总重量与除固化剂以外的粘合剂树脂的总重量之和100重量份含有30重量份以上且80重量份以下。
另外,对于试剂,含有相对于构成预聚物的环氧树脂的总重量100重量份而为0重量份以上且10重量份以下的固化促进剂。
固化剂例如可以为使环氧树脂固化的固化剂,包含胺类固化剂、酸酐类固化剂、酚类固化剂或潜伏性固化剂。
此时,构成预聚物的环氧树脂优选具有超过2个的环氧基(多官能环氧树脂)。构成预聚物的环氧树脂优选具有6个以下的环氧基。更优选构成预聚物的环氧树脂具有4个以下的环氧基。
包含上述构成的试剂的粘度优选为20mPa·秒以上且2000mPa·秒以下。
将本实施方式的试剂涂布于螺纹紧固面并干燥,形成固体润滑被膜10A(参照图7(a))。
<具备固体润滑被膜10A的润滑被膜>
固体润滑被膜10A通过使固体润滑剂分散在作为基体成分的粘合剂树脂中而构成。
粘合剂树脂包含预聚物和固化剂,预聚物与固化剂发生聚合并固化。
预聚物包含一种或两种以上环氧树脂。相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的预聚物。
构成预聚物的环氧树脂的环氧当量在100以上500以下的范围内。
构成预聚物的环氧树脂的玻璃化转变温度Tg优选为100℃以上。
固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼)。该BN的平均粒径为10μm以下。
固体润滑剂的总重量为粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
固化剂例如是使环氧树脂固化的固化剂,包含胺类固化剂、酸酐类固化剂、酚类固化剂或潜伏性固化剂。
此时,构成预聚物的环氧树脂优选具有超过2个的环氧基(多官能环氧树脂)。构成预聚物的环氧树脂优选具有6个以下的环氧基。更优选构成预聚物的环氧树脂具有4个以下的环氧基。
本实施方式的固体润滑被膜10A例如具有3H以上的硬度。
固体润滑被膜10A的厚度例如为10μm以上且150μm以下。
本实施方式的润滑被膜可以在螺纹部的紧固面与上述固体润滑被膜10A之间具有基底层10B(参照图7(b))。基底层10B例如由化学转化处理层或电镀层形成。
以上的润滑被膜形成于套筒和销中的至少一者的螺纹部的紧固面。
<关于各规定的决定>
发明人得出了如下见解:为了解决上述问题,重要的是以下四点((a)~(d))以及与它们有关的相关事项控制在合适范围。
(a)设计模拟实际的井中的紧固放松的适当的新的实验室试验,通过该新的实验室试验的方法,规定针对固体润滑被膜的各个参数的上下限,明确其合适范围;
(b)参照(a)的实验室试验的评价,规定BN的最佳范围;
(c)使用(b)的规定来规定环氧树脂的物性值的最佳范围;
(d)进而,规定与它们相关的合适范围。
在此,模拟实际的井中的紧固放松的适当的方法是指模拟将油井管螺纹在实际的井中紧固时发生的紧固行为的方法。使用该方法,确认本实施方式的参数的上下限,确定合适范围。
关于油井管螺纹的润滑的状态,无论是实验室试验还是实际的井,都分成两个阶段。阶段1是在螺纹彼此未啮合的状态下的紧固放松时的润滑,阶段2是螺纹彼此啮合状态下的紧固放松时的润滑。阶段1例如在图4的转矩回转图中相当于(x)的区域。阶段2例如相当于图4的(y)(z)的区域。
关于前者(阶段1),在螺纹紧固开始时,如果通过手动紧固等紧固至螺纹啮合的部分,则该阶段消失(例:图3)。但是,在许多实际的井中,仅将使销插入设置在套筒中作为紧固开始位置。或者,在这以后,仅将紧固几圈而以不引起螺纹错扣的方式缓慢固定作为紧固开始位置。即,在许多实际的井中,普遍进行从螺纹未啮合的状况开始紧固放松(例:图2)。需要说明的是,螺纹错扣是指螺纹牙在高度不同的状态下紧固、或者在关闭过程中向正式的螺纹牙位置滑动的状况。
另外,在阶段1,利用钳以5~20rpm的高速度执行紧固放松。另一方面,如果继续紧固螺纹,则螺纹开始啮合而转移至阶段2。通过该转移,转矩稍微上升,因此,从该处开始,大致以0.5~2.0rpm的速度缓慢地实施紧固。在放松时,采取其相反的步骤。
这些步骤在作为润滑而使用以往的润滑脂状复合物时,在附加本实施方式这样的固体润滑被膜时都相同。而且,对于初始位置的螺纹的设置的条件,产生松动时的行为很重要。关于设置位置,在销螺纹初始紧固时,螺纹牙相对于套筒螺纹超过1~3个牙左右而露出,这在研究接头的行为时很重要。
<关于图2>
图2是原样模拟实际的井的例子。即,图2是使用40英尺(≈12m)的实际长度的销作为销并在润滑中使用固体润滑被膜而进行紧固试验时的紧固图(转矩回转图)。
对图2(a)的试验条件进行说明。
作为一例,作为固体润滑被膜,使用使作为固体润滑剂的MoS2分散在PAI(聚酰胺酰亚胺)的粘合剂树脂中而得到的固体润滑被膜。
另外,图2是模拟大多在实际的油田/气田中进行的状况的例子。即,是紧固开始时的初始设置位置如图2(b)例示那样从不是螺纹彼此充分啮合的状态的状况开始紧固的例子。即,如图2(b)所示,是销螺纹从初始紧固开始时的露出约一半左右的状态开始紧固的例子。螺纹彼此不啮合并不是由于有意地停止手动紧固而引起的。即使欲通过手动紧固将销螺纹设置于套筒螺纹,也不可避免地在中途停止。在此以上,无法通过手动紧固进行紧固。如理论上所描绘的那样,对于长且重的实际长度销而言,并非是销相对于套筒螺纹严格地直立。如果从下向上看,则稍微弯曲,在此以上无法通过手动紧固进行紧固,这是普遍发生的。
所使用的销为9-5/8”53.5#Q125 JFELIONTM螺纹且约40英尺多的销。而且,图2(a)是对于销一边以全长从钻机的上方吊起的形式的起重机吊起一边进行接头的紧固时的图。图2(a)的转矩回转图的例子能够视为在实际的井中经常发生的状况。
在图2(a)中应该注意的是转矩连续增加的点以前的区域(转速为零~约6.3转:对应于阶段1)。在该区域中,转矩在原理上应该不上升,但实际上,如图2(a)所示,能够确认尖峰状的转矩不规则地频繁上升的倾向。这表明销螺纹一边旋转一边不规则地、局部地与套筒螺纹接触。这是实际的紧固中发生的状况。
这意味着,由于固体润滑被膜的设计、最优化,在一定程度上无法避免固体润滑被膜被破坏、被剥离。
在此,关注的是,图2(a)的图作为条件而并非有意地形成最差的状态、而是非常普通地带有固体润滑被膜的样品的转矩回转图。
<关于图3>
图3(a)是使用与图2相同的固体润滑被膜并用立式动力钳进行紧固的情况下的转矩回转图。
在图3中,采用了与图2相同外径、壁厚、螺纹种类的销,但作为销,采用了约1m长度的短销。
另外,图3(a)是从螺纹彼此充分啮合的状态开始紧固时的紧固时图(转矩回转图)。即,如图3(b)所示,是销螺纹牙的露出在初始紧固开始时为1~3个牙时的紧固时图(转矩回转图)。
该图3(a)的条件也是在以往的实验室试验中的紧固时经常使用的条件,是在通过手动紧固设置至螺纹啮合之后进行紧固试验的事例。
在图3(a)中,与图2相比,需要注意横轴的单位不同这点。
在图3(a)中,由于从手动紧固至螺纹啮合状态的状态开始进行利用钳的紧固,因此看不到如图2(a)所示的尖峰状的转矩。即可知,能够理解成仅在阶段2考察固体润滑被膜的润滑特性而不经过阶段1,这相当于以往的实验室试验。
由图3可知,在以往的实验室试验中,不会发生在阶段1中经常发生的固体润滑被膜的破坏,成为螺纹彼此充分啮合的状态,即,从螺纹两面开始接触的区域起发生紧固。
<关于图4>
图4是将图2(a)和图3(a)设为容易比较对象的状态而图示的图。
图4(a)是图2的例,图4(b)是图3的事例。
根据发明人的研究,考虑到实际的井中的使用,理想的固体润滑被膜优选在图4(a)的(x)的区域中固体润滑被膜不被破坏、将破坏或剥离的担心极小化。或者,如果尖峰稍微上升则也可能允许。另外,优选以如下方式设计:即使在固体润滑被膜存在损伤的状况下,固体润滑被膜破坏或剥离下来的来自于固体润滑被膜的二次生成物在紧固放松过程中不会堵塞螺纹间隙,相反地,良好地附着于螺纹,辅助润滑。
为此,重要的是将固体润滑被膜的膜质控制为硬至规定硬度以上。作为该硬度的评价方法,可以例示作为划伤基准的硬度指标的铅笔硬度。但是,作为固体润滑被膜用试剂,形成润滑被膜时,优选将粘性抑制得低至能够进行喷涂涂装、刷毛/刷子涂装的程度,并且能够无膜厚不均地进行涂布。进而,在烧成工序时(Curing工序时),优选以橡胶~液态的行为使固体润滑被膜的构成成分在表面张力下彼此成为单膜且平滑的膜。
另外,在本实施方式的实验室试验的研究评价方法中,以模拟实际的井中的紧固放松行为为目的,优选通过具有如下所述的(1)~(6)的条件的新的实验室试验进行评价。需要说明的是,对于实际的实验室试验的装置构成例,之后进行说明。
(1)设定成在短销的上部设置有相当于1~3根实际尺寸销的重量的重锤的状态。
(2)将短销螺纹和套筒螺纹的初始设置位置停止在销螺纹牙的约一半,例如,以露出一半的方式设置、即停止在短销的螺纹较弱地钩挂的程度,开始紧固放松试验。
(3)从“(2)”的状态以15rpm的高速旋转开始紧固,继续紧固直至检测到规定以上的转矩。
(4)若转矩上升,则暂时停止,以1rpm的低速旋转进行紧固(紧固结束)。
(5)放松采用相反的工序。
(6)如果短销螺纹完全脱落,则观察销螺纹牙表面和套筒螺纹表面(根据状况进行鼓风来观察),判断是否发生了烧伤等异常情况。如果没有问题,则重复“(2)”以后。
如果轻度的烧伤为螺纹部(密封部的烧伤与程度的有无无关,均为NG),则进行修正,根据需要,涂布修复用固体润滑剂,按照重复“(2)”以后的步骤进行。
在本实施方式中,基于该评价方法,进行固体润滑被膜的润滑特性的新的评价,筛选与固体润滑被膜有关的合适条件(参照实施例)。
在此,如果根据过去的文献的许多紧固放松试验(实验室试验)的结果来判断,则认为以往的实验室试验以螺纹啮合后的润滑(图4(a)(b))的(y)的区域和(z)的区域的状况)为对象。认为螺纹彼此啮合之后的润滑、即以往的实验室试验以(x)的区域的状态、即不考虑转矩以尖峰状上升的状况的状态下的、固体润滑被膜健全的状态为前提的润滑特性的优劣。即,在以往的实验室试验中,使用短销,通过使用卧式钳或立式钳的评价,从通过手动紧固充分地设置至螺纹啮合的部分的位置开始,看起来像进行了紧固放松。在明确记载到紧固放松次数的专利文献中,也有在实际的井中的紧固中如果是小径尺寸则能够进行10次的表述,但无论是基于短销的评价还是基于实际的井的评价,如果初始设置位置(紧固开始位置)从螺纹彼此充分啮合的位置开始,则看起来是可能存在的次数。
另一方面,在过去的文献中,在9-5/8”、13-3/8”这样的大径尺寸的情况下,也散见在基于固体润滑被膜的紧固放松中紧固放松次数进行至15-20次这样的表述。但是,在实际的井的紧固放松中,即,在从实际尺寸销具有自重、且螺纹彼此未啮合的状态进行的情况下,在使用了固体润滑被膜的大径的事例中,认为几乎不发生。
当然,模拟实际的紧固放松状况对于评价固体润滑被膜的润滑性是重要的。在螺纹啮合之前存在松动的状况下,需要根据固体润滑被膜受到剥离或损伤的状态来进行评价。在本实施方式中,参照考虑这样的条件而能够评价的新的实验室试验的结果,进行了各种规定。
本实施方式的固体润滑被膜是以在以环氧树脂被膜作为主要成分的粘合剂树脂中分散有作为固体润滑剂的主要成分的BN而成的固体润滑被膜作为前提,参照新的实验室试验的结果来规定各条件。
进而,对各规定进行详细说明。
<关于固体润滑被膜的基本构成、膜厚和膜结构>
在本实施方式中,固体润滑被膜通过使以BN作为主体的固体润滑剂分散在环氧树脂固化被膜中而构成。特别优选得到以铅笔硬度计为3H以上的硬度。
在本实施方式中,作为固体润滑剂,将BN选择为主体成分是为了制成能够得到高润滑的膜,并且是为了制成即使在高温下也能够维持高润滑的膜。即,在紧固放松时,不少销螺纹与套筒螺纹相互摩擦而产生摩擦热。这是为了在此时也充分地维持润滑。
在本实施方式中,粘合剂树脂选择环氧树脂被膜。设定为环氧树脂被膜是因为,处理简便、并且与其它试剂相比价格低等。进而,这是因为,除了是取得了平衡的材料以外,通过适当的“狭义的环氧树脂试剂”和固化剂的选择,容易得到本实施方式主要着眼的硬质的膜、耐热性优良的膜。另外,环氧树脂被膜的密合性/胶粘性优良,即使没有基底层(磷酸Mn化学转化处理膜、电镀膜等)也有可能成立,并且在固化时没有显著收缩等优点多。
关于被膜的膜厚,为了维持润滑特性、并且维持耐腐蚀性,膜厚为10μm是制膜所需的最低限。根据油井管螺纹的种类、设计而套筒螺纹与销螺纹的空隙不同,因此上限难以一概而论,但将150μm设为上限。
在此,大多油井管螺纹被设计成螺纹牙彼此的空隙的上限为约100μm~约200μm,因此,将150μm以下规定作为上限。膜厚更优选为10~50μm。外螺纹、内螺纹的牙顶与牙底的空隙可能如上述那样为100~200μm。但是,外螺纹、内螺纹的穿入齿侧间的空隙以及承载齿侧侧间的空隙在紧固时和放松时,空隙也发生变化。空隙变窄时,成为大致密合的形态。因此,膜厚越小越好,膜厚的优选范围为10~50μm。
但是,这些膜厚是指第一次紧固前的As-formed的状态下的膜厚。在紧固放松时,粘合剂树脂略微被磨削、在室温下涂布的膜厚实际上存在膜被压扁而变为薄膜的实际情况。因此,即使在螺纹面存在设想的空隙以上的厚度,也不会产生以此为理由而引起烧伤的问题。
另外,环氧树脂可以直接形成于螺纹面,也可以在螺纹面与环氧树脂之间形成有基底层。基底层例如可以例示出磷酸Mn化学转化处理层、以Cu镀层为代表的金属镀层。各种说法中,虽然在理论上难以说是确定的,但环氧树脂中的OH基与金属表面形成氢键等,能够形成密合性强的膜。上述OH基是像多羟基醚、多羟基胺那样的环氧树脂膜中存在的OH基。因此,即使没有基底的表面处理层,另外,即使在有表面处理层的情况下(有时也能够期待活用锚定效果等),关于密合性,问题也少。
<关于固体润滑剂>
在本实施方式中,将以BN(氮化硼)作为主体成分的固体润滑剂分散在粘合剂树脂内的结构作为对象。
[固体润滑剂]
关于固体润滑剂的BN,使用上述新的实验室试验的方法,明确了具有显著的润滑改善效果的范围。即,关于在作为粘合剂树脂的环氧树脂中分散有BN的各种润滑被膜,通过使用上述新的实验室试验的方法进行研究,明确了BN具有显著的润滑改善效果的范围。
在此,如果使用BN(氮化硼)作为固体润滑剂,则并非始终形成高润滑的状态。
关于BN,在以固体润滑剂的总重量作为分母时,制成含有80%以上的BN主体的成分体系,选定平均粒径为0.1~10μm的BN时,可知显著的效果提高。
BN越细越好,市售的平均粒径下限为0.1μm,因此,将下限设为该值。上限是实验性地决定的,确认了直至10μm的范围为止显示出润滑性优良的效果。
对于BN这样的二维面的牢固的晶体结构,在通过以板状重叠而形成的润滑剂的情况下,在平均粒径大到超过10μm的情况下,板状结构的晶体结构滑动而实现润滑。此时,接近的板状结构以相互重叠的方式伸长。作为其结果,形成白色带状的二次生成物。而且,由于它们形成得较厚,相应地堵塞螺纹间隙的倾向变高,因此,发生烧伤的担心变高。一般认为,平均粒径小的情况下重叠也少,能够抑制该白色带状的二次生成物的形成,因此能够实现高润滑。
由此,在将固体润滑剂的总重量作为分母时,将以重量比计BN占80%以上以及BN的平均粒径为10μm以下作为发明的构成要素。
这些规定的含义如下。在大范围的BN(氮化硼)中,始终无法形成高润滑的状态。在油井管螺纹的使用环境下,并且分散在本实施方式中的作为粘合剂树脂的环氧树脂中的BN如果为了达成高润滑性而在该范围内使用,则最适合且显著,意味着可期待高润滑性。
在此,BN与MoS2、石墨同样地,在二维板面方向上采取牢固的晶体结构,在Z轴方向上二维板面彼此处于以弱的分子间力连接的状态。当施加力时,BN的板面彼此滑动,由此实现润滑。
在本实施方式中,BN为80%以上意味着BN为固体润滑剂的主要成分。BN为80%以上的规定是指,即使以20%以下的比例包含其它固体润滑剂,在BN主体的设计中也没有不良影响。
在本实施方式中,作为构成固体润滑剂的材料,BN越多越好。通过混入其它成分,有时润滑性也变差,因此,作为以BN主体来处理的范围,设定为80%以上。优选为90%以上。
BN的平均粒径越细越好。需要说明的是,平均粒径是表示通过激光衍射散射法等求出的粒度分布中的累计值为50%时的粒径的参数。
将BN的平均粒径的上限设为10μm是因为,大到超过10μm时,会破坏粘合剂树脂膜,导致一点不留地剥离的触发的担心高。即,从固体润滑被膜剥离下来的物质在紧固放松时被按压,形成二次生成物。但是,在各个板状结构的BN以在板面滑动的方式变形时,相互接近的板状结构的BN以重叠的方式形成,最后,形成牢固的白色带状的二次生成物。而且,它们形成得较厚,相应地无法追随紧固放松地移动,烧伤的担心变高。通常,BN的平均粒径小的情况下重叠也少,能够抑制该白色带状的二次生成物的形成。认为其结果能够实现高润滑。现在,市售的平均粒径下限为0.1μm,因此认为下限在其附近。但是,随着技术的发展,平均粒径为0.1μm以下的BN也包含在本实施方式中。
另外,作为BN的工业上的类别,有鳞片状的BN和粒子状的BN。在本实施方式中,可以为任一种形态。优选使BN细粒化。
BN以外的其它固体润滑剂如上所述可以以20%以下为条件混入。其它固体润滑剂的种类可以为任何种类,可以例示PTFE(特氟龙(注册商标):聚四氟乙烯)、石墨、氟化石墨、MoS2、WS2、MCA(氰尿酸三聚氰胺)、云母、滑石等。另外,可以以固体润滑剂的20%以下为条件混入油类物质作为一种固体润滑剂。例如,可以混合巴西棕榈蜡、PFPE油(全氟聚醚)、CTFE油(三氟氯乙烯的低聚合物)等。能够维持或提高BN的润滑。
<关于构成粘合剂树脂的环氧树脂>
在本实施方式中,选择环氧树脂作为粘合剂树脂。
在本实施方式中,将构成粘合剂树脂的环氧树脂以外的其它树脂和作为预聚物的环氧树脂的合计设为100重量份时,选定包含70重量份以上的环氧树脂。进而,作为环氧树脂,选定环氧当量为100以上且500以下的环氧树脂。
此外,本实施方式优选固体润滑被膜为硬的膜。为了实现该目的,选择固化剂,以形成成为牢固的三维网状结构的环氧树脂被膜的方式进行设计。例如,作为预聚物的环氧树脂选择具有超过2个的环氧基(多官能环氧基),或者固化剂的官能团超过2个、或者均超过2个的环氧树脂。由此,能够制作三维共聚的膜,并且能够具有耐热性。
此处所述的耐热性是指,在螺纹紧固时,在稍微显示烧伤的情况下,有时摩擦强烈地产生的部分发热,谋求环氧树脂不会因该发热而被破坏。
将环氧当量选定为100~500的范围是为了通过提高交联密度来进行硬质化。另外,是指提高环氧基的浓度,这在其它表述中是为了将环氧当量抑制得较低。
在此,环氧当量超过500时,膜质无论如何都变软。另外,难以具有紧固放松时能够应对的耐热性。另外,将环氧当量的下限值设定为100是规定为流通的环氧树脂的大致的极限值。在环氧当量更小的情况下,不限于100,选定环氧当量更低的环氧材料也包含在本实施方式。
另外,此处所述的环氧树脂是指作为预聚物的“狭义的环氧树脂”与固化剂共聚而成的、作为被膜的环氧树脂。选择环氧树脂的理由是因为密合性/胶粘性、耐水/耐湿性、耐热性以及固化时没有显著的收缩等优良。此外,这是因为环氧树脂是处理简便、且与其它试剂相比价格低等均衡的材料。
特别是,在粘合剂树脂中,本实施方式以硬的膜为目标,选择适当的固化剂,筛选以铅笔硬度计为3H以上的硬的环氧树脂被膜。粘合剂树脂是保持BN主体的固体润滑剂的基体,与BN一起构成固体润滑被膜的主要构成。
如果环氧树脂膜硬,则润滑性(紧固放松特性)良好的理由如下所述。
在使用了固体润滑被膜的油井管螺纹的润滑中,螺纹彼此啮合之前有松动时,具有固体润滑被膜受到不少损伤的倾向。但是,有可耐受该损伤的倾向。另外,在螺纹啮合后,具有约8m~约12m的长度的通常的油井管螺纹的自重一边负载一边紧固。因此,可以列举成为虽然轻微但不可避免地固体润滑被膜被磨削、同时维持润滑的结构。因此,如果不预先设定成以铅笔硬度计为3H以上,则损伤大,存在只能保持零次~几次的紧固放松这样的现实情况。
根据以上内容,在本实施方式中,“狭义的环氧树脂”如下设定:在形成粘合剂树脂的试剂中,将除固化剂成分重量以外的“狭义的环氧树脂”的组与其它润滑剂成分之和设为100重量份时,使环氧树脂占70重量份以上,由此制成以环氧树脂作为主体的成分。另外,选择环氧当量为100以上且500以下的环氧树脂。这是为了增加交联点(增加交联密度),制成牢固的被膜。
预聚物的“狭义的环氧树脂”即使环氧基为2个也能够组成三维结构体。但是,作为进一步优选的范围,优选为环氧基超过2个的多官能环氧树脂。“多官能”环氧树脂的意思是一个分子中的环氧基平均超过2个。是指与由2个环氧基构成的“通常的环氧树脂”相比环氧基较多。多官能型环氧树脂在与固化剂的反应中进一步组成三维的交联,因此,在(共)聚合时,交联网络变得牢固,相应地膜质也能够变硬(铅笔硬度也能够变硬)。
同时,由于Tg(玻璃化转变温度)变高,因此耐热性优良。需要说明的是,作为优选的范围,优选使Tg超过100℃从而使耐热性优良。环氧基优选在一个分子中为2个以上~6个为止,更优选的范围为超过2个~4个以下。这是因为,通过使固体润滑被膜变硬,在紧固初期和放松末期,减少了剥离,消除了一点不留的破坏。紧固初期和放松末期是螺纹彼此未啮合、即存在松动而固体润滑被膜容易被破坏的状况。环氧基超过6个时,在环氧基与固化剂的反应中引起空间位阻的担心高。这种情况下,在环氧树脂与固化剂的共聚过于耗费时间的情况下,也有可能未必得到硬的膜。因此,设为6个以下。另一方面,在二官能的环氧树脂中,即使在固化剂的官能团超过2个的情况下,也形成三维的网络结构,因此膜质能够硬化。如果环氧树脂和固化剂同时为多官能,则成为更硬的三维网络,因此优选。
另外,将环氧当量规定为100以上且500以下作为优选的范围。环氧当量是指用作为预聚物的狭义的环氧树脂的分子量除以环氧基的个数而得的值。环氧当量可以视为在交联点连接而被约束的分子量。规定为上述范围是因为,环氧当量越小,则交联密度越增加,越能够变硬。
例示预聚物。作为预聚物的二官能式的环氧树脂,例如有双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚C型环氧树脂等。作为超过二官能的多官能环氧树脂,可以例示苯酚酚醛清漆型化合物、甲酚酚醛清漆型环氧化合物、脂肪族类环氧化合物、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、多官能酚型环氧树脂化合物以及它们的衍生物组等。另外,可以单独或混合使用它们。
在本实施方式中,“狭义的环氧树脂”是指,在形成粘合剂树脂的试剂中,将除固化剂成分重量以外的“狭义的环氧树脂”的组与其它润滑剂成分之和设为100重量份时,使环氧树脂占70重量份以上。即,制成以环氧树脂作为主体的成分。作为进一步优选的范围,将“狭义的环氧树脂”重量的合计设为100重量份时,优选多官能环氧树脂占70重量份以上。
前者的“环氧树脂为70重量份以上”如下所述。在本实施方式中,如上所述,以铅笔硬度为3H以上的硬质膜作为对象。但是,在选择环氧树脂且硬的膜时,经常会一并发生变脆。因此,是指可以在小于30重量份的条件下加入其它粘合剂树脂成分。为了得到硬质的膜,优选使三维网状结构牢固。因此,将多官能(环氧基超过2个的)环氧树脂规定为70重量份以上。在小于30重量份的条件下,作为其它粘合剂树脂成分,为了避免由环氧树脂形成的粘合剂树脂变得过硬而变脆,可以选择热塑性树脂。
通过预聚物与固化剂的(共)聚合而构成的作为最终材料的环氧树脂被膜在调整得较硬的情况下,伴随有无论如何都变脆的性质。为了避免该变脆,作为单聚物的环氧树脂的试剂,准备适合于这种情况的试剂。或者,也可以使用在环氧树脂的主链中导入了苯环等强骨架或分子链的树脂。此时,根据情况,可以对环氧树脂本身进行橡胶改性、芴改性、氨基甲酸酯改性等而导入柔软链。这是为了通过在环氧树脂被膜的内部导入使内部应力降低的点来提高韧性。或者,也可以以小于30重量份加入热塑性聚合物进行调整。意在通过将热塑性聚合物加入环氧树脂被膜中,利用空化效应等提高韧性。此处所述的热塑性聚合物没有特别限定。作为热塑性聚合物,允许含有例如POM(聚缩醛)、PC(聚碳酸酯)、PPS(聚苯硫醚)、PTFE(特氟龙(注册商标):聚四氟乙烯)等。
需要说明的是,不以重量%等而以重量份表述环氧树脂的重量配合量是出于下述理由。基本上,对于预聚物的环氧树脂的每个试剂,1个活性氢与1个环氧基反应。需要说明的是,1个活性氢在固化剂为胺时大致相当于胺当量。因此,由各个预聚物的环氧当量和固化剂的活性氢当量来决定重量调配比。因此,环氧树脂与固化剂的组合无限大。与此相对,环氧树脂的重量配合量与固化后的环氧树脂的量成比例。因此,如果不以预聚物的环氧树脂的重量配合量表述,则调配比不明确。因此,使用重量份来定义。
但是,潜伏性固化剂的情况下,在真正意义上不需要固化剂本身。例如为通过潜伏性固化试剂的阴离子聚合催化反应而预聚物的环氧树脂本身进行自聚合的情况。作为潜伏性固化剂,可以例示咪唑、叔胺、双氰胺、低温快速固化性的聚硫醇等。在使用这些潜伏性固化剂的情况下,未必以1:1进行聚合。但是,在本说明书中,作为限定环氧树脂的特性的参数,使用预聚物的环氧树脂的重量份来定义。
在此,膜优选在室温下通过刷涂或机械涂布试剂来形成被膜。因此,试剂需要在室温区域为液态。另外,如果考虑简便性,则试剂优选为单液型而非双液型。并且,试剂优选在涂布于螺纹表面后不立即凝固,而是通过进行热处理进行共聚而膜化。
关于试剂的粘性,如果粘度过低,则试剂从将试剂涂布于螺纹部的前端在螺纹牙上垂落。内螺纹的情况下,试剂集聚并积存在6点钟位置,膜厚仅该部分变厚的担心变高。在外螺纹的情况下,也可能在6点钟的位置形成液滴而落下,在热处理前的状态下难以变为均质。另一方面,如果试剂的粘度过高,则无法通过刷涂来涂布。另外,即使是喷涂也会发生堵塞等而不适合。因此,试剂的粘度的优选范围为200cps以上且900cps以下(0.2Pa·秒以上且0.9Pa·秒以下)。但是,即使在试剂本身超过该范围而粘度过高的情况下,添加反应性稀释剂而使试剂为低粘度也包含在本实施方式中。
<关于环氧树脂的固化剂>
在本实施方式中,固化剂是指有助于预聚物的“狭义的环氧树脂”的交联基间的交联反应的试剂。
作为固化剂,没有特别限制,通常作为环氧树脂固化剂已知的固化剂全部都可以使用。只要是通过狭义的环氧树脂的选择和该固化剂的选择可实现上述铅笔硬度超过3H的硬的环氧树脂被膜的条件,作为固化剂就没有特别规定。
作为固化剂,例如,作为胺类固化剂,可以例示脂肪族胺、聚醚胺、脂环式胺、芳香族胺等。基于这些固化剂的环氧树脂成为多羟基胺。作为酸酐类固化剂,可以例示十二烯基琥珀酸酐、聚己二酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、三烷基四氢邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐等。基于这些固化剂的环氧树脂成为聚酯。作为酚类固化剂,可以例示二羟基苯基类等,基于这些固化剂的环氧树脂成为多羟基醚。另外,作为潜伏性固化剂,可以列举叔胺或芳香族胺等胺类固化剂、咪唑、卤化硼胺络合物等,环氧树脂可以例示聚醚。
关于固化剂的量,除了潜伏性固化剂以外,将以由各个固化剂的活性氢当量定义的量和狭义的环氧试剂的环氧当量进行混合作为基础来实施。需要说明的是,各个固化剂的活性氢当量在固化剂为胺时大致相当于胺当量。另一方面,潜伏性固化剂的添加量与反应速度联动,因此,每次适当地确定配合量来实施即可。
本实施方式基本上形成以铅笔硬度计为3H以上的硬的被膜。因此,不使用室温固化型的固化剂,优选使用加热固化型的固化剂。对于前者的固化剂而言,玻璃化转变温度Tg低,膜质变软。对于后者的固化剂而言,大多玻璃化转变温度Tg高,耐热性、机械强度优良。
<关于环氧树脂的固化促进剂>
狭义的环氧树脂与固化剂反应时,可以使用固化促进剂。
虽然存在例外,但在固化剂为芳香族胺类的情况下,如果进行加热则固化反应进行,但在多数固化剂的情况下,大多即使进行加热而反应也不进行。这种情况下,可以使用固化促进剂。
在选择酸酐类固化剂、酚类固化剂、潜伏性固化剂的双氰胺类作为固化剂时,如果不使用固化促进剂,则几乎无法固化。
作为固化促进剂,可以例示叔胺和叔胺类的、DBU(二氮杂双环壬烯)、DBN(二氮杂双环十一碳烯)等、咪唑类试剂、膦、膦盐等TPP(三苯基膦)。例如,将狭义的环氧树脂(构成预聚物的环氧树脂)设为100重量份时,这些固化促进剂的添加量为0.01~10重量份。但是,需要根据状况对添加量加以修正。优选为0.1~3重量份。
<关于其它添加剂>
在本实施方式中,膜通过使以BN作为主体的固体润滑剂分散在环氧树脂固化被膜中而构成。但是,优选得到硬质的膜(以铅笔硬度计为3H以上)。因此,用环氧树脂被膜得到硬质的膜是主要目的。另外,为了使膜质变硬,可以添加玻璃纤维、碳纤维。另外,本实施方式的树脂组合物还可以含有表面活性剂、乳化剂、低弹性化剂、稀释剂、消泡剂、离子捕获剂等。
<关于膜硬度的分析方法>
在本实施方式中,对硬质的膜进行铅笔硬度评价。具体而言,通过JIS K 5600-5-4(1999)中规定的方法进行测定。该标准是翻译了“ISO/DIS15184,Paints and varnishes-Determination of film hardness by pencil test”标准,这在JIS标准中有明确记载。但是,铅笔硬度的试验方法本身基于JIS标准中的规定进行评价。另外,用铅笔硬度来评价膜硬度的理由是因为,其是利用铅笔进行的“刮痕”评价,是与油井管螺纹的外螺纹和内螺纹中固体润滑被膜剥离的行为相似的、起因于“刮痕”的膜硬度评价方法。有时在涂膜等中使用的起因于压入的膜硬度测定方法、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、努氏硬度不适合于涂膜薄的情况,且受到基底影响,因此在本实施方式中使用铅笔硬度。
<形成固体润滑被膜的面>
本实施方式的固体润滑被膜在油井管螺纹中在联轴器侧(内螺纹侧)和销侧(外螺纹侧)中的任一者或两者形成上述涂布被膜而使用。或者,优选在联轴器侧(内螺纹侧)和销侧(外螺纹侧)中的任一者形成本实施方式的固体润滑被膜、且在另一者形成与上述涂布被膜不同种类的更软质的膜来使用。
后者的情况下,更优选在未形成本实施方式的涂布被膜的一侧形成的、不同种类的软质的膜硬度以铅笔硬度计为4B以下。本实施方式的环氧树脂被膜是铅笔硬度为3H以上的硬的膜,因此,不同种类的软质的膜硬度带来优选形成带有硬度差的膜结构的润滑特性。
前者是本实施方式原本意图的、活用固体润滑被膜的润滑特性的利用方法。后者是进一步提高润滑特性的方法。
与使润滑特性良好的膜彼此对置而实现润滑相比,使一者的硬度与本实施方式的膜相比为硬质或软质而对置的情况下,能够进一步期待润滑特性的改良。在使用图2指出的在螺纹啮合之前存在松动的状况下的紧固放松时,在尖峰状的转矩上升的状况(阶段1)下,能够期待软质被膜自身变形而使面压降低。另外,通过BN和环氧树脂被膜为主体的本实施方式的硬质被膜,能够期待螺纹在紧固放松全部区域的高润滑。
<固体润滑被膜的制造方法>
膜可以通过以想要制膜的厚度一次性涂布试剂并利用烧成等进行膜化而形成。
优选的是,代替通过分为多次进行制膜的方法多次进行正式烧成,优选在比正式烧成温度低的温度下进行一次以上临时热处理(临时干燥)后,进行正式烧成,进行成膜。这种情况下,将基于一次涂布的固体润滑被膜厚设为50μm以下,夹着临时干燥工序,使被膜重叠进行成膜,进行临时干燥。包括最初的制膜在内进行2个工序以上的这些工序,在最终的制膜中停止临时干燥而进行正式干燥工序。作为正式干燥工序,可以例示烧成、或红外线照射、紫外线照射、热风等干燥手段、或大气放置、自然干燥等手段。形成的涂布被膜优选将最终的合计膜厚调整为10~150μm。临时干燥是指例如仅使溶剂的一部分(例如30%~70%)飞散的干燥。
本实施方式利用以将以BN作为主体的固体润滑剂和以环氧树脂作为主体的粘合剂树脂溶解于溶剂而成的物质为基础的试剂进行制膜。试剂优选相对于溶剂而增加膜成分且粘性高的试剂。这种情况下,当一次性制膜时,按照油井管螺纹结构,由于表面张力的影响,在处于螺纹牙顶的角部,液体被拉伸而厚度较少地积存,在处于螺纹牙底的角部,液体积存的倾向较高。因此,优选分成多次进行烧成。
但是,如果进行多次正式烧成,则膜间的密合性稍弱,有在层间容易发生剥离的倾向。因此,优选在溶剂的成分的一部分飞散的状态下进行临时烧成,再次重复进行涂布、临时烧成,一边通过临时烧成连接至必要的膜厚一边制膜后进行正式烧成。这是因为,膜质的均匀性和膜厚的均匀性有效地发挥功能。另外,从耐腐蚀性的观点出发,基于多次涂布的制膜更难以以针孔贯穿膜整体的方式形成。在这点上也具有效果。
另外,通过两个阶段的热处理来实施正式烧成对于使环氧树脂的交联结构牢固而言是优选的。在Tg温度以下进行一次固化处理而凝胶化后,在Tg温度以上进行二次固化时,可以期待能够形成完全的交联结构。
需要说明的是,关于本实施方式的以BN作为主体成分的固体润滑剂、以环氧树脂作为主体成分的粘合剂树脂、其它添加物的详细说明、以及作为评价方法的模拟实际的井条件的方法,进行详细的说明和明确合适范围。另外,本实施方式不限于形成于油井管螺纹接头的固体润滑被膜,也能够活用于用于制作该被膜的试剂及油井管螺纹以外的润滑。下述中,以套筒螺纹(内螺纹侧)和销螺纹(外螺纹侧)为中心展开说明。但是,油井管的T&C(Threaded&Coupled)方式的接头也包括整体方式的接头。
<关于模拟实际的井试验条件的试验方法(新的实验室试验)>
在本实施方式中,如使用图2~4说明的那样,考虑将油井管螺纹的润滑所引起的现象分为螺纹啮合前(阶段1)和螺纹彼此充分啮合后的润滑(阶段2)两个阶段。而且,在最初的阶段(阶段1)的紧固放松(润滑)的基础上,包括第二阶段(阶段2)的润滑在内,对螺纹润滑进行综合评价。
如果不进行该评价,则虽然在实验室试验的评价中为OK,但在实际的井中频繁发生故障的情况可能较大。在实际的井中,在螺纹彼此啮合之前,施加大载荷和偏载荷,因此固体润滑被膜受到损伤或剥离。在苛刻的情况下,有时也会一点不留地剥离。在此基础上,筛选本实施方式的参数的合适范围的上下限。
如上所述,在固体润滑被膜的情况下,无法避免因螺纹啮合之前的紧固等而对被膜造成的损伤。而且,以剥离产物为基础,能够形成二次生成物。如果其堵塞螺纹间隙,则发生烧伤。因此,如果不在符合实际的井的条件下进行润滑评价,则有可能将实际为不合格水平的固体润滑被膜错误地判定为合格。在基于这样的宽松评价的情况下,与固体润滑被膜有关的参数的上下限的限制、合适范围的选择没有意义。
即,如果不考虑以固体润滑被膜的损伤、剥离为前提以它们为基础而制造出的二次生成物、即再构成的“二次生成物”是否对润滑带来影响,则不能成为准确的固体润滑被膜的规定。在本实施方式中,通过考虑了这样的见解的新的实验室试验来执行评价。
需要说明的是,如果依赖于使用短销的利用卧式动力钳的评价、使用短销的利用立式动力钳的评价(基于以往的实验室试验的评价),则在固体润滑被膜的评价中没有意义。在过去的专利文献中,在基于固体润滑被膜的润滑试验中,即使对于9-5/8”、13-3/8”这样的大径尺寸而言,也散见紧固放松次数进行至15-20次这样的表述。即,即使是固体润滑被膜,与润滑脂状复合物相比结果也不逊色,但对于固体润滑被膜而言,其次数实质上是不可能的。对于固体润滑被膜而言,作为润滑的主体的固体润滑被膜不可避免地被磨削。另一方面,润滑脂状复合物每当进行紧固放松时,都使表面变得干净,再次重新涂布复合物,因此,每次都重新供给作为润滑的主体的Pb、Zn这样的重金属。因此,在实际的井的紧固放松中,在使用固体润滑被膜的大径的事例中,15~20次水平的情况很少。另外,关于固体润滑被膜的润滑,认为紧固放松次数也可能为约15次-约20次这样的表述是不经过螺纹彼此啮合的阶段1而仅在螺纹彼此充分啮合后的阶段2对螺纹的润滑进行评价的情况。即,认为这是以往的实验室试验经常观察到的、使用短销基于利用卧式或立式的动力钳的评价得到的结果。
在本实施方式中,基于上述新的实验室试验的条件,通过图5所示的装置构成进行试验。
在新的实验室试验中,以在能够实现紧固时的大载荷负载的条件和紧固放松时的偏载荷条件的条件下进行评价作为基本。在新的实验室试验中,例如,在负载相当于实际尺寸销的大载荷、螺纹紧固的工序的情况下,考虑螺纹彼此啮合之前的松动。另外,在螺纹放松的工序的情况下,反映了螺纹彼此的啮合脱离而产生松动这点。
在新的实验室试验中,使用立式的动力钳4。另外,使用短销1作为试验用销。但是,能够在该销1的上部进行利用重锤3负载载荷及该载荷的卸载。
而且,短销1和套筒螺纹2被销螺纹部1a和套筒螺纹部2a紧固。
此时,为了模拟螺纹牙不啮合的状况,将初始的临时紧固位置设置成销螺纹牙1a从套筒螺纹2露出螺纹牙总数的一半(参照图2(b)。这成为松动的起因之一。从该状态开始紧固。
紧固时,在销1的与套筒螺纹2的紧固螺纹相反一侧的端部即上端部预先安装重锤3。
重锤3的重量设定为相当于1根~3根实际尺寸销的载荷,基于销的外径、壁厚的实际尺寸销计算出。关于重量,如果是9-5/8”53.5#,则1根约1t载荷(2200Lb),如果相当于3根连接则为约3吨(6600Lb)。
如图6所示,图5中例示的重锤3由重锤主体3A和插入棒13构成。插入棒13通过焊接与重锤主体3A的下表面接合,配置于重锤3的轴对称位置。通过将该插入棒13以游插状态插入销1,将重锤安装于销。符号1c表示销1的内径面。
在插入棒13和销1上,预先如上所述安装重锤3时,预先开设贯通该销1和插入棒13的孔1d、13a。然后,如图6所示,通过将贯穿棒12插入该孔1d、13a中,从而使重锤3和销1一体化。
在重锤3的上部的轴中心位置,通过焊接将自由锁(Swivel(转环))式的挂钩11紧贴,成为经由吊链21悬吊于顶棚的悬吊装置20的结构。由此,通过利用悬吊装置20调整重锤的吊起情况,能够调整重锤对销的负载的大小。
而且,在紧固时,设为吊链21松弛的状态,以使重锤载荷施加于套筒螺纹,以5~20rpm紧固至转矩上升(阶段1)。在此,形成松动的模拟。如果转矩上升,则将旋转速度降低至0.5~2rpm,实施紧固至紧固位置(阶段2)。
另一方面,在松弛时(放松时),通过悬吊装置20吊起重锤3,在不施加重锤3的载荷的状态下实施放松。旋转速度在转矩上升时将旋转速度设为0.5~2rpm开始松弛,如果转矩达到紧固转矩值的约1/10,则以5~20rpm的高速旋转松弛。
在此,在松弛时不施加基于重锤3的载荷的情况下,成为接近实际的井的环境的条件。这是基于实验事实,基于施加重锤3的载荷的情况与不施加重锤3的载荷的情况相比润滑特性的评价良好的数据的见解。即,发明人实际观察了实验,结果得到了如下见解:如果在施加了重锤的状态下松弛,则重锤成为平衡器,销从紧固结束位置笔直地无松动地松弛。另一方面,得到了如下见解:在减小重锤的情况下、即,在为了使重锤载荷为零而吊起载荷进行试验的情况下,包括载荷不完全为零的情况在内,减小载荷而松弛接头的状况的情况下,销的松动剧烈,能够在对固体润滑被膜带来损伤的倾向强的条件下进行试验。
在基于以上条件的新的实验室试验中,能够模拟来自由于不可避免地剥离等而释放到螺纹间隙中的来自于固体润滑被膜的成分的二次生成物不会追随紧固放松而移动、从而堵塞某个部位引起烧伤的状况、被膜本身一点不留地剥离的其它状况。其结果是能够将与固体润滑被膜相关的参数的上下限规定为符合实际的井条件的参数。如果放松结束,则使销螺纹和套筒螺纹分离,通过鼓风使存在于螺纹的表面的来自于固体润滑被膜的碎片等飞散后,检查表面,再次继续紧固,通过这样的方法进行评价。
本实施方式为了实现可耐受在实际的井中可能发生的环境的润滑特性,规定了成分等。另外,规定上下限时,在符合实际的井中的紧固放松条件的条件下进行确认,并决定。
以下,将以上那样的条件的新的实验室试验也记载为重锤钳试验。
在本实施方式中,如使用图2~4说明的那样,考虑将在油井管螺纹的润滑中发生的现象分成两个,在最初阶段的紧固放松(润滑)的基础上,评价螺纹润滑很重要。如果不进行该评价,则可能会经常发生在实验室试验评价中为OK但在实际的井中故障频发。在实际的井中,存在将螺纹彼此啮合之前存在松动的状态下的润滑作为主要着眼点的紧固放松和将螺纹充分啮合后的润滑作为主要着眼点的紧固放松。在实际的井中,一根实际尺寸销的自重、根据状况而三根连接的重量施加于接受侧的内螺纹侧。另外,销并非理想地垂直地笔直地紧固。在实际情况下,销螺纹在弹性区域挠曲,具有稍微弯曲地设置的倾向,在紧固初期和放松末期,松动的部分必然偏心地紧固。在使用了上述短销的卧式和立式动力钳的情况下,需要为也可耐受如图4(a)的(x)那样的螺纹啮合之前的转矩不稳定的、有时尖峰状转矩上升的状况的固体润滑被膜。
(其它)
本发明也可采用如下构成。
(1)一种用于在油井管的螺纹部形成固体润滑被膜的试剂,其中,所述试剂通过使固体润滑剂分散在粘合剂树脂中而构成,上述粘合剂树脂包含预聚物和固化剂,上述预聚物包含一种或两种以上环氧树脂,相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该预聚物,构成上述预聚物的环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,上述固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下,上述固体润滑剂的总重量为上述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
(2)相对于固体润滑剂的总重量与除固化剂以外的粘合剂树脂的总重量之和100重量份,含有30重量份以上且80重量份以下的溶剂成分。
(3)相对于试剂的总重量100重量份,含有0重量份以上且10重量份以下的固化促进剂。
(4)构成上述预聚物的环氧树脂具有超过2个的环氧基(多官能环氧树脂)。
(5)构成上述预聚物的环氧树脂具有6个以下的环氧基。
(6)构成上述预聚物的环氧树脂具有4个以下的环氧基。
(7)上述固化剂是使环氧树脂固化的固化剂,包含胺类固化剂、酸酐类固化剂、酚类固化剂或潜伏性固化剂。
(8)构成上述预聚物的环氧树脂的玻璃化转变温度Tg为100℃以上。
(9)试剂的粘度为20mPa·秒以上且2000mPa·秒以下。
(10)一种在螺纹部形成有具备固体润滑被膜的润滑被膜的油井管,其中,上述固体润滑被膜通过使固体润滑剂分散在粘合剂树脂中而构成,上述粘合剂树脂包含经固化剂固化后的环氧树脂,相对于上述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该环氧树脂,上述环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,上述固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下,上述固体润滑剂的总重量为上述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
(11)上述环氧树脂具有超过2个的环氧基(多官能环氧树脂)。
(12)上述环氧树脂具有6个以下的环氧基。
(13)上述环氧树脂具有4个以下的环氧基。
(14)上述固化剂是使环氧树脂固化的固化剂,包含胺类固化剂、酸酐类固化剂、酚类固化剂或潜伏性固化剂。
(15)上述环氧树脂的玻璃化转变温度Tg为100℃以上。
(16)上述固体润滑被膜具有以铅笔硬度计为3H以上的硬度。
(17)上述固体润滑被膜的厚度为10μm以上且150μm以下。
(18)上述润滑被膜形成于上述套筒和上述销中的至少一者的螺纹部的紧固面。
(19)上述润滑被膜在上述螺纹部的紧固面与上述固体润滑被膜之间具有基底层,上述基底层包含化学转化处理层或电镀层。
(20)一种油井管螺纹接头,其是将具有内螺纹的套筒与具有外螺纹的销连接而成的油井管螺纹接头,上述套筒和上述销中的至少一者的油井管由形成有本发明的上述润滑被膜的油井管构成。
实施例
接着,对基于本实施方式的实施例进行说明。
<关于合格基准>
首先,对基于紧固放松次数的润滑行为的合格判定基准进行说明。
关于判定基准,在套管尺寸的情况下,将3次以上的紧固放松作为合格,能够进行5次的情况判定为更优良。在管道尺寸的情况下,将5次以上判定为合格,将10次以上的情况评价为更优良。套管尺寸的规定按照ISO13679的规定。另一方面,管道的情况下,将比ISO13679的规定低的5次以上视为合格。
由于是固体润滑被膜,与使用以往的润滑脂状复合物的润滑相比,M/B次数变差的倾向明显。这在石油气产业也得到认识。
如上所述,如果仅使用短销从螺纹啮合开始进行紧固放松试验,则ISO13679的规定可作为简单的目标。但是,本实施方式中,为了模拟作为接近实际在井中可能产生的条件的、在大载荷和偏载荷的条件下且存在螺纹牙不啮合的松动的条件,通过“重锤钳试验(新的实验室试验)”进行评价。
在以下的说明中,使用了9-5/8”53.5#、9-5/8”43.5#、7”29#。多数的情况下,由于是套管应用的尺寸,因此,将上述的3次以上的紧固放松作为合格,能够进行5次的情况判定为更优良。
作为负载将三根销连接的载荷的条件,在9-5/8”53.5#的研究事例中,使用3t载荷的重锤实施。在9-5/8”43.5#、7”29#的情况下,分别使用2.5吨、1吨的重锤进行研究。
初始的紧固位置仅紧固至看起来销螺纹牙的总数的一半从套筒螺纹露出的位置,即从螺纹牙彼此不啮合的状态开始实施紧固。即,利用图5、图6所示的装置实施。在设计成在紧固时负载载荷而另一方面在放松时不负载载荷的状态下实施试验。
如果在放松时在基于重锤的载荷负载条件下进行试验,则在使用将短销和重锤一体化的销的情况下,与实际的井的实际尺寸销不同,与重锤一体化的短销从紧固位置笔直地上升。重锤变为平衡器,因此不发生松动。实际尺寸销由于较长,因此稍微挠曲,因此随着逐渐暴露而螺纹牙不再啮合,发生松动,破坏固体润滑被膜的倾向变高。因此,在使用重锤钳的润滑评价中,在放松时不施加载荷地实施,模拟了当接近螺纹牙不啮合的状况时联动地发生的松动。另外,不施加载荷未必意味着载荷为零。用桥式起重机等吊起重锤进行试验,以便不施加重锤的载荷。需要说明的是,对使用重锤钳的紧固放松次数进行确认的试验实施2次以上,以各自的次数是否达到合格基准、该达到数相对于试验点数为多少来进行比较评价,进行参数的可否判断。
“实施例1”
接着,参照表对基于本实施方式的实施例1进行说明。
本实施例主要是将具备固体润滑被膜的润滑被膜设置于油井管螺纹接头的紧固面10而对具备该固体润滑被膜的润滑被膜的可否判定进行评价的实施例。在本实施例中,在表1~表4所示的条件下,进行紧固放松试验,进行润滑被膜的可否判定。
/>
/>
/>
表中,No.1~4是在钢材等级为碳钢高强度材料Q125、螺纹尺寸为9-5/8”53.5#、且螺纹为JFELIONTM的条件下实施的例子。
No.1~4中,在联轴器侧螺纹以BN主体形成环氧树脂而设置固体润滑被膜。另外,是销侧保持喷丸的状态或形成有软质的润滑/防锈涂料的例子。
环氧树脂为甲酚酚醛清漆型环氧树脂,环氧基的个数为6个,环氧当量为200。固化剂使用苯酚酚醛清漆类的固化剂、且固化剂的官能团当量、即活性氢当量为195的固化剂。在固化辅助剂中使用TPP(三苯基膦),将环氧树脂+固化剂的总重量设为100重量份时,混合2重量份(2pbr)的固化辅助剂,进行固化。作为热处理,在160℃进行2小时+在180℃进行4小时。需要说明的是,该环氧树脂是膜硬度以铅笔硬度计为3H的环氧树脂。
需要说明的是,表中,将联轴器螺纹表述为CPLG螺纹,将销螺纹表述为PIN螺纹。
No.1是固体润滑剂的BN尺寸超过规定的10μm而为20μm、且膜厚为45μm的例子。No.1是利用卧式钳实施油井管螺纹的紧固放松试验的例子。销的自重不施加于联轴器,进行轴调整,因此,No.1是在对称位置紧固的理想的条件。No.1是没有特别问题地能够进行紧固放松试验的例子。但是,与实际的井中的紧固放松条件相比,试验评价为宽松的条件,因此,虽然BN在标准外,但能够实现5次以上的紧固放松次数。
另一方面,No.2是在与No.1相同的联轴器膜条件下在销螺纹侧涂布了丙烯酸酯类氟类涂料的事例。是利用图5所示的立式钳在负载重锤3t载荷的条件、即新的实验室试验的条件下对紧固放松试验进行试验的结果。如实施例的开头所述,在紧固时负载载荷,在放松时卸载载荷(包括使载荷松弛),实施紧固放松。需要说明的是,3t载荷是指模拟了连接三根该尺寸的实际长度销。
在No.2中,紧固放松次数不满足必要次数。在实际的井中,销的自重施加于联轴器螺纹,并且,销并非相对于联轴器中心设置在对称位置、并且笔直地设置,销的轴挠曲地设置。另外,在螺纹彼此啮合之前,由于存在“游隙”,因此是对联轴器螺纹施加大载荷和偏载荷的条件。在这样的接近实际的井的条件下,在固体润滑剂的BN的平均粒径超过上限10μm的情况下,紧固放松次数不满足标准。
No.3是相对于No.2改变了联轴器侧的固体润滑被膜中的BN的平均粒径的例子。具体而言,是BN的平均粒径为标准范围的5μm的例子。除此以外的参数也调整到本发明的范围内。这即使在重锤钳试验中紧固放松次数也满足标准。在实际的井中,示出也能够维持充分的润滑。
No.4是除了在模拟井中实施紧固试验以外设定为与No.3相同条件的事例。No.4中,使用三根连接的实际长度销,设计成在通过对扣引鞋(stabbing guide)设置销螺纹时不对套筒螺纹侧施加冲击。并且,设计成使用补偿器使得销螺纹不会摆动必要以上。这是模拟了实际的井中的状况的结果。No.4示出了良好的润滑性,是与No.3的事例相同的结果。根据该结果可知,实现新的实验室试验方法的重锤钳试验能够模拟实际的井中的状况。
No.5是相对于No.3、4而膜厚为小于下限值10μm的8μm的事例。No.5是无法进行紧固放松而判定为NG的事例。
No.6是将No.1~5的条件的膜以10μm的膜厚形成于短销侧而不是联轴器螺纹侧的事例。钳是简单的立式钳,在结构上在联轴器上部未施加重锤。可知,即使使联轴器螺纹与销螺纹的被膜关系相反,只要在本发明的标准内,就能够确保充分的紧固放松次数。
在No.3和No.6中可以看出,无论是在联轴器侧有BN主体的环氧树脂被膜、且在销侧涂布有软质的涂料的事例,还是相反在销侧有BN主体的环氧树脂被膜时在联轴器侧涂布了软质的涂料的事例,都明显示出了良好的润滑行为。
No.7的事例是在钢材等级为碳钢耐酸类材料C110、螺纹尺寸为9-5/8”53.5#、且螺纹为JFELIONTM的条件下实施的例子。在联轴器侧螺纹以BN主体形成环氧树脂而设置固体润滑被膜。销侧是在喷丸表面上形成有软质的润滑/防锈涂料的例子。只有该联轴器侧的螺纹的固体润滑膜的例子为双液混合体系。环氧树脂为双酚A型系环氧树脂,环氧基的个数为4个,环氧当量为220。在溶剂中以4:6的重量比溶解有作为固化剂的改性脂环式多胺和聚酰胺胺。作为它们的整体的固化剂的官能团当量、即活性氢当量为95。因此,以在双酚A型系环氧树脂的环氧当量185的情况下反应的方式进行调配。膜硬度为3B,是低于标准下限的软质的事例。此外,由于是双液体系,具有随着混合而立即凝固的倾向,呈水浆状,膜厚目标为50μm。但是,是难以称为均质的状况。是紧固放松次数不好的事例(比较例)。
No.8~10是在钢材等级为碳钢耐酸类材料C110、螺纹尺寸为9-5/8”53.5#、且螺纹为JFELIONTM的条件下实施的例子。在联轴器侧螺纹以BN主体形成环氧树脂而设置固体润滑被膜。销侧是进行喷丸而形成有软质的润滑/防锈涂料的例子。环氧树脂为三苯酚甲烷型环氧树脂,环氧基的个数为3个,环氧当量为185。使固化剂为二亚乙基三胺类固化剂,固化剂的官能团当量、即活性氢当量为125,在无润滑辅助剂的情况下进行固化,玻璃化转变温度Tg为150℃。是膜厚为55μm、铅笔硬度为3H的事例。No.8是在联轴器螺纹侧涂布了环氧树脂被膜、在销侧涂布了软质的润滑/防锈涂料、且紧固放松次数能够为规定次数以上的事例。
No.9是不仅在联轴器螺纹侧而且在销螺纹侧也带有环氧树脂被膜的事例,该事例也是能够进行规定次数以上的事例。
将No.8与No.9进行比较时,No.8的情况下,紧固放松次数良好。单侧的螺纹具有发明中规定的含有BN的3H以上的硬质的环氧树脂被膜、且另一侧为软质的膜的情况下,示出了润滑良好。
No.10是在销侧仅实施了喷丸而没有膜的事例。明显可知,加入了符合本实施方式的规定的范围内的固体润滑剂的BN,环氧树脂被膜的润滑特性优良。
No.11~No.13是在钢材等级为碳钢耐酸类材料C110、螺纹尺寸为9-5/8”53.5#、且螺纹为JFELIONTM的条件下实施的例子。在改变固体润滑剂BN的条件的基础上,在联轴器侧螺纹形成环氧树脂而设置固体润滑被膜。销侧是进行喷丸而形成有软质的润滑/防锈涂料的例子。环氧树脂为四苯酚乙烷型环氧树脂,环氧基的个数为4个,环氧当量为165。固化剂是苯酚酚醛清漆类固化剂,固化剂的官能团当量、即活性氢当量为206。是使用三苯基膦(TPP)作为固化辅助剂的事例。是在改变固体润滑剂BN的条件的基础上在联轴器侧螺纹上形成有环氧树脂的事例。
No.11、12是销侧仅实施了喷丸的例子。No.13是涂布了含有金属皂的丙烯酸酯类F涂料的事例。No.11、12的差异在于膜厚和溶剂的混合比,都是润滑良好的事例。
No.13是未添加BN的事例,由于未加入固体润滑剂,因此成为紧固放松次数不满足合格基准的例子。
No.14是在钢材等级为碳钢耐酸类材料C110、螺纹尺寸为7”29#、且螺纹为JFELIONTM的条件下实施的例子。在将固体润滑剂BN设为85%、并含有15%PTFE作为其它固体润滑剂的条件下,在联轴器侧螺纹上形成环氧树脂而设置固体润滑被膜。销侧是进行喷丸而形成有软质的润滑/防锈涂料的例子。环氧树脂为缩水甘油酯型类环氧树脂,环氧基的个数为3个、环氧当量为190。是自聚合型的环氧树脂被膜的例子,是将固体润滑剂重量与预聚物的环氧树脂重量的合计设为100重量份时仅加入5重量份的1,2,4-三唑而制成自聚合型的环氧催化剂的例子。No.14中,对于在调配成本发明的标准内的参数内制作的膜而言,润滑视为合格。
No.15、16是试剂的粘度在合适的范围以外的事例。No.15、16均是,钢材等级为碳钢耐酸类材料C110,螺纹尺寸为9-5/8”43.5#,且螺纹为JFELIONTM。在联轴器侧形成有含BN的环氧树脂被膜。在销侧,在No.15中保持喷丸的状态,在No.16中进行喷丸而涂布了丙烯酸酯类氟类树脂。
No.15中使用了在环氧树脂中以1:1混合有聚甘油聚缩水甘油醚类和聚甘油聚缩水甘油醚类而成的物质。将固化剂设为邻苯二甲酸酐。将固体润滑剂总重量与环氧树脂的总重量之和设为100重量份时,加入5重量份的作为固化辅助剂的DMP-30、即2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚。是环氧树脂的粘度高至大幅超过上限标准的、为3500mPa·秒的事例。由于粘度过高,因此存在难以以糊状良好地均质地涂布的缺点。但是,在进行了涂布的情况下,两次量的紧固放松次数能够进行3次,因此是判定为本发明例的例子。
No.16是环氧树脂使用环己烷二甲醇二缩水甘油醚、固化剂使用双氰胺、作为固化辅助剂而使用咪唑的事例。该例是环氧树脂的粘度低至大幅超过下限标准的、为25mPa·秒的事例。No.16中,即使以食用油那样的粘度涂布,也不停留于此,有积存在6点钟的位置的倾向。即使尝试一边转动管道一边进行涂布,在烧成前也会积存于6点钟的位置,结果,膜厚薄至25um,并且,无法成为均质的膜。因此,能够判断为润滑不好。另外,是环氧树脂膜的Tg也在合适的范围以外的事例。因此,尝试了3次紧固放松试验,但是,在No.16中,结果为2次、1次、3次,难以说优良。No.16相当于比较例。
“实施例2”
实施例2是基于盐水喷雾试验的耐腐蚀性的评价。
在实施例1所示的事例中,从No.3、8、11、14的基于碳钢的油井管螺纹条件中选取(pick up),进行盐水喷雾。
关于材料,为了该盐水喷雾试验,新制作了联轴器样品。
作为比较例,使用SPCC(通常的一般软钢的薄钢板、冷轧退火板)的厚度为0.8mmt的钢板实施(条件A)。
关于油井管螺纹材料,相对于联轴器螺纹的两端,用保护器进行1次紧固放松。然后,针对保持该状态的情况(No.3-2、8-2、11-2、14-2)和再次安装保护器进行紧固的情况(相当于第二次紧固:No.3-3、8-3、11-3、14-3),进行盐水喷雾。然后,将样品横向排列,即在不使样品竖立的状态下并排观察这样的条件下进行腐蚀试验。
关于销螺纹,制成仅有螺纹牙的样品,在有螺纹的一侧,用保护器进行1次紧固放松。在未再次安装保护器的外侧铺展酰亚胺带,进行保护以免水进入管道内部。
详细条件如下所述。
No.3-2、3-3、No.8-2、8-3、No.11-2、11-3、No.14-2、14-3的固体润滑被膜的条件相当于与实施例1的No.3、8、11、14相同。
<盐水喷雾条件>
盐水喷雾条件如下所述。
喷雾条件:JIS K 5600-7-1
盐水浓度:5±0.5重量%
温度:35℃
湿度:98~99%
喷雾量:1-2mL/小时/80cm2
pH:6.5~7.2
时间:24小时
该试验方法的意义如下所述。这是因为,油井管螺纹大多在用保护器紧固端部后出货,直接在井附近的场地保管。因此,喷雾盐水后的状态是接近实际的使用条件的环境。不安装保护器的条件是指卸下保护器时的更苛刻的条件。SPCC薄板的事例是不利用保护器进行紧固放松的事例,以螺纹形状观察膜本身的耐腐蚀性。
将结果示于表5中。
由表5可知,包括比较事例的No.A在内,No.3-2、3-3、No.8-2、8-3、No.11-2、11-3、No.14-2、14-3均在盐水喷雾中未腐蚀,具有充分的耐腐蚀性。
推定:膜质硬至3H,即使利用保护器进行紧固放松,也不会受到致命的损伤,并且,BN本身为拒水性,也大多不会引入水。
在此,本申请要求优先权的日本专利申请2021-91463(2021年05月31日申请)的全部内容通过参照而成为本发明的一部分。在此,参照有限数量的实施方式进行了说明,但权利范围不限于此,基于上述公开的各实施方式的改变对于本领域技术人员而言是显而易见的。
符号说明
1 试验用销
1a 外螺纹
1c 内径面
1d 通孔
2套筒(联轴器)
2a 内螺纹
3 重锤
4 动力钳
10A 固体润滑被膜
10B 基底层
11挂钩金属件(Swivel式)
12 贯穿棒
13 插入棒
20吊起装置(起重机)
21链条(吊索)。
Claims (18)
1.一种固体润滑被膜形成用试剂,其是用于在油井管的螺纹部形成固体润滑被膜的试剂,其特征在于,
固体润滑剂分散在粘合剂树脂中,
所述粘合剂树脂包含预聚物和固化剂,
所述预聚物包含一种或两种以上环氧树脂,相对于所述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该预聚物,
构成所述预聚物的环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,
所述固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下。
所述固体润滑剂的总重量为所述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下。
2.根据权利要求1所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,相对于固体润滑剂的总重量与除固化剂以外的粘合剂树脂的总重量之和100重量份,含有30重量份以上且80重量份以下的溶剂成分。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,相对于构成所述预聚物的环氧树脂的总重量100重量份,含有0重量份以上且10重量份以下的固化促进剂。
4.根据权利要求1~权利要求3中任一项所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,构成所述预聚物的环氧树脂具有超过2个的环氧基(多官能环氧树脂)。
5.根据权利要求4所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,构成所述预聚物的环氧树脂具有6个以下的环氧基。
6.根据权利要求4所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,构成所述预聚物的环氧树脂具有4个以下的环氧基。
7.根据权利要求1~权利要求6中任一项所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,所述固化剂是使环氧树脂固化的固化剂,包含胺类固化剂、酸酐类固化剂、酚类固化剂或潜伏性固化剂。
8.根据权利要求7所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,构成所述预聚物的环氧树脂的玻璃化转变温度Tg为100℃以上。
9.根据权利要求1~权利要求8中任一项所述的固体润滑被膜形成用试剂,其特征在于,试剂的粘度为20mPa·秒以上且2000mPa·秒以下。
10.一种油井管,其是在螺纹部形成有具备固体润滑被膜的润滑被膜的油井管,其特征在于,
所述固体润滑被膜通过使固体润滑剂分散在粘合剂树脂中而构成,
所述粘合剂树脂包含经固化剂固化后的环氧树脂,相对于所述粘合剂树脂100重量份包含70重量份以上的该环氧树脂,
所述环氧树脂的环氧当量在100以上且500以下的范围内,
所述固体润滑剂的80重量%以上为BN(氮化硼),该BN的平均粒径为10μm以下,
所述固体润滑剂的总重量为所述粘合剂树脂的总重量的0.1倍以上且2倍以下,
所述固体润滑被膜的厚度为10μm以上且150μm以下。
11.根据权利要求10所述的油井管,其特征在于,所述环氧树脂具有超过2个的环氧基(多官能环氧树脂)。
12.根据权利要求11所述的油井管,其特征在于,所述环氧树脂具有6个以下的环氧基。
13.根据权利要求11所述的油井管,其特征在于,所述环氧树脂具有4个以下的环氧基。
14.根据权利要求10~权利要求13中任一项所述的油井管,其特征在于,所述固化剂是使环氧树脂固化的固化剂,包含胺类固化剂、酸酐系类固化剂、酚类固化剂或潜伏性固化剂。
15.根据权利要求14所述的油井管,其特征在于,所述环氧树脂的玻璃化转变温度Tg为100℃以上。
16.根据权利要求10~权利要求15中任一项所述的油井管,其特征在于,所述固体润滑被膜具有以铅笔硬度计为3H以上的硬度。
17.根据权利要求10~权利要求16中任一项所述的油井管,其特征在于,
所述润滑被膜在所述螺纹部的面与所述固体润滑被膜之间具有基底层,
所述基底层包含化学转化处理层或电镀层。
18.一种油井管螺纹接头,其是将具有内螺纹的套筒与具有外螺纹的销连接而成的油井管螺纹接头,其特征在于,
所述套筒和所述销中的至少一者的油井管由权利要求10~权利要求17中任一项所述的形成有所述润滑被膜的油井管构成。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021091463 | 2021-05-31 | ||
JP2021-091463 | 2021-05-31 | ||
PCT/JP2022/021280 WO2022255168A1 (ja) | 2021-05-31 | 2022-05-24 | 固体潤滑被膜形成用の薬剤、油井管、及び油井管ねじ継手 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117441001A true CN117441001A (zh) | 2024-01-23 |
Family
ID=84323168
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202280037264.7A Pending CN117441001A (zh) | 2021-05-31 | 2022-05-24 | 固体润滑被膜形成用试剂、油井管和油井管螺纹接头 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4332203A1 (zh) |
JP (1) | JP7470198B2 (zh) |
CN (1) | CN117441001A (zh) |
AR (1) | AR125985A1 (zh) |
BR (1) | BR112023025085A2 (zh) |
WO (1) | WO2022255168A1 (zh) |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0559387A (ja) * | 1991-09-02 | 1993-03-09 | Sumikou Junkatsuzai Kk | 潤滑被覆用組成物 |
JP3931564B2 (ja) * | 2001-01-25 | 2007-06-20 | 住友金属工業株式会社 | 耐焼付き性及び防錆性に優れた鋼管用ねじ継手 |
JP4145525B2 (ja) * | 2001-12-19 | 2008-09-03 | アクロス株式会社 | メッキ被覆用組成物 |
JP4687715B2 (ja) * | 2005-01-13 | 2011-05-25 | 住友金属工業株式会社 | 鋼管用ねじ継手 |
US7770935B2 (en) * | 2005-01-13 | 2010-08-10 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
EA017703B1 (ru) * | 2007-12-04 | 2013-02-28 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Резьбовое соединение для труб |
CA2884236C (en) * | 2012-09-12 | 2017-05-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Composition for solid coating formation and tubular threaded joint |
US9371410B2 (en) * | 2013-09-16 | 2016-06-21 | Dow Global Technologies Llc | Polyurethane elastomers for use in subsea pipeline insulation |
PL3633253T3 (pl) * | 2017-05-22 | 2023-12-11 | Nippon Steel Corporation | Połączenie gwintowe dla rur lub przewodów rurowych oraz sposób wykonywania połączenia gwintowego dla rur lub przewodów rurowych |
JP2021091463A (ja) | 2019-12-12 | 2021-06-17 | 凸版印刷株式会社 | 発熱体およびそれを用いた包装体 |
-
2022
- 2022-05-24 EP EP22815918.2A patent/EP4332203A1/en active Pending
- 2022-05-24 BR BR112023025085A patent/BR112023025085A2/pt unknown
- 2022-05-24 CN CN202280037264.7A patent/CN117441001A/zh active Pending
- 2022-05-24 WO PCT/JP2022/021280 patent/WO2022255168A1/ja active Application Filing
- 2022-05-24 JP JP2022550247A patent/JP7470198B2/ja active Active
- 2022-05-27 AR ARP220101402A patent/AR125985A1/es unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR112023025085A2 (pt) | 2024-02-20 |
JP7470198B2 (ja) | 2024-04-17 |
AR125985A1 (es) | 2023-08-30 |
WO2022255168A1 (ja) | 2022-12-08 |
EP4332203A1 (en) | 2024-03-06 |
JPWO2022255168A1 (zh) | 2022-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8758876B2 (en) | Nanocomposite coatings for threaded connections | |
US9206376B2 (en) | Galling-resistant threaded tubular component, and process for coating said component | |
US9599273B2 (en) | Process for coating a threaded tubular component, threaded tubular component and resulting connection | |
AU2011324338B2 (en) | Tubular threaded joint having improved low temperature performance | |
RU2626827C1 (ru) | Противозадирное покрытие для резьбового соединения насосно-компрессорных и обсадных труб и способ его получения | |
US9562400B2 (en) | Threaded tubular component and resulting connection | |
CN117441001A (zh) | 固体润滑被膜形成用试剂、油井管和油井管螺纹接头 | |
US10590715B2 (en) | Threaded tubular component and method for coating such a threaded tubular component | |
EP4332204A1 (en) | Chemical agent, oil well pipe, and screw joint for oil well pipe | |
CN117425719A (zh) | 固体润滑被膜形成用试剂、油井管和油井管螺纹接头 | |
CN117413040A (zh) | 固体润滑被膜形成用试剂、油井管、油井管螺纹接头和油井管的制造方法 | |
WO2024043133A1 (ja) | 油井管、油井管ねじ継手、及び塗料 | |
OA16448A (en) | Process for coating a threaded tubular component, threaded tubular component and resulting connection. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |