JP5145684B2 - 鋼管用ねじ継手に適した潤滑被膜形成用組成物 - Google Patents

Description

本発明は、油井管の締結に使用される油井管ねじ継手（以下、当該「油井管ねじ継手」を「鋼管用ねじ継手」とも表現する）の潤滑被膜処理に適した潤滑被膜形成用組成物に関する。本発明の組成物により潤滑被膜処理された鋼管用ねじ継手は、多量の重金属を含有し、環境汚染を引き起こす危険性のあるグリス潤滑油を塗布せずに、ねじ無し金属接触部を有するシール性に優れた油井管の締結に使用することができる。

油井掘削に使用されるチュービングやケーシングといった油井管は、長さが十数メートル程度の鋼管を現場でねじ継手により締結することによって一般に組立てられる。通常、油井の深さは２０００ｍ〜３０００ｍであるが、近年の海洋油田などの深油井では８０００ｍ〜１００００ｍにも達する。

油井管を締結するねじ継手には、使用環境下で油井管および継手自体の重量に起因する軸方向引張力に加え、内外面圧力の複合した圧力、さらには熱が作用し、このような過酷な環境下においても破損することなく気密性を保持することが要求される。

更に、チュービングやケーシングの降下作業時には、一度締め込んだ継手を緩めて再度締め直すことがあり、ＡＰＩ（米国石油協会）は、チュービング継手で１０回の、ケーシング継手では３回の締付け（メイクアップ）、緩め戻し（ブレークアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる修復不可能な焼付きの発生が起こらず、気密性が保持されることを要求している。

シール性に優れた鋼管用ねじ継手として、メタルシール可能なピン−ボックス構造のねじ継手がある。このねじ継手では、典型的には鋼管の管端外面に形成した雄ねじ部とねじ無し金属接触部とを備えたピンを、別部材のカップリングの内面に形成した雌ねじ部とねじ無し金属接触部とを有するボックスに嵌め込み、ねじで締めつけることによりねじ無し金属接触部同士を当接させてメタルシール部を形成する。嵌合部となるねじ部とねじ無し金属接触部には、耐焼付き性と気密性の向上を図るために、締付けに先立ってコンパウンドグリスと呼ばれるグリス潤滑油を塗布するのが普通である。このコンパウンドグリスの保持性を良好にするため、鋼管用ねじ継手の嵌合部に表面粗さを大きくする表面処理（例、燐酸塩処理）を施すことも行われてきた。

しかし、コンパウンドグリスは、Ｐｂ、Ｚｎといった重金属粉を多量に含有するため、塗布されたグリスが洗浄時に周囲に流出すると環境汚染を引き起こす。また、コンパウンドグリスの塗布は、作業環境を悪化させるとともに、油井管の締結作業効率を低下させる。そのため、コンパウンドグリスの塗布を必要としないねじ継手が望まれるようになってきた。

コンパウンドグリスを塗布せずに使用できるねじ継手として、特開２００２−１７３６９２号公報、特開２００４−５３０１３号公報、特表２００４−５０７６９８号公報には、鋼管用ねじ継手の嵌合部に潤滑被膜を形成するための組成物、滑被膜もしくは潤滑層が提案されている。
特開２００２−１７３６９２号公報 特開２００４−５３０１３号公報 特表２００４−５０７６９８号公報

１９９８年に北東大西洋の海洋汚染防止に関するオスパ−ル条約（オスロ・パリ条約、ＯＳＰＡＲ）が発効したのを契機に、地球規模での環境に対する厳しい規制が進んでいる。海上リグにおけるガス井や油井の掘削作業においても、海洋汚染の原因物質の排出を最少にすべく、環境への排出の可能性があるリグでの使用物質には、環境影響度の評価を求め、その国又は地域の基準を満たさないものは使用を禁止する傾向にある。

この環境影響度の評価項目はＯＳＰＡＲにてＨＯＣＮＦ（Harmonized Offshore Chemical Notification Format）として規定されており、生分解性（Biodegradation、ＢＯＤ）の評価は、その中の重要な１項目となっている。

鋼管用ねじ継手においては、リグ上での塗布や洗浄作業が不可避であるコンパウンドグリスは勿論のこと、前述したコンパウンドグリスを使用しない公知の潤滑被膜形成用組成物や潤滑被膜についても、リグでの洗浄時に周囲に排出される可能性があることから、環境影響度の評価が必要となってきている。
しかし、前述の公知の潤滑被膜形成用組成物や潤滑剤は、潤滑性や防食性は考慮されているものの、今や重要な評価項目となった生分解性を考慮した組成の設計、性能評価はされていないので、環境規制が厳しくなる状況下において、その使用が困難になってきている。

本発明の課題は、上記の従来技術の問題を解決し、コンパウンドグリスのようなグリス潤滑油の現場での塗布を必要とせずに、錆の発生を抑制し、油井管を締結する際の潤滑上のトラブルがなく、耐焼付き性と気密性に優れ、厳しい環境規制の国、地域でも使用することが可能な、鋼管用ねじ継手と、それに使用するための潤滑被膜形成用組成物とを提供することである。

本発明者らは、上記問題を解決するため、鋼管用ねじ継手に適した潤滑被膜形成用組成物について、生分解性、潤滑性および防錆性の観点から検討した。
(Ａ)生分解性（Biodegradation、ＢＯＤ）に関して
海洋への環境影響を評価するには、海水中での生分解性の評価方法として一般に採用されている下記の何れかの方法のうち、その試験体の評価により適当な方法を採用することが適当である。

(a)「OECD Guidelines for testing of chemicals - 1992 OECD 306: Biodegradability in Seawater, Closed Bottle Method.」
(b)「Modified seawater variant of ISO TC/147, SC5/WG4 N141 1990: BOD test for insoluble substances.」
上記のいずれの試験方法においても、試験結果は通常はパーセントで表示され（例、ＢＯＤ＝１５％）、その値が高いほど、生分解性が良く、環境への影響が小さいといえる。

上記方法により評価される生分解性は、２８日後におけるＢＯＤ値（以下、ＢＯＤ28と表記）が「ＢＯＤ28≧２０％」であればよい。現状では国や地域によってＢＯＤの要求値が異なっているが、ＢＯＤ28≧２０％であれば、最も厳しいと言われているノルウェーでの基準においても海上リグでの使用が認められる最低要求レベルを満たすことができる。

潤滑被膜形成用組成物の組成設計のための生分解性試験は、組成物中の各成分候補別に行うことができるが、鋼管用ねじ継手としての製品出荷状況を勘案すると、生分解性の最終判定は潤滑被膜形成用組成物の全体評価（各成分の混合物）として評価をしなければならない。

(Ｂ)潤滑性に関して
塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネートおよび塩基性カルボキシレートのいずれかを含む油剤は、常温でグリス状の半固体であるが、静水圧条件下で流動性がある。実管を用いた締付け・締め戻し試験における焼付き発生に至るまでの回数により潤滑性を評価したところ、この種の塩基性油剤は比較的薄い被膜でも耐焼付き性に優れる。

(Ｃ)防錆性に関して
ＪＩＳ Ｚ２３７１に規定される塩水噴霧試験により防錆性を評価したところ、スルホネート、サリシレート、フェネート、カルボキシレートのいずれも、中性塩より塩基性塩の方が防錆性に優れる。

塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネートおよび塩基性カルボキシレートがいずれも比較的薄い被膜で潤滑性と防錆性を付与することができることに着目して調べたところ、この種の塩基性油剤は生分解性には劣るものの、それに他の成分を配合した潤滑被膜形成用組成物とすることにより、目標のＢＯＤ28≧２０％を満たすことが可能であることがわかった。

ここに、本発明は、揮発性の有機溶解基剤を０〜３０質量％含有し、その他の成分の含有量は、合計を１００質量部として、塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネートおよび塩基性カルボキシレートから選んだ一種または二種以上の塩基性油剤であって塩基価が２５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲である塩基性油剤が５５〜７０質量部、脂肪酸のアルカリ土類金属塩が２０〜２５質量部、ワックス類が１０〜２０質量部であり、海水中における２８日後の生分解性（ＢＯＤ）が２０％以上であることを特徴とする油井管ねじ継手の潤滑被膜形成用組成物である。

好適態様において、本発明の潤滑被膜形成用組成物は、前記塩基性油剤より生分解性が高い（優れた）ものから選んだ少なくとも１種の他の油剤をさらに含有する。この他の油剤は肪酸金属塩およびワックス類から選ばれた１種または２種以上であることが好ましい。脂肪酸金属塩は、好ましくはステアリン酸およびオレイン酸のアルカリ土類金属塩から選ばれた１種または２種以上である。

本発明はまた、嵌合部としてねじ部とねじ無し金属接触部とをそれぞれ有するピン及びボックスから構成される鋼管用ねじ継手において、ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合部表面に上記の潤滑被膜形成用組成物が１０μｍ以上の厚さで塗布されてなる潤滑被膜を有することを特徴とする、グリス潤滑油の塗布を必要としない鋼管用ねじ継手も提供する。

本発明において、油剤とは潤滑性向上成分を意味する。ピンとは雄ねじ部を有する方の鋼管用ねじ継手の部材を、ボックスとは雌ねじ部を有する方の鋼管用ねじ継手の部材をそれぞれ意味する。

本発明の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜を有する鋼管用ねじ継手は、コンパウンドグリスを塗布した場合と同等レベルの耐焼付き性および防錆性を示し、さらに生分解性が高いことにより、環境規制の厳しい国または地域においても、コンパウンドグリスを塗布しない鋼管用ねじ継手として、環境汚染を心配せずに使用することができる。

以下、本発明の潤滑被膜形成用組成物と鋼管用ねじ継手の実施の形態を詳細に説明する。以下の説明において、組成に関する％は特に指定しない限り質量％である。

最初に、本発明の潤滑被膜形成用組成物を構成する各成分について説明する。
［溶解基剤］
溶解基剤は、潤滑向上成分である前記塩基性油剤および他の油剤、ならびに使用すればその他の添加剤を溶解あるいは分散させて、被膜形成時の膜厚および組成の均一化を図り、かつ被膜形成を効率的に行うために使用される。従って、油剤だけで良好な被膜形成が可能であれば、溶解基剤を使用しなくてもよい。

本発明では潤滑被膜の主要成分が油剤であるので、有機の溶解基剤を使用する。溶解基剤は、組成物中の各種成分に対する溶解性が高く、かつ揮発しやすいものであれば特に限定されるものではない。好ましいのは、ＪＩＳ Ｋ２２０１に規定されている工業用ガソリンに相当するソルベント、ミネラルスピリット、芳香族石油ナフタ、キシレン、セロソルブなどの石油系溶剤である。引火点が３０℃以上で、初留温度が１５０℃以上、終点が２１０℃以下のものが、取扱いが容易で、蒸発時間が速く、乾燥時間が短くてすむ点で好ましい。生分解性の観点からは、ミネラルスピリットが好ましい。

有機溶解基剤はどれも生分解性があまり良好とはいえないので、多量に配合すると、潤滑被膜形成用組成物全体の生分解性が増大する。溶解基剤の配合量は、潤滑被膜形成用組成物の生分解性が本発明で規定する条件を満たす範囲内で、その目的である潤滑向上成分（塩基性油剤や他の油剤）および添加剤を溶解あるいは分散させることに加え、被膜処理を行う面への塗れ性および塗布液の展延性を高め、かつ後述の潤滑性向上成分などの吸着を容易にすることができるように選択することが好ましい。

潤滑被膜形成用組成物中の溶解基剤の量は、好ましくは０〜３０％の範囲内であり、より好ましくは５〜２５％である。溶解基剤が少なすぎると、潤滑被膜形成用組成物の粘度が高く、均一な被膜形成が困難となり、上記の吸着効果も得ることができなくなる。一方、溶解基剤の量が多すぎると、所定の生分解性が得られにくくなる。

［塩基性油剤］
本発明の組成物においては、潤滑性向上成分の主剤として、塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネートおよび塩基性カルボキシレートから選ばれる１種または２種以上の塩基性油剤を用いる。「主剤」とは、必ずしも量が最も多いことを意味するのではなく、この塩基性油剤が所定の潤滑性能の達成に主要な役割を果たすことを意味する。

これらの塩基性油剤は、いずれも芳香族の酸と過剰のアルカリとから構成される塩であり、油中にアルカリの過剰分がコロイド状微粒子として分散している、常温でグリス状の半固体物質である。

これら塩基性油剤の生分解性は、他の成分より劣るので、多量に配合すると潤滑被膜形成用組成物全体の生分解性を増大させる。従って、組成物全体の生分解性が本発明に規定する条件を満たす範囲内で、組成物の耐焼付き性や防錆性の向上に有効な量の塩基性油剤を配合する。その量は特に限定されないが、前述の溶解基剤を除いた残りの全成分（すなわち、被膜を構成する全ての不揮発性成分）の合計を１００質量部として５５〜７０質量部が好ましい範囲である。

前述した４種類の塩基性油剤のうち、生分解性、潤滑性、防錆性の観点から、塩基性スルホネートが最も好ましい。該スルホネートを構成するスルホン酸は、石油留出成分中の芳香族成分をスルホン化して得られる石油スルホン酸または合成スルホン酸でよい。合成スルホン酸としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸などが挙げられる。塩は、アルカリ土類金属塩およびアルカリ金属塩が可能であるが、アルカリ土類金属塩、特にカルシウム塩（すなわち、塩基性カルシウムスルホネート）が好ましい。塩基性サリシレート、塩基性フェネート、および塩基性カルボキシレートの場合も、同様にアルカリ土類金属塩、特にカルシウム塩が好ましい。

以下では、塩基性油剤が塩基性カルシウムスルホネートである態様について本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。塩基性油剤がカルシウム塩以外の塩基性スルホネート、あるいは塩基性サリシレート、塩基性フェネート、もしくは塩基性カルボキシレートである場合も、一般に以下の説明があてはまる。ただし、配合量は組成物の生分解性や性能を考慮して調整する。

本発明で使用する塩基性カルシウムスルホネートは公知物質であり、市販品の例としては松村石油研究所のスルホール１０４０、日本ルブリゾール社のLubrizol 5318などが挙げられる。

塩基性カルシウムスルホネートを合成する場合には、中性のスルホネート（スルホン酸塩）を芳香族炭化水素、アルコール系溶媒、鉱油等から選んだ適当な溶媒に溶解し、得られた溶液に、塩基性カルシウムスルホネートとして要求される塩基価に相当する水酸化カルシウムを添加し、混合すればよい。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸化するのに十分な過剰の二酸化炭素ガスを通じた後、活性白土等の濾過助剤を添加して濾過し、濾液を減圧蒸留して、揮発性の溶媒を除去すると、塩基性カルシウムスルホネートが得られる。

市販品と合成品のいずれであっても、塩基性カルシウムスルホネートは、油中に炭酸カルシウムのコロイド状微粒子が安定に分散している、グリス状の半固体である。分散している炭酸カルシウムの微粒子が固体潤滑剤として機能するため、特にねじ干渉量が小さく厳しい締めつけ条件下では、一般的な液状の潤滑油より著しく優れた潤滑性を示すことができる。また、摩擦面に微小な凹凸（表面粗さ）がある場合、静水圧作用によるミクロ流体潤滑効果と、微粉末による固体潤滑作用とが相まって、鋼管用ねじ継手に対してより一層優れた焼付き防止効果を発揮する。この作用は他の塩基性油剤でも同様に得られる。

使用する塩基性油剤の塩基価が高いほど、固形潤滑剤として機能する炭酸塩の量が増し、潤滑性（耐焼付き性）が高くなる。また、塩基性がある程度以上に高いと、酸成分を中和する作用があるため、潤滑被膜の防錆力も高まる。これらの理由から、本発明で使用する塩基性油剤は、塩基価（ＪＩＳ Ｋ２５０１）（２種以上使用する場合は、量を加味した塩基価の加重平均値）が５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のものを使用することが好ましい。しかし、塩基価が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、親水性が増し、防錆性も低下しはじめ、錆が発生しやすくなる。塩基性油剤の好ましい塩基価は１００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、さらに好ましくは２５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲である。

［その他の油剤］
本発明の潤滑被膜形成用組成物は、潤滑性向上成分として、主剤である上記の塩基性油剤に加えて、他の油剤をさらに含有することが好ましい。他の油剤として生分解性が上記塩基性油剤より優れている(高い)ものを使用する。それにより、潤滑性向上成分の主剤が生分解性のあまりよくない高塩基性油剤であっても、本発明で規定する生分解性の条件を満たす潤滑被膜形成用組成物とすることができる。

他の油剤としては、脂肪酸金属塩およびワックス類から選ばれた１種または２種以上を使用することが好ましく、特に好ましくは少なくとも１種の脂肪酸金属塩と少なくとも１種のワックスとを使用する。

〈脂肪酸金属塩〉
脂肪酸金属塩としては、脂肪酸のアルカリ土類金属塩を使用することが好ましい。他の金属塩は、生分解性に劣るか、環境面で好ましくない。脂肪酸金属塩は、前述した塩基性カルシウムスルホネート等の塩基性油剤には及ばないものの、潤滑性付与成分として作用する。

脂肪酸は、炭素数１２〜３０のものが潤滑性や防錆性の観点から好ましい。脂肪酸は、牛脂、ラード、羊毛脂、パーム油、菜種油、椰子油などの天然油脂由来の混合脂肪酸、ならびにラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ラノパルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アラキン酸、ベヘン酸、エルカ酸、リグノセリン酸、ラノセリン酸などの単一化合物のいずれでもよい。

生分解性の観点から特に好ましい脂肪酸金属塩は、ステアリン酸およびオレイン酸のアルカリ土類金属塩であり、とりわけカルシウム塩が好適である。脂肪酸金属塩は中性塩と塩基性塩のいずれでもよい。

潤滑被膜形成用組成物中の脂肪酸金属塩の量は、特に限定するものではなく、０％であってもよい。しかし、通常は所定の生分解性を付与するために、ある程度以上の量を添加する。好ましい脂肪酸金属塩の配合量は、溶解基剤を除いた残りの成分の合計量を１００質量部として２０〜２５質量部の範囲である。この量が多すぎると、主剤である塩基性油剤の量が相対的に少なくなり、潤滑性が低下する。

〈ワックス類〉
ワックス類も、潤滑性では前述の塩基性油剤には及ばないものの、潤滑被膜形成用組成物全体の生分解性を高める目的で添加することができる。

使用できるワックスの例としては、蜜蝋、鯨蝋（以上、動物性）、木蝋、カルナバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス（以上、植物性）、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム、モンタンワックス、オケゾライト、セレシン（以上、鉱物性）、酸化ワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプッシュワックス、アミドワックス、硬化ひまし油（カスターワックス）（以上、合成ワックス）などがある。中でも、工業的に安定に入手できることと、生分解性の観点より、鉱物性ワックスの１種であるペトロラタムが好ましい。

潤滑被膜形成用組成物中のワックスの量は、特に限定するものではなく、０％であってもよい。しかし、通常は所定の生分解性を付与するために、ある程度以上の量を添加する。好ましいワックス類の配合量は、溶解基剤を除いた残りの成分の合計量を１００質量部として１０〜２０質量部の範囲である。この量が多すぎると、主剤である塩基性油剤の量が相対的に少なくなり、潤滑性が低下する。

［鋼管用ねじ継手］
本発明の潤滑被膜形成用組成物は、嵌合部としてねじ部とねじ無し金属接触部とをそれぞれ有するピン及びボックスから構成される鋼管用ねじ継手において、ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合部表面に塗布される。

鋼管用ねじ継手は、典型的には図１に示す状態、即ち、両端に雄ねじ部３を有するピンが形成された油井管Ａの一方のピンに、雌ねじ部４を有するボックスが内面に形成されたカップリング（ねじ継手部材）Ｂを予め締め付けた状態、で出荷される。この図では、図面を単純化するために、ねじ無し金属接触部は省略されている。

但し、鋼管用ねじ継手の形態は図１に示すものに限られない。油井管の一端の外面に雄ねじ部を有するピンを形成し、他端の内面に雌ねじ部を有するボックスを形成した、締結にカップリングが不要の、インテグラル方式の鋼管用ねじ継手も使用されている。また、油井管にボックスを形成し、カップリングにピンを形成することも可能である。以下では、図１に示す形態の鋼管用ねじ継手を例にとって説明する。

図２は、鋼管用ねじ継手の締付け部の断面を模式的に示す説明図である。図中、１はピン、２はボックス、３は雄ねじ部、４は雌ねじ部、５はねじ無し金属接触部である。鋼管用ねじ継手の嵌合部は雄ねじ部３と雌ねじ部４、およびねじ無し金属接触部５である。本発明では、ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合部（すなわち、ねじ部３もしくは４とねじ無し金属接触部５）に潤滑被膜形成用組成物を塗布して、グリス状半固体の潤滑被膜を形成する。

ピンとボックスは互いに嵌合する形状を有するが、微細に観察すると、図３に示したように、特にねじ山の間には微小な隙間６がある。また、ねじ無し金属接触部とねじ部との間にもやや大きな隙間６が設けられる。このような隙間がないと締めつけ作業は実質的に不可能である。この隙間に潤滑成分が溜まり、これが締めつけ中の圧力で周囲にしみ出てくることで、焼付きが防止されるので、この隙間は潤滑に寄与する。本発明の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜は、コンパウンドグリスの被膜と同様に半固体であるので、このしみ出しが可能であり、優れた潤滑性と気密性を与える。

また、本発明の潤滑被膜形成用組成物はコンパウンドグリスと同様に防錆性にも優れているので、図１に示す状態で出荷された後も、潤滑被膜形成用組成物が塗布された嵌合部を錆ないように防護することができる。

［潤滑被膜の厚さ］
鋼管用ねじ継手に潤滑被膜を形成する基本的な目的は、継手の締結時に組立の不具合による継手の偏芯、傾き、異物の混入などで局部的に面圧が過大となり、塑性変形を伴うような過酷な潤滑条件下でも、焼付きを防止することである。そのためには、潤滑性付与成分の摩擦面への導入および維持が不可欠となる。

したがって、図３に示したねじ山間などの嵌合部の微小隙間６を埋めるに必要な量を塗布する必要がある。塗布量が少ないと、締め込み時に発生する静水圧作用で摩擦面に油剤が浸み出す作用、あるいは他の隙間から潤滑性付与成分が回り込む作用が期待できなくなる。そのために潤滑被膜の厚さは１０μｍ以上とすることが好ましい。

ボックスとピンの嵌合部はねじ継手の締結時に互いに接触するため、潤滑性を確保する意味では、潤滑被膜はピンとボックスのいずれか一方の嵌合部だけに処理すれば十分である。しかし、防錆性を確保するには、ピンとボックスの双方の嵌合部に潤滑被膜を形成することが必要である。その防錆に必要な最低膜厚も１０μｍであるので、双方の嵌合部に１０μｍ以上の厚さで潤滑被膜を形成する。ただし、図１に示すように、出荷時に油井管の一端にカップリングを締付ける場合には、締付けが行われたピンとボックスは、その一方の嵌合面だけに潤滑被膜を形成すれば、ピンとボックスの双方に防錆性も付与されるので、この場合には、反対側のピンとボックス（図中の左側のピンと右側のボックス）は双方に潤滑被膜を形成することになる。

本発明の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜は塩基性カルシウムスルホネートなどの潤滑性の高い塩基性油剤を含有するため、必要以上に潤滑被膜を厚くする必要はない。厚くなりすぎると材料が無駄になるばかりか、本発明の目的の一つでもある環境汚染防止にも逆行する。したがって、被膜厚さの上限は特に規定しないが、概ね２００μｍとすることが好ましい。

潤滑被膜のより好ましい膜厚は３０〜１５０μｍである。ただし、次に説明するように、表面粗さを大きくした場合には、潤滑被膜の膜厚はＲｍａｘより大きくすることが好ましい。表面粗さがある場合の潤滑被膜の膜厚は、膜厚の最大部と最小部の中間値をとることとする。

本発明の潤滑被膜形成用組成物が溶解基剤を含有する場合、組成物それ自体は半固体ではなく、塗布性に優れた液状にすることができる。しかし、この組成物を鋼管用ねじ継手の嵌合部に塗布すると、溶解基剤は一般に揮発性であるので、形成された潤滑被膜から溶解基剤が蒸発して除去され、半固体の潤滑被膜になる。

［嵌合部の表面粗さ］
本発明の潤滑被膜形成用組成物で被膜処理した鋼管用ねじ継手は、そのねじ部やねじ無し接触部の嵌合部における表面粗さを、切削加工で得られる３〜５μｍの粗さから、適宜の方法でより大きくすると、耐焼付き性がさらに向上する。これは前述した嵌合部の静水圧作用で摩擦面に油剤が浸み出す作用、および他の隙間から潤滑性付与成分が回り込む作用が、表面粗さの微小な凹凸に閉じこめられた油剤によって発生するためである。この作用は、表面粗さを付与する方法に関係なく表面粗さに依存して得られる。耐焼付き性の向上に好ましい表面粗さは５〜４０μｍＲｍａｘである。表面粗さが４０μｍＲｍａｘを越えると、凹部の周囲が十分に密封できなくなり、静水圧作用が発生しなくなって十分な潤滑性が得られなくなる。Ｒｍａｘのより好ましい範囲は１０〜３０μｍの範囲である。

〈粗さ付与方法〉
表面粗さの付与方法は特に規定しないが、次のような方法が挙げられる。
(1)サンドあるいはグリッドの投射：砥粒の大きさにより粗さを変更できる。

(2)酸による腐食：硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸などの強酸液に浸漬し、肌を荒らす方法。
(3)リン酸塩処理：リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸鉄マンガン、リン酸亜鉛カルシウムなどの被膜処理（生成される結晶の成長に伴い結晶表面の粗さが増す）。

(4)電気メッキ：銅メッキ、鉄メッキ（凸部が優先してメッキされるため、僅かであるが表面が粗くなる）。
(5)乾式衝撃メッキ：亜鉛ブラスト、亜鉛−鉄合金ブラストなど鉄芯にメッキ材を被覆した粒子を遠心力あるいはエアー圧を利用して投射しメッキする方法。

これらの粗さ付与処理はボックス側の方が処理しやすいが、ピン側に行ってもよいし、双方に行ってもよい。また、上記(3)〜(5)の方法は表面粗さの大きい下地処理被膜を形成する方法であるため、油膜が切れた際にその被膜によって金属間接触が防止されるので、耐焼付き性が防錆性の向上が同時に得られる点で好ましい。特に、リン酸マンガン被膜は、結晶が絨毯のように林立しているので粗さが大きくなりやすく、油剤の保油性が良好であるため、より好適である。

油井管の材質によっては高合金のため、リン酸塩処理ができない場合もある。このような場合は上記(4)に示す鉄メッキを実施した後、リン酸塩処理を行うこともできる。(3)〜(5)の下地処理被膜の場合、被膜厚さはそれにより付与される下地処理被膜の表面粗さより厚くした方が、油剤の保持性および下地被膜の密着性が良好となり、好ましい。したがって、下地処理被膜の膜厚は５〜４０μｍが好適である。

以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明する。
実施例において、潤滑被膜形成用組成物の生分解性は、海洋への環境影響を評価するという目的に照らして、海水中での生分解性の評価方法として一般的に採用されている下記の何れかの方法とし、試験体の評価方法として適当な方を採用した。

(a)「OECD Guidelines for testing of chemicals - 1992 OECD 306: Biodegradability in Seawater, Closed Bottle Method.」
(b)「Modified seawater variant of ISO TC/147, SC5/WG4 N141 1990: BOD test for insoluble substances.」
具体的には、組成物中の各成分について、上記(a)または(b)のいずれかの方法で、実際にその成分の海水中での２８日経過後の生分解性（ＢＯＤ₂₈）を測定した。より詳しくは、方法(a)はミネラルスピリット、ペトロラタムワックス、ポリエチレン樹脂粉末（比較例の成分）に対して、方法(b)は塩基性カルシウムスルホネート、ステアリン酸カルシウムに対して使用した。

生分解性の最終判定は、潤滑被膜形成用組成物の全体評価（各成分の混合物）として行った。この全体の生分解性の値は、成分ごとに得られた生分解性の値から、その成分の含有量を加味して平均値を求めることにより算出した。

潤滑性は、表１に示す組成の炭素鋼製または１３Ｃｒ鋼製の油井管（外径７インチ＝１７.８ｃｍ）の管端外面に形成されたピンと、これに嵌合する、同じ材質の鋼製ねじ継手部材の内面に形成されたボックスからなるねじ継手を用いて、繰り返し締付け・緩め試験を行い（締付けトルク ２０，０００Ｎ・ｍ）、焼付き発生に至るまでの回数にて評価した。

このねじ継手は、ピンとボックスの何れもねじ部とねじ無し金属接触部とを有する、メタルシールが可能なものであった。なお、表面処理として、炭素鋼製のピンにはリン酸亜鉛処理、ボックスにはリン酸マンガン処理を、１３Ｃｒ鋼のボックスには銅メッキを施した。１３Ｃｒ鋼のピンは表面処理を施さず、研削ままの仕上げとした。１３Ｃｒ鋼は高合金の１種であり、焼付きが起こり易い材料である。

以下の説明では、ピンのねじ部及びねじ無し金属接触部の表面を単に「ピン表面」と称し、ボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部の表面を単に「ボックス表面」と称する。潤滑性試験では、ボックス表面だけに潤滑被膜を形成した。潤滑被膜の厚さは３０μｍであった。

防錆性の評価はＪＩＳ Ｚ２３７１に規定される塩水噴霧試験により、表１に示す組成の炭素鋼製または１３Ｃｒ鋼製の板状試験片（５０ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を用いて行った。これらには表面処理を施さず、研削ままの仕上表面に、潤滑被膜を３０μｍ厚さで形成した。試験は１０００時間行い、発錆の有無を確認した。

潤滑被膜の組成、および各組成における試験結果のまとめを表２に示す。なお、潤滑被膜形成用組成物における質量部は、溶解基剤を除く全成分の合計１００質量部に対するその成分の量を意味する。

［実施例１］
溶解基剤としてミネラルスピリットを２５％含有し、塩基性油剤として塩基価が４００ｍｇＫＯＨ／ｇの塩基性カルシウムスルホネートを５０％（溶解基剤を除く他成分の合計計１００質量部中６６.７質量部）、その他の油剤として、ステアリン酸カルシウムを１７％（同２２.７質量部）、ペトロラタムワックスを８％（同１０.６質量部）含有する潤滑被膜形成用組成物を作成した。

この潤滑被膜形成用組成物は、溶解基材を含有するため、粘度が低く、延伸性が高いため塗布しやすく、常温のまま、締付け・緩め試験片および、塩水噴霧試験片への刷毛による塗布が可能であった。一方、生分解性が良好ではない溶解基剤を含有するため、潤滑被膜形成用組成物全体の海水中の生分解性はＢＯＤ２８＝２６％であり、目標値の２０％を達成したが、溶解基剤を含有しない実施例２よりは低かった。

この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた前述の締付け・緩め試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、チュービング継手として必要な１０回の締付け・緩めを焼付けを発生することなく達成した。また、この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた１０００時間の塩水噴霧試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、発錆は認められなかった。

［実施例２］
溶解基剤は含有せず、塩基性油剤として実施例１と同じ塩基性カルシウムスルホネートを６５％、その他の油剤として、ステアリン酸カルシウムを２３％、ペトロラタムワックスを１２％含有する潤滑被膜形成用組成物を作成した。

この潤滑被膜形成用組成物は、溶解基材を含有せず、常温での粘度が高いため、６０℃に加熱して低粘度化してから、締付け・緩め試験片および塩水噴霧試験片に刷毛にて塗布をした。一方、溶解基剤を含有しないため、生分解性は良好で、潤滑被膜形成用組成物全体の海水中の生分解性はＢＯＤ２８＝３６％であり、目標値の２０％を大きく上回り、溶解基剤を含有する実施例１よりは良好であった。

この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた前述の締付け・緩め試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、チュービング継手として必要な１０回の締付け・緩めを焼付けを発生することなく達成した。また、この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた１０００時間の塩水噴霧試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、発錆は認められなかった。

［比較例］
溶解基剤としてミネラルスピリットを１５％含有し、塩基性油剤として実施例１と同じ塩基性カルシウムスルホネートを７２％、その他の油剤として、ペトロラタムワックスを８％、ポリエチレン樹脂粉末（特開２００２−１７３６９２公報では、耐焼き付き性を高める効果があるので、添加が好ましいとされている）を５％含有する潤滑被膜形成用組成物を作成した。

この潤滑被膜形成用組成物は、溶解基材を含有するため、粘度が低く、延伸性が高いため塗布しやすく、常温のまま、締付け・緩め試験片および、塩水噴霧試験片への刷毛による塗布が可能であった。しかし、生分解性が良好ではない溶解基剤を含有し、塩基性油剤の含有量が高く、さらにポリエチレン樹脂粉末を含有するため、潤滑被膜形成用組成物全体の海水中の生分解性はＢＯＤ２８＝１２％であり、目標値の２０％を達成できなかった。

この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた前述の締付け・緩め試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、チュービング継手として必要な１０回の締付け・緩めを焼付けを発生することなく達成した。また、この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた１０００時間の塩水噴霧試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、発錆は認められなかった。

以上の如く、この比較例では、潤滑性・防錆性の良い塩基性カルシウムスルホネートを含有すること、及び潤滑性の良いポリエチレン粉末を含有することにより、必要な耐焼き付き性、防錆性を満たすことができたが、必要な生分解性を満足することはできず、環境規制の厳しい地域では使用することができない。

［従来例］
従来例としてＡＰＩ規格ＢＵＬ ５Ａ２に規定された、多量の重金属の粉末を含有するコンパウンドグリスの性能評価を行った。このコンパウンドグリスを塗布した試験片を用いた前述の締付け・緩め試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、チュービング継手として必要な１０回の締付け・緩めを、焼付けを発生することなく達成した。また、この組成物によって潤滑被膜が形成された試験片を用いた１０００時間の塩水噴霧試験の結果、炭素鋼、１３Ｃｒ鋼共に、発錆は認められなかった。

このように、従来例は本発明の実施例と同等の耐焼き付き性、防錆性を示すものの、人体や環境に有害な、鉛等の重金属を多量に含有するので、環境規制の厳しい地域では使用することができないのは、言うまでもない。

油井管出荷時の油井管とねじ継手部材の組立構成を模式的に示す説明図である。 ねじ部とねじ無し金属接触部とを備える鋼管用ねじ継手の締付け部を模式的に示す説明図である。 鋼管用ねじ継手のねじ山部とねじ無し部接触部に微小な隙間があることを模式的に示す説明図である。

符号の説明

１：ピン、２：ボックス、３：雄ねじ、４：雌ねじ、５：ねじ無し金属接触部、６：ねじ山間など接触部の微小隙間、Ａ：油井管、Ｂ：ねじ継手部材

Claims (3)

1. 揮発性の有機溶解基剤を０〜３０質量％含有し、その他の成分の含有量は、合計を１００質量部として、塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネートおよび塩基性カルボキシレートから選んだ一種または二種以上の塩基性油剤であって塩基価が２５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲である塩基性油剤が５５〜７０質量部、脂肪酸のアルカリ土類金属塩が２０〜２５質量部、ワックス類が１０〜２０質量部であり、海水中における２８日後の生分解性（ＢＯＤ）が２０％以上であることを特徴とする油井管ねじ継手の潤滑被膜形成用組成物。
2. 前記の脂肪酸のアルカリ土類金属塩がステアリン酸およびオレイン酸のアルカリ土類金属塩から選ばれた１種または２種以上である請求項１に記載の潤滑被膜形成用組成物。
3. 嵌合部としてねじ部とねじ無し金属接触部とをそれぞれ有するピン及びボックスから構成される油井管ねじ継手において、ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合部表面に、請求項１〜２のいずれか１項に記載の潤滑被膜形成用組成物が１０μｍ以上の厚さで塗布されてなる潤滑被膜を有することを特徴とする、グリス潤滑油の塗布を必要としない油井管ねじ継手。

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