MX2014014207A

MX2014014207A - Junta rocascada tubular que tiene propiedades mejoradas de enrosque de alto par de torsion.

Info

Publication number: MX2014014207A
Application number: MX2014014207A
Authority: MX
Inventors: Kunio Goto
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2015-06-04
Also published as: JP5677635B1; CA2872848A1; CN104334951B; AR091132A1; PL2852785T3; MY185160A; BR112014027366B1; EA026646B1; EP2852785A4; EA201492191A1; CA2872848C; IN2014DN09878A; WO2013176281A1; JP2015506445A; BR112014027366A2; CN104334951A; EP2852785B1; MX370934B; US10012332B2; AU2013264676A1

Abstract

En una junta tubular roscada compuesta de un miembro macho 1 y un miembro hembra 2 cada uno que tiene una superficie de contacto que comprende una porción roscada y una porción de contacto, metálica, no roscada que incluye una porción de sello y una porción de resalto, se forma un revestimiento lubricante sólido 10 que tiene una dureza Knoop relativamente alta en una porción que incluye la porción de resalto de la superficie de contacto (tal como la porción de contacto, metálica, no roscada que incluye la porción de resalto y la porción de sello) de al menos uno del miembro macho y el miembro hembra, y un revestimiento lubricante sólido 11 que tiene una dureza Knoop relativamente baja se forma en al menos la porción restante de la superficie de contacto (tal como la porción roscada). La junta tubular roscada tiene excelente resistencia a la excoriación, hermeticidad a gases y propiedades de prevención de óxido, y puesto que tiene una ?T grande, no sufre fácilmente deformación de las porciones de resalto aun cuando se enrosque con un gran par, haciendo de este modo posible realizar el enrosque de una manera estable.

Description

JUNTA ROSCADA TUBULAR QUE TIENE PROPIEDADES MEJORADAS DE ENROSQUE DE ALTO PAR DE TORSIÓN Campo de la Invención Esta invención se refiere a una junta roscada tubular para su uso en la conexión de tubos de acero y particularmente artículos tubulares para campos petrolíferos. Una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención puede exhibir fácilmente excelente resistencia al excoriado sin la aplicación de una grasa lubricante tal como grasa compuesta, que en el paso se ha aplicado a juntas roscadas en el momento del enrosque de artículos tubulares de campos petrolíferos. Como resultado, una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención puede impedir los efectos negativos de la grasa compuesta en el medio ambiente global y en los humanos. Además, la junta no se somete fácilmente a deformación incluso cuando se hace con un alto par de torsión, por lo que se puede realizar un sello de metal a metal estable con un margen adecuado.

Antecedentes de la Invención Los artículos tubulares para campos petrolíferos tal como tuberías y revestimientos utilizados para la excavación de pozos petroleros para petróleo crudo o gasóleo se conectan típicamente el uno con el otro usando juntas roscadas tubulares. En el paso, la profundidad de los pozos petroleros era a lo mucho 2,000-3,000 metros pero algunas veces alcanza 8,000-10,000 en pozos profundos recientes tal como en campos petroleros en alta mar. La longitud de los artículos tubulares para campos petrolíferos es convencionalmente algunos 10 metros, y la periferia de la tubería a través de la cual el fluido tal como petróleo crudo fluye está rodeada por una pluralidad de revestimientos. Por lo tanto, el número de artículos tubulares para campos petrolíferos que se conectan por juntas roscadas alcanza un número enorme.

En su entorno de uso, las juntas roscadas tubulares para artículos tubulares para campos petrolíferos se someten a cargas en la forma de fuerzas de tracción axiales provocadas por la masa de los artículos tubulares para campos petrolíferos y las juntas mismas, para combinar las presiones tal como presiones interna y externa, y al calor geotérmico. Por lo tanto, es necesario que las juntas roscadas mantengan la hermeticidad al gas sin que se dañe incluso en este entorno severo.

Una junta roscada tubular convencional utilizada para conectar artículos tubulares para campos petrolíferos (también referida como una junta roscada especial) tiene una estructura de macho y hembra. Un macho, que es un componente de junta que tiene roscas macho, se forma convencionalmente en ambos extremos de un artículo tubular para campos petrolíferos, y una hembra, que es un componente de junta de acoplamiento que tiene roscas hembras que se acoplan de manera roscada con las roscas macho, se forma convencionalmente en la superficie interna de ambos lados de un acoplamiento, que es un miembro separador. Como se muestra en la Figura 1, se proporciona una porción de sello en la superficie periférica exterior en la vecindad de la superficie de extremo en el lado más cercano al extremo del macho que las roscas macho y en la superficie periférica interior de la porción base de las roscas hembra de la caja, y una porción de resalto (también referida como un resalto de par de torsión) se proporciona en la superficie extrema en el extremo del macho y en la porción más posterior correspondiente de la hembra. Las porciones de sello y las porciones de resalto del macho y la hembra constituyen porciones de contacto de metales no roscadas de la junta roscada tubular, y las porciones de contacto de metales no roscadas y las porciones roscadas del macho y la hembra constituyen superficies de contacto de la junta roscada tubular. El Documento de Patente 1 identificado más adelante muestra un ejemplo de este tipo de junta roscada especial.

Cuando se realiza el enrosque de esta junta roscada tubular, un extremo del artículo tubular para campos petrolíferos (un macho) se inserta en un acoplamiento (una hembra), y las roscas macho y las roscas hembra se aprietan hasta que las porciones de resalto del macho y la hembra entran en contacto la una con la otra e interfieren bajo un par de torsión adecuado. Como resultado, las porciones de sello del macho y la hembra entran en contacto inmediatamente la una con la otra y forman un sello de metal a metal, por lo cual se garantiza hermeticidad al gas de la junta roscada.

Debido a varios problemas cuando se hacen descender las tuberías o el revestimiento en un pozo petrolero, una junta tubular que se conformó previamente se perfora algunas veces, la junta se eleva del pozo petrolero, se conforma de nuevo, y entonces se desciende de nuevo en el pozo. El API (Instituto Americano del Petróleo) requiere que la resistencia a la excoriación tal como anti-agarrotamiento severo irreparable referido como excoriación no tome lugar y que se mantenga la hermeticidad al gas incluso cuando se llevan a cabo el enrosque y desenrosque 10 veces para una junta para tubería y 3 veces para una junta para revestimiento.

A fin de incrementar la resistencia a la excoriación y la hermeticidad al gas, un lubricante liquido viscoso (una grasa lubricante) que contiene polvo de metales pesados y referido como una gas compuesta se ha aplicado previamente a las superficies de contacto de una junta roscada cada vez que se ha llevado a cabo el enrosque. Esta grasa compuesta se describe por API BUL 5A2.

Con el objeto de incrementar la retención de grasa compuesta y mejorar sus propiedades de deslizamiento, se ha propuesto someter las superficies de contacto de una junta roscada a varios tipos de tratamientos superficiales tal como tratamiento de nitruración, varios tipos de enchapado tal como enchapado de zinc o enchapado compuesto, y un tratamiento de conversión química de fosfato para formar una o más capas en las superficies de contacto. Sin embargo, como se describirá más adelante, el uso de la grasa compuesta eleva la preocupación de un efecto negativo en el medio ambiente y los humanos.

La grasa compuesta contiene una gran cantidad de polvos de metales pesados tal como zinc, plomo, y cobre. En el momento del enrosque de una junta roscada, la grasa aplicada se elimina por lavado o se extrae por presión de la superficie exterior, y existe la probabilidad de un efecto negativo en el medio ambiente y especialmente en la vida marina particularmente debido a los metales pesados perjudiciales tal como el plomo. Además, el proceso de aplicar grasa compuesta empeora el entorno operativo y la eficiencia operativa y puede provocar daño a los seres humanos.

Como resultado de la promulgación en 1988 de la Convención OSPAR (Convención Oslo-Paris) con el objeto de impedir contaminación marítima en el noroeste del atlántico, en años recientes, están siendo promulgadas restricciones ambientales estrictas a una escala global, y en algunas regiones, ya se está regulando el uso de grasa compuesta. En consecuencia, a fin de impedir un efecto negativo en el medio ambiente y en los humanos en el proceso de excavación de pozos petroleros y pozos de gas, se ha desarrollado una demanda para juntas roscadas que pueden exhibir excelente resistencia a la excoriación sin utilizar grasa compuesta.

Como una junta roscada que se puede utilizar para conectar artículos tubulares para campos petrolíferos sin la aplicación de grasa compuesta, el presente solicitante propuso en el Documento de Patente 2 identificado más adelante una junta roscada para tuberías de acero que tiene un revestimiento lubricante líquido viscoso o semi-sólido formado en la misma, y en el Documento de Patente 3 identificado más adelante, propusieron una junta roscada para tuberías de acero que tiene un revestimiento lubricante sólido formado en la misma.

El Documento de Patente 4 identificado más adelante describe la formación de una capa lubricante de alta fricción en la totalidad de la superficie de contacto de un macho o una hembra y la formación de una capa lubricante de baja fricción en porciones especificadas en la superficie de contacto de un macho y una hembra (cuando la capa de baja fricción y la capa de alta fricción se colocan una en la otra, la capa de baja fricción es la capa superior). Las porciones especificadas en las cuales la capa lubricante de baja fricción se forma son específicamente una porción de sello de metal a metal y crestas y canales de la rosca, y se describe en ese documento que sólo la capa lubricante de alta fricción permanece de manera preferente en una porción de resalto y costados de carga de la rosca. Sin embargo, es muy difícil formar la capa lubricante de baja fricción sólo en las crestas, canales y costados de acometida de la rosca de la porción roscada sin formarla en los costados de carga de la rosca.

Documentos de la Téenica Anterior Documentos de Patente Documento de Patente 1: EP 0488912A2 Documento de Patente 2: EP 1350834A1 Documento de Patente 3: EP 2216576A1 Documento de Patente 4: W02007/063079 Breve Descripción de la Invención Con una junta roscada especial como la mostrada en la Figura 1 que tiene porciones de sello y porciones de resalto, se garantiza hermeticidad al gas al formar un sello de metal a metal entre las porciones de sello del macho y la hembra en el momento del enrosque.

La Figura 2 muestra gráfico de par de torsión (ordenada: sin par de torsión, abscisa: número de vueltas) de este tipo de junta roscada en el momento del enrosque. Como se muestra en la figura, conforme toma lugar la vuelta, las porciones roscadas del macho y la hembra entran en contacto de manera inicial e incrementa de manera gradual el par de torsión. Posteriormente, las porciones de sello del macho y la hembra entran en contacto la una con la otra, e incrementa la velocidad de aumento en el par de torsión. Finalmente, la porción de resalto en el extremo del macho y la porción de resalto de la hembra entran en contacto la una con la otra y empiezan a interferir (el par de torsión al inicio de esta interferencia es referido como par de torsión de resalto y se indica cómo Ts), tras la cual el par de torsión incrementa de manera abrupta. Se completa el enrosque cuando el par de torsión alcanza un par de torsión de enrosque predeterminado. El par de torsión óptimo en la Figura 2 significa el par de torsión óptimo para completar el enrosque para lograr presión de contacto suficiente para garantizar hermeticidad al gas en las porciones de sello entre el macho y la hembra. Se ajusta previamente un valor prescrito adecuado para el par de torsión óptimo con base en el diámetro interior y el tipo de la junta.

Cuando se utiliza una junta roscada especial en un pozo muy profundo en el cual se aplican tensiones de compresión y tensiones de flexión, algunas veces se lleva a cabo el enrosque con un par de torsión mayor que el par de torsión óptimo usual de tal manera que no toma a lugar el aflojamiento con certeza. En este caso, la deformación de cualquiera de una o ambas de la porción de resalto en la superficie extrema del macho y la porción de resalto de la hembra que entran en contacto se puede presentar (el par de torsión cuando se presentar la deformación es referida como el par de torsión de deformación Ty), y como se muestra en la Figura 2, la porción de resalto (la porción de resalto del macho en el caso ilustrado) se deforma plásticamente. Cuando se presenta esta deformación, se disminuye la velocidad de aumento del torque en gran medida.

En el caso de una junta roscada que se va a conformar con un alto par de torsión, es ventajoso que sea mayor para la diferencia entre Ty y Ts o [Ty - Ts](= DT: par de torsión en resistencia de resalto). Sin embargo, con las juntas roscadas tubulares descritas en el Documento de Patente 2 o en el Documento de Patente 3 que tienen un revestimiento lubricante semi-sólido o liquido viscoso o un revestimiento lubricante sólido, Ty se reduce en comparación al caso en el cual se aplica grasa compuesta convencional. Como resultado, DT llega a ser pequeña, y las porciones de resalto se terminan deformando a un bajo par de enrosque, por lo cual algunas veces no es posible llevar a cabo el enrosque con un alto par.

El objeto de la presente invención es proporcionar una junta roscada tubular que no se someta fácilmente a deformación de sus porciones de resalto incluso cuando se hace con un alto par de torsión y la cual tiene un revestimiento lubricante que no contiene metales pesados perjudiciales, que tiene excelente resistencia a la excoriación, hermeticidad al gas y propiedades que impiden la oxidación, y que hace posible asegurar una DT grande.

Se conoce que incluso si se varia la composición de un revestimiento lubricante para cambiar su coeficiente de fricción, DT no varia en gran medida debido a que Ts y Ty varían en general de la misma manera. Por ejemplo, si el coeficiente de fricción de un revestimiento lubricante incrementa, Ty incrementa, también Ts incrementa (un fenómeno referido como alto resalto). Como resultado, en el peor de los casos, las porciones de resalto no entran en contacto la una con la otra a un par de torsión de enrosque prescrita, y toma a lugar una condición referida como no resalto en la cual no se completa el enrosque.

Los presentes inventores encontraron que con una junta roscada tubular que tiene un revestimiento lubricante sólido que no contiene metales pesados perjudiciales que imponen una carga para el medio ambiente global, al formar un primer revestimiento lubricante sólido en una porción de la superficie de contacto (la porción roscada y la porción de contacto de metales no roscada) de al menos uno de un macho y una hembra, específicamente una porción de la superficie de contacto que incluye la porción de resalto que se somete a contacto a una alta presión y de manera preferente una porción de la superficie de contacto que incluye la porción de resalto y la porción de sello, y al formar un segundo revestimiento lubricante sólido que tiene una dureza Knoop menor que lo hace el primer lubricante sólido en las otras porciones de la superficie de contacto, y una junta roscada tubular se obtiene que tiene suficiente resistencia a la excoriación, hermeticidad al gas, y propiedades que impiden la oxidación en tanto que tiene una DT grande y con la cual no existe peligro de la ocurrencia de no resalto.

El mecanismo para incrementar DT por la diferencia en la dureza Knoop del primer y segundo revestimiento lubricante sólido se piensa que va a ser en general como sigue: Como un resultado de las investigaciones, los presentes inventores encontraron que entre mayor sea la dureza de un revestimiento lubricante sólido, mayor será Ty, y por el contrario, entre menor sea la dureza, menor será Ts. Esto se conjetura que es debido a que un revestimiento lubricante sólido que tiene una alta dureza y por lo tanto alta resistencia al desgaste no se deforma fácilmente en el momento de deslizamiento bajo una alta presión y no descarga fácilmente polvo formado por abrasión, por lo cual produce una superficie de deslizamiento que tiene una alta resistencia al deslizamiento. Por otra parte, un revestimiento que tiene una baja dureza se deforma fácilmente en el momento de deslizamiento incluso bajo una baja presión y se desgasta fácilmente, por lo cual toma lugar el deslizamiento fácilmente de la superficie deslizante.

En general, se conoce de ejemplos tal como revestimiento metálico (alta dureza) y caucho (baja dureza) que existe una tendencia para que un revestimiento lubricante sólido que tiene una alta dureza tenga un bajo coeficiente de fricción y para que un revestimiento lubricante sólido que tiene una baja dureza tenga un alto coeficiente de fricción. Sin embargo, los comportamientos y efectos descritos anteriormente de un revestimiento sólido que tiene una alta dureza o una dureza baja bajo una alta presión o una baja presión en una junta roscada tubular no se pueden explicar sólo por la magnitud del coeficiente de fricción. Se piensa que el factor que está relacionado estrechamente a Ts y Ty en el momento del enrosque de una junta es la magnitud de la resistencia a la rotura interna de un revestimiento sólido durante el desgaste en lugar de la cantidad de fricción (la facilidad de deslizamiento) de la superficie de revestimiento.

El Documento de Patente 4 mencionado anteriormente propone la formación de un revestimiento lubricante de alta fricción y un revestimiento lubricante de baja fricción. Sin embargo, el coeficiente de fricción de un revestimiento sólido depende de la presión y no siempre se correlaciona con la dureza del revestimiento. En la presente invención, la dureza, que no depende de la presión y se correlaciona con la resistencia a la rotura interna de un revestimiento sólido, se emplea para distinguir el primer y segundo revestimiento lubricante.

El enrosque de una junta roscada tubular se lleva a cabo al insertar un macho en una hembra y entonces girar el macho o la hembra. De manera inicial sólo las porciones roscadas entran en contacto para permitir que las roscas se acoplen de manera roscada, y se incrementa el par de torsión de enrosque de manera gradual, como se muestra en la Figura 2. En la primera etapa de enrosque, las porciones de sello y las porciones de resalto entran en contacto. Se completa el enrosque cuando se logra la presión de contacto prescrita (que se expresa por un par de torsión prescrito tal como el par de torsión óptima) en la porción de sello entre el macho y la hembra.

De acuerdo a la presente invención, por ejemplo, como se muestra en la Figura 5, una junta roscada tubular tiene un primer revestimiento lubricante sólido en las porciones de sello y las porciones de resalto de las superficies de contacto de un macho y una hembra y un segundo revestimiento lubricante sólido, que tiene una dureza Knoop menor que el primer revestimiento lubricante sólido, en las otras porciones (principalmente las porciones roscadas) de las superficies de contacto. En esta junta roscada, antes de que las porciones de sello y las porciones de resalto entren en contacto, Ts permanece bajo, debido a que el contacto se presenta por el segundo revestimiento lubricante sólido que cubre las porciones roscadas y que tiene una baja dureza y una baja resistencia a la rotura interna. En la etapa final del enrosque, cuando las porciones de sello y las porciones de resalto comienzan a ponerse en contacto, el primer revestimiento lubricante sólido que tiene una dureza Knoop mayor que el segundo revestimiento lubricante sólido y que recubre estas porciones participa en el contacto. En consecuencia, se presenta un estado en el cual es alta la resistencia a la rotura interna del revestimiento, e incrementa Ty. Como resultado, incrementa DT. También se puede lograr un incremento en DT debido a un incremento en Ty cuando el primer revestimiento lubricante sólido más duro se forma sólo en las porciones de resalto, que se exponen a una presión particularmente alta durante el enrosque.

La presente invención, que se basa en el hallazgo anterior, es una junta roscada tubular comprendida de un macho y una hembra cada uno que tiene una superficie de contacto que comprende una porción roscada y una porción de contacto de metales no roscada que incluye una porción de sello y una porción de resalto, caracterizada porque un primer revestimiento lubricante sólido está presente en una porción que incluye la porción de resalto de la superficie de contacto de al menos uno del macho y la hembra, un segundo revestimiento lubricante sólido está presente en al menos una porción de la superficie de contacto de al menos uno de la hembra y el macho que no tiene el primer revestimiento lubricante sólido, la dureza Knoop del primer revestimiento lubricante sólido es mayor que la dureza Knoop del segundo revestimiento lubricante sólido, y cuando una porción está presente que tiene tanto el primer y segundo revestimiento lubricante sólido, el segundo revestimiento lubricante sólido se coloca por debajo del primer revestimiento lubricante sólido.

La dureza Knoop (abreviada como Hk) es un tipo de dureza por penetración. Como se muestra por la siguiente ecuación, se determina al dividir la carga de prueba P por el área superficial por penetración L2 obtenida en una prueba de dureza por penetración.

Hk = P / CP / L2 donde, Hk: dureza Knoop, P: carga (gf), CP: factor de corrección (0.070279), y L2: área superficial por penetración (mm2).

El valor de la dureza Knoop (Hk) cambia consecutivamente de acuerdo con la dureza, y se utiliza en general como un indice cuantitativo de la dureza que puede medir la dureza superficial de un revestimiento sólido con relativamente buena sensibilidad. Se prescribe un método para medir la dureza Knoop por el método de prueba de dureza Knoop (JIS B 7734 y JIS Z 2251). Por ejemplo, se puede medir usando un microdurómetro modelo HMV-200 fabricado por Shimadzu Corporation bajo condiciones de 100 gramos durante 10 segundos. En la presente invención, se emplea un valor de la dureza Knoop medida bajo estas condiciones.

La porción de la superficie de contacto que tiene el primer revestimiento lubricante sólido descrito anteriormente puede ser sólo la porción de resalto, pero de manera preferente es la totalidad de la porción de contacto de metales no roscada que incluye la porción de sello y la porción de resalto.

El segundo revestimiento lubricante sólido se puede proporcionar sólo en la porción de la superficie de contacto que no tiene el primer revestimiento lubricante sólido, o se puede proporcionar en la totalidad de la superficie de contacto que incluye la porción que tiene el primer revestimiento lubricante sólido. En este último caso, existen porciones en las cuales se forman tanto el primer revestimiento lubricante sólido como el segundo revestimiento lubricante sólido. En este caso, el segundo revestimiento lubricante sólido se hace de una capa inferior y el primer revestimiento lubricante sólido se hace de una capa superior.

El grosor del primer y segundo revestimiento lubricante está cada uno de manera preferente en el intervalo de 10-150 mm. Sin embargo, las porciones que tienen tanto el primer y segundo revestimiento lubricante sólido, el grosor total del revestimiento es de manera preferente a lo mucho 200 pm.

Cuando la superficie de contacto de sólo uno del macho y la hembra tiene el primer revestimiento lubricante sólido y el segundo revestimiento lubricante sólido, no existen limitaciones particulares en la superficie de contacto del otro miembro, y pueden ser no roscadas (por ejemplo, puede estar en un estado después del tratamiento superficial preparatorio descrito más adelante) . Sin embargo, desde los puntos de vista de propiedades que impiden la oxidación y propiedades de lubricación, preferentemente al menos una porción de la superficie de contacto del otro miembro y preferentemente la totalidad de la superficie de contacto de la misma tiene cualquiera de los revestimientos de tratamiento superficial siguientes formados en la misma: 1) un revestimiento lubricante liquido (que incluye un revestimiento lubricante liquido y un revestimiento lubricante semisólido); 2) un revestimiento lubricante sólido (que incluye el primer o segundo revestimiento lubricante sólido descrito anteriormente); 3) un revestimiento de protección a la corrosión sólido; o 4) un revestimiento multicapa que combina al menos dos de los revestimientos anteriores.

El revestimiento de protección a la corrosión sólido es de manera preferente un revestimiento sólido con base en una resina curable por UV.

La superficie de contacto en al menos uno y de manera preferente tanto el macho como la hembra se puede someter previamente a tratamiento superficial por uno o más métodos seleccionados de distorsión por sobrecarga, de capado, tratamiento de conversión química de fosfato, tratamiento de conversión química de oxalato, tratamiento de conversión química de borato, electrochapado, enchapado por impacto, y una combinación de éstos a fin de incrementar la adición o retención del revestimiento formado encima ésta y/o para incrementar la resistencia a la excoriación de la junta roscada.

Una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención tiene en su superficie de contacto un revestimiento de tratamiento superficial que exhibe una DT grande que es igual o mayor de aquella de un revestimiento formado de una grasa lubricante tal como grasa compuesta convencional que contiene metales pesados perjudiciales. Por lo tanto, es posible llevar a cabo operaciones de enrosque sin la ocurrencia de deformación de las porciones de resalto o excoriado incluso cuando se lleva a cabo el enrosque con un par alto de torsión. Además, el revestimiento puede eliminar la excoriación bajo condiciones severas tal como en operaciones de perforación inestables en el océano. En contraste a la grasa compuesta, el revestimiento de tratamiento superficial contiene sustancialmente ningún metal pesado perjudicial tal como plomo, por lo cual impone casi ninguna carga para el medio ambiente global. Una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención elimina la ocurrencia de oxidación, y sigue mostrando rendimiento de lubricación incluso cuando se repiten el enrosque y desenrosque en tanto que garantiza hermeticidad al gas después del enrosque.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 muestra esquemáticamente las porciones de contacto de metales no roscadas (porciones de resalto y porciones de sello) de una junta roscada especial.

La Figura 2 es un gráfico de par de torsión convencional y un a junta roscada especial en el momento del enrosque.

La Figura 3 muestra esquemáticamente la estructura montada de una tubería de acero y un acoplamiento en el momento de envío de la tubería de acero.

La Figura 4 muestra esquemáticamente una sección transversal de una junta roscada especial.

La Figura 5 muestra un ejemplo de la estructura de revestimientos en una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención.

Las Figuras 6(A) y 6(B) muestran otros ejemplos de la estructura de revestimientos en una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Más adelante, se explicarán en detalle modalidades de una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención a manera de ejemplo. En la siguiente explicación, a menos que se especifique de otro modo, por ciento significa por ciento en masa.

La Figura 3 muestra esquemáticamente el estado en el momento de envío de una junta roscada tubular convencional. Un macho 1 que tiene una porción roscada macho 3a en su superficie exterior se forma en ambos extremos de una tubería de acero A, y una caja 2 que tiene una porción roscada hembra 3b en su superficie interior se forma en ambos lados del acoplamiento B. El acoplamiento B se conecta previamente a un extremo de la tubería de acero A. Aunque no se muestra en el dibujo, antes del envió, se monta un protector para proteger las porciones roscadas en el macho de la tubería de acero A y la hembra del acoplamiento B que no se conectan a otros miembros. Estos protectores se remueven antes del uso de la junta roscada.

Como se muestra en el dibujo, con una junta roscada tubular convencional, un macho se forma en la superficie exterior de ambos lados de una tubería de acero, y se forma una hembra en la superficie interior de un acoplamiento, que es un miembro separador. También están juntas roscadas tubulares integrales que no utilizan un acoplamiento y en las cuales un extremo de una tubería de acero se hace un macho y el otro extremo se hace una hembra. Una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención se puede aplicar a cualquier tipo.

La Figura 4 ilustra esquemáticamente la estructura de una junta roscada especial (referida más adelante simplemente como junta roscada), que es una junta roscada tubular convencional para conectar artículos tubulares para campos petrolíferos. La junta roscada comprende un macho 1 formado en la superficie exterior del extremo de una tubería de acero A y una hembra 2 formada en la superficie interior de un acoplamiento B. El macho 1 tiene una porción roscada macho 3a, una porción de sello 4a colocada en la vecindad del extremo de la tubería de acero, y una porción de resalto 5a en su superficie extrema. Por consecuencia, la hembra 2 tiene una porción roscada hembra 3b, una porción de sello 4b, una porción de resalto 5b en el lado interior de la porción roscada 3b.

Las porciones de sello y las porciones de resalto del macho 1 y la hembra 2 constituyen porciones de contacto de metales no roscadas, y las porciones de contacto de metales no roscadas (es decir, las porciones de sello y las porciones de resalto) y las porciones roscadas de las mismas constituyen las superficies de contacto de la junta roscada. Se requiere que estas superficies de contacto tengan resistencia a la excoriación, hermeticidad al gas, y propiedades que impiden la oxidación. En el pasado, para este propósito, se aplicó grasa compuesta que contenia polvos de metales pesados a las superficies de contacto, o se formó un revestimiento lubricante liquido viscoso, semisólido o sólido en las superficies de contacto. Sin embargo, como se indicó anteriormente, el primero tiene un efecto negativo en humanos y en el medio ambiente, y el último tiene el problema que DT es pequeña, por lo cual existe la posibilidad de la deformación de porciones de resalto antes de la finalización del enrosque cuando se realiza el enrosque con una alto par de torsión.

En una junta roscada de acuerdo a la presente invención, al menos uno de un macho y una hembra tiene un primer revestimiento lubricante sólido y una porción de la superficie de contacto de la misma incluye al menos la porción de resalto y un segundo revestimiento lubricante sólido en al menos una porción de la superficie de contacto que no tiene el primer revestimiento lubricante sólido, y el primer revestimiento lubricante sólido es un revestimiento que tiene una dureza Knoop mayor que el segundo revestimiento lubricante sólido.

Más adelante, el primer revestimiento lubricante sólido será referenciado como un revestimiento lubricante sólido de alta dureza, y el segundo revestimiento lubricante sólido será referenciado como un revestimiento lubricante sólido de baja dureza.

Sin embargo, en las ubicaciones cercanas a las porciones roscadas entre las porciones roscadas y las porciones de sello de la junta roscada, una porción donde el macho y la hembra no están en contacto el uno con el otro incluso cuando la junta roscada está en un estado de enrosque se proporciona por lo general con el objeto de liberar los componentes lubricantes que se extraen por fuerza al momento del enrosque de una junta roscada. En algunas juntas roscadas, una región de no contacto donde el macho y la hembra no están en contacto se proporciona de manera intencional, por ejemplo, una ubicación entre las porciones de sello y las porciones de resalto. Una porción donde el macho y la hembra no están en contacto cuando una junta roscada está en un estado de enrosque no se incluye en las superficies de contacto, y se puede o no se puede proporcionar un revestimiento de acuerdo a la presente invención en esta porción.

El revestimiento lubricante sólido de alta dureza se forma sólo en una porción que incluye la porción de resalto de la superficie de contacto de uno o tanto el macho como la hembra. La porción de la superficie de contacto que tiene el revestimiento lubricante sólido de alta dureza puede ser sólo la porción de resalto, pero de manera preferente es la totalidad de la porción de contacto de metales no roscada que incluye la porción de sello y la porción de resalto. Es decir, el revestimiento lubricante sólido de alta dureza se forma de manera preferente en la porción de sello y la porción de resalto de la superficie de contacto. El segundo el revestimiento lubricante sólido de baja dureza se forma en al menos la porción de la superficie de contacto que no tiene el revestimiento lubricante sólido de alta dureza. Se puede formar en la totalidad de la superficie de contacto. En este caso, una porción de la superficie de contacto tiene dos revestimientos lubricantes, y el revestimiento lubricante sólido de baja dureza se coloca por debajo del revestimiento lubricante sólido de alta dureza. También es posible formar el revestimiento lubricante sólido de baja dureza sólo en la porción donde no se forma el revestimiento lubricante sólido de alta dureza (tal como sólo en la porción roscada).

Cuando una porción de la superficie de contacto de sólo uno del macho y la hembra tiene el revestimiento lubricante sólido de alta dureza y el revestimiento lubricante sólido de baja dureza, no existen limitaciones particulares en el tratamiento superficial de la superficie de contacto del otro miembro. Por ejemplo, el mismo o diferente tipo de revestimiento lubricante sólido como se utiliza como el revestimiento lubricante sólido de baja dureza o el revestimiento lubricante sólido de alta dureza formado en la superficie de contacto de uno de los miembros, un revestimiento lubricante liquido, un revestimiento de protección a la corrosión sólido, o un revestimiento multicapa que es una combinación de dos o más de éstos se puede formar en al menos una porción y de manera preferente en la totalidad de la superficie de contacto del otro miembro. Un revestimiento lubricante liquido engloba un revestimiento de un aceite lubricante y un revestimiento lubricante liquido viscoso o semisólido. De manera alternativa, la superficie de contacto del otro miembro se puede dejar sin roscar, o se puede someter sólo al tratamiento superficial preparatorio descrito más adelante por corrugación superficial (tal como tratamiento de conversión química de fosfato).

La Figura 5 y las Figuras 6(A) y 6(B) muestran varias modalidades posibles de las estructuras de revestimientos formados en las superficies de contacto de un macho y una hembra. En estas figuras, las roscas macho formadas en la porción roscada del macho, las roscas 3a' en el extremo contiguo a la porción de sello se muestran como una rosca incompleta que se ve al inicio del corte de la rosca. Al hacer que la rosca en el extremo del macho sea una rosca incompleta, llega a ser más fácil la acometida del macho, y se disminuye la posibilidad de dañar la porción roscada de la hembra al momento de acometer el macho.

La Figura 5 muestra una modalidad en la cual las porciones de contacto de metales no roscadas (las porciones de sello y las porciones de resalto) de las superficies de contacto de tanto el macho como la hembra tienen un revestimiento lubricante sólido de alta dureza 10, y las porciones restantes de las superficies de contacto del macho y la hembra que son principalmente las porciones roscadas tienen un revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11.

La Figura 6(A) muestra una modalidad en la cual uno del macho y la hembra (el macho en la figura) tiene un revestimiento lubricante sólido de alta dureza 10 que recubre la porción de contacto de metales no roscada y un revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11 que recubre la porción restante de la superficie de contacto de la misma manera como en la Figura 5, y en la totalidad de la superficie de contacto del otro miembro (la hembra en la figura) se recubre por un revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11.

La Figura 6(B) muestra una modalidad en la cual uno del macho y la hembra (la hembra en la figura) tiene un revestimiento lubricante sólido de alta dureza 10 que recubre la porción de contacto de metales no roscada y un revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11 que recubre el resto de la superficie de contacto de la misma manera como en la Figura 5, y la totalidad de la superficie de contacto del otro miembro (el macho en la figura) se recubre por un revestimiento de protección a la corrosión sólido 12.

Como se entiende por una persona experta en la téenica, una junta roscada tubular de acuerdo a la presente invención puede tener combinaciones de revestimientos diferentes a aquellos descritos anteriormente. Por ejemplo, en cualquiera de las modalidades mostradas en la Figura 5 y 6(A) y 6(B), el revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11 puede estar presente también por debajo del revestimiento lubricante sólido de alta dureza 10. Es decir, la porción de contacto de metales no roscada que incluye la porción de sello y la porción de resalto del macho y/o la hembra se recubre por dos capas que consisten del revestimiento lubricante sólido de baja dureza inferior 11, y el revestimiento lubricante sólido de alta dureza superior 10. En este caso, el revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11 se puede formar en la totalidad de la superficie de contacto, pero sólo es posible formar este revestimiento 11 en una porción de la superficie de contacto. Por ejemplo, el revestimiento lubricante sólido de baja dureza 11 se puede formar para recubrir de la porción roscada a la porción de sello, por lo cual sólo se recubre la porción de sello por las dos capas 10 y 11 mencionadas anteriormente y se cubre la porción de resalto sólo por el revestimiento lubricante sólido de alta dureza 10. Además, el revestimiento lubricante sólido de alta dureza 10 se puede formar sólo en la porción de resalto.

Después, se explicarán diferentes tipos de revestimientos que pueden cubrir las superficies de contacto de una junta roscada tubular de acuerdo a Id presente invención. A menos que se especifique de otro modo, el porcentaje con respecto al contenido de los componentes de un revestimiento significa por ciento en masa. Este contenido es sustancialmente el mismo como el contenido con base en el contenido de sólidos totales en una composición de revestimiento para formar el revestimiento lubricante (el contenido total de componentes no volátiles).

Revestimientos Lubricantes Sólidos de Alta Dureza y Baja Dureza Un revestimiento lubricante sólido de alta dureza es un revestimiento lubricante sólido que tiene una dureza Knoop que es relativamente alta en comparación con aquella de un revestimiento lubricante sólido de baja dureza. Se proporciona resistencia al deslizamiento en la etapa final del enrosque de una junta roscada (a partir de cuándo las porciones roscadas del macho y la hembra comienzan a ponerse en contacto hasta que las porciones de sello entran en contacto intimo con una interferencia prescrita). Esto tiene el efecto de dificultar que la deformación de las porciones de resalto tome lugar incluso cuando se lleva a cabo el enrosque con un alto par de torsión.

El revestimiento lubricante sólido de baja dureza es un revestimiento lubricante sólido que tiene una dureza Knoop relativamente baja. Esto facilita el deslizamiento en la etapa inicial del enrosque de una junta roscada (a partir de cuándo las roscas del macho y la hembra entran en contacto hasta que las porciones de sello del macho y la hembra comienzan a ponerse en contacto), y tiene el efecto de disminuir de ese.

En la presente invención, el revestimiento lubricante sólido de alta dureza que proporciona el efecto anterior se forma para recubrir una porción de la superficie de contacto que incluye al menos la porción de resalto de al menos uno del macho y la hembra. De manera preferente, la totalidad de la porción de contacto de metales no roscada que incluye la porción de sello y la porción de resalto se recubre por el revestimiento lubricante sólido de alta dureza. Cuando una junta roscada tiene una pluralidad de porciones de sello, su totalidad se recubre de manera preferente por el revestimiento lubricante sólido de alta dureza. Sin embargo, el objeto de incrementar DT se puede lograr incluso si sólo una de las porciones de sello que primero se somete a contacto en la etapa final del enrosque de una junta roscada se recubre con el revestimiento lubricante sólido de alta dureza. La porción en la cual se forma el revestimiento lubricante sólido de alta dureza se puede seleccionar adecuadamente de acuerdo con la forma de la junta y las propiedades requeridas.

Un ejemplo de un revestimiento lubricante sólido que es adecuado para el uso en la presente invención es un revestimiento que se forma a partir de una resina orgánica o un polímero inorgánico como un componente formador de película (aglutinante). Además del componente formador de película, un revestimiento lubricante sólido puede contener diversos aditivos comunes tal como partículas lubricantes y un agente anticorrosivo (un modificador de resistencia a la corrosión). Al variar la composición de los componentes o los contenidos de los componentes, se pueden formar dos tipos de revestimientos lubricantes sólidos que tienen una dureza Knoop diferente, y estos revestimientos se utilizan como un revestimiento lubricante sólido de alta dureza y un revestimiento lubricante sólido de baja dureza.

A fin de incrementar DT de una junta roscada tubular, es deseable satisfacer la siguiente ecuación: (dureza Knoop del revestimiento lubricante sólido de alta dureza)/(dureza Knoop del revestimiento lubricante sólido de baja dureza) > 1.1 Esta relación es de manera preferente al menos 1.2 y de manera más preferente al menos 1.5 Esta relación puede ser al menos 2.0 Se pueden formar revestimientos lubricantes, sólidos tanto de alta dureza como de baja dureza al disparar de manera uniforme, como sea necesario varios aditivos, tal como partículas lubricantes en una solución (o una dispersión) de un componente formador de película y al ajustar la viscosidad, como sea necesario, para preparar una composición de revestimiento, al aplicar la composición de revestimiento a la superficie de contacto de al menos uno del macho y la hembra de la junta roscada, y al secar el revestimiento. La composición de revestimiento se puede aplicar por un método conocido, adecuado, tal como aplicación con brocha, inmersión, aspersión con aire, o similar.

Las partículas lubricantes tienen el efecto de mejorar las propiedades lubricantes del revestimiento lubricante de incrementar la resistencia a al excoriación.

Los ejemplos de partículas lubricantes que tienen este efecto son carbonatos, silicatos, óxidos, carburos, nitruros, sulfuros, fluoruros, grafito (incluyendo nanopartículas derivadas de carbono, tal como nanotubos de carbono y oniones de carbono) , PTFE (politetrafluoro-etileno), jabones metálicos y similares. Los carbonatos incluyen carbonatos de un metal alcalino y un metal alcalinotérreo tal como Na2CO3, CaC03, MgC03, y similares. El silicato incluye Mx0ySi02 (donde M es un metal alcalino o un metal alcalinotérreo). Los óxidos incluyen AI2O3, Ti02, CaO, ZnO, Zr02, Si02, Fe2O3, Fe304, Y203, y similares. Los carburos incluyen SiC, TiC, y similares, los nitruros incluyen TiN, BN, A1N, Si3N4, y similares, y los sulfuros incluyen disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno, PbS, y similares. Los fluoruros incluyen CaF2, BaF2, y similares. Estos se pueden usar de manera individual, o se pueden mezclar conjuntamente dos o más tipos para el uso.

No hay limitación particular del diámetro promedio de partícula de las partículas lubricantes, pero típicamente está preferentemente en el intervalo de 0.5 - 60 pm. Si es menos de 0.5 mm, las partículas de polvo se aglomeran fácilmente, y llega a ser difícil dispersarlas de manera uniforme en una capa de revestimiento. Como resultado, puede llegar a ser localmente inadecuado el desempeño del revestimiento lubricante, resultante. Por otra parte, si el diámetro de partícula excede 60 mm, no solo la resistencia de un revestimiento disminuye, sino su adhesión a un sustrato disminuye, y algunas veces no es posible suprimir la ocurrencia de excoriado.

Además de las partículas lubricantes, se pueden adicionar varios aditivos incluyendo un agente anticorrosivo, al revestimiento lubricante sólido dentro de un intervalo que no empeora la resistencia a la excoriación. Por ejemplo, uno o más agentes anticorrosivos seleccionados de polvo de zinc, pigmento de cromo, sílice, y un pigmento de alúmina se pueden adicionar mejorar las propiedades de prevención de oxidación del revestimiento lubricante sólido, mismo. Un agente anticorrosivo particularmente preferido es sílice intercambiado iónicamente con calcio. El revestimiento lubricante sólido puede contener un polvo inorgánico para ajustar las propiedades de deslizamiento. Los ejemplos de este polvo inorgánico son dióxido de titanio y óxido de bismuto. Estos agentes anticorrosivos, polvos inorgánicos y similares (específicamente, componentes en polvo diferentes de las partículas lubricantes) pueden estar contenidos en una cantidad total de hasta 20% del revestimiento lubricante sólido.

Además de los componentes anteriores, el revestimiento lubricante sólido puede contener uno o más aditivos menores seleccionados de un agente activo en la superficie, un colorante, un antioxidante y similares en una cantidad de hasta 5%, a manera de ejemplo. Además, puede contener una cantidad extremadamente pequeña (a lo mucho 2%) de un agente de presión extrema, un lubricante liquido, y similares.

Como un aglutinante (un componente formador de película) se puede usar ya sea una resina orgánica o un polímero inorgánico (también referido como una resina inorgánica).

Una resina orgánica preferida es una que tiene resistencia a calor y una dureza adecuada y resistencia a desgaste. Los ejemplos de esta resina son resinas termoendurecibles tal como resinas epoxi, resinas de poliimida, resinas de policarbodiimida, resinas fenólicas, resinas de furano y resinas de Silicon; y resinas termoplásticas tal como poliolefinas, poliestirenos, poliuretanos, poliamidas, poliésteres, policarbonatos, resinas acrílicas, resinas epoxi termoplásticas, resinas de poliamida-imida, poliéter-éter-cetonas, y poliéter-sulfonas. Una resina que se puede usar puede ser un copolímero o una mezcla de dos o más resinas.

Un aglutinante preferido de un revestimiento lubricante, sólido, de alta dureza, es una resina de poliéter-éter-cetona, una resina fenólica, una resina de furano, una resina de poliamida-imida, o una resina epoxi.

Como un solvente para una resina orgánica, se pueden usar individualmente varios solventes de bajo punto de ebullición incluyendo agua, hidrocarburos (tal como tolueno), alcoholes (tal como alcohol isopropilico), NMP (N-metil-pirrolidona), y -butirolactona, y dimetil-sulfóxido o en la forma de un solvente mezclado.

Se pueden adicionar uno o más aditivos a la solución de resina orgánica y se dispersan de manera uniforme en la misma para preparar una composición de revestimiento. Cuando se usa una resina termoendurecible como un aglutinante, desde los puntos de vista de la adhesión y resistencia a desgaste del revestimiento, después de que la composición de revestimiento se aplica a una superficie de contacto de la junta roscada, se calienta de manera preferente para curar el revestimiento. La temperatura de calentamiento es al menos preferentemente 120°C y de manera más preferente 150 a 380°C. El tiempo de calentamiento se puede ajustar con base al tamaño de la junta roscada tubular, pero es de manera preferente al menos 20 minutos y de manera más preferente 30 - 60 minutos.

Cuando el aglutinante es una resina termoplástica, se puede usar una composición de revestimiento que usa un solvente. Sin embargo, también es posible formar un revestimiento lubricante, sólido, ter oplástico por el método de fusión en caliente sin usar un solvente. En el método de fusión en caliente, se calienta una composición de revestimiento que comprende la resina termoplástica y partículas lubricantes para fundir la resina termoplástica y una composición que está en un estado fluido de baja viscosidad se rocía desde una pistola de rociado que tiene la capacidad de mantener la temperatura para mantener una temperatura constante (normalmente alrededor de la misma temperatura como la temperatura de la composición en un estado fundido). La temperatura de calentamiento de la composición es de manera preferente de 10 - 50°C mayor que el punto de fusión (la temperatura de fusión o la temperatura de ablandamiento) de la resina termoplástica. Este método es adecuado para el uso con una resina termoplástica que tiene un punto de fusión de 80 - 320°C y de manera preferente 90 a 200°C.

En el método de fusión en caliente, el sustrato que se reviste (específicamente, la superficie de contacto de un macho y/o hembra) se precalienta de manera preferente a una temperatura mayor que el punto de fusión de la resina termoplástica. Como resultado, se puede obtener una buena capacidad de revestimiento. Cuando la composición de revestimiento contiene una pequeña cantidad (tal como, a lo mucho 2%) de un agente activo en la superficie tal como polidiraetilsiloxano, se puede formar un buen revestimiento aun si el sustrato no se precalienta o si la temperatura de precalentamiento es menor que el punto de fusión de la resina termoplástica. Después de la aplicación, el sustrato se enfria por enfriamiento con aire o enfriamiento natural para solidificar la resina termoplástica, dando por resultado la formación de un revestimiento lubricante sólido por arriba del substrato.

Los polímeros inorgánicos que se pueden usar como un aglutinante en la presente invención son compuestos que tienen una estructura formada de enlaces de metal-oxígeno tridimensionalmente reticulados tal como enlaces de Ti-0, Si-0, Zr-0, Mn-0, Ce-0, o Ba-0. Este compuesto se puede formar por hidrólisis y condensación de un compuesto organometálico hidrolizable tipificado por un alcóxido metálico (aunque también se pueden usar otros compuestos inorgánicos hidrolizables tal como tetracloruro de titanio). Los alcóxidos metálicos útiles pueden ser un compuesto en el cual el grupo alcoxi es un grupo alcoxi inferior tal como metoxi, etoxi, isopropoxi, propoxi, isobutoxi, butoxi, o ter-butoxi. Un alcóxido metálico preferido es un alcóxido de titanio o silicio, y se prefiere de manera particular alcóxido de titanio. Entre estos, se prefiere isopropóxido de titanio debido a sus excelentes propiedades formadoras de película.

Un compuesto polimérico inorgánico puede contener un grupo alquilo que puede estar sustituido con un grupo funcional tal como un grupo amina o epoxi. Por ejemplo, se puede usar un compuesto orgánico tal como un agente acoplador de silano en el cual uno o dos de los grupos alcoxi de un alcóxido metálico se reemplazan por un grupo alquilo no hidrolizable que tiene un grupo funcional.

Cuando el aglutinante es un compuesto polimérico inorgánico, se puede formar una composición de revestimiento al dispersar las partículas lubricantes en una solución de un alcóxido metálico y su hidrolizado parcial, y se aplica a la superficie de contacto de al menos uno de un macho y una hembra. Después del secado, se forma un revestimiento lubricante sólido constituido de un compuesto polimérico inorgánico que tiene enlaces de metal-oxigeno en los cuales están dispersas las partículas lubricantes. Después de la aplicación, a fin de promover la formación de película por hidrólisis, se puede realizar el tratamiento de humidificación. Este tratamiento se puede llevar a cabo al dejar el revestimiento durante una duración predeterminada de tiempo en el aire, con el aire que tiene una humedad relativa de al menos 70% que se prefiere. Se realiza preferentemente el calentamiento después del tratamiento de humidificación. Como resultado del calentamiento, la hidrólisis y condensación de los hidrolizados y la descarga de alcohol que es un subproducto de hidrólisis se promueven, se puede formar un revestimiento seco en un periodo corto y se fortalece la adhesión del revestimiento que se forma, conduciendo a un incremento en la resistencia a la excoriación. Este calentamiento se lleva a cabo de manera preferente después de que se evapora un solvente. La temperatura de calentamiento está preferentemente en el intervalo de 100-200°C, que está cerca del punto de ebullición del alcohol que se forma como un subproducto, y es efectiva para soplar aire caliente en el revestimiento durante el calentamiento.

A fin de formar un revestimiento lubricante sólido que tiene una alta dureza Knoop, por ejemplo, se puede seleccionar una resina termoendurecible o un polímero inorgánico como un aglutinante, y/o se puede incrementar el contenido de los componentes sólidos inorgánicos y particularmente de las partículas lubricantes.

En el caso en el cual no haya porciones en las cuales se traslape un revestimiento lubricante sólido de baja dureza y un revestimiento lubricante sólido de alta dureza, como se muestra en la figura 5 (por ejemplo, cuando se forma un revestimiento lubricante sólido de baja dureza en las porciones roscadas de las superficies de contacto y un revestimiento lubricante sólido de alta dureza se forma en las porciones de sello y las porciones de resalto), cualquiera de los revestimientos lubricantes sólidos se pueden formar primero. En este caso, se puede llevar a cabo el tratamiento de calentamiento para curar los revestimientos al menos en un paso individual. Específicamente, el tratamiento de calentamiento se lleva a cabo después de aplicar las composiciones de revestimiento para formar el revestimiento lubricante sólido de baja dureza y el revestimiento lubricante sólido de alta dureza.

Cuando hay una porción donde se traslapan un revestimiento lubricante sólido de baja dureza y un revestimiento lubricante sólido de alta dureza (por ejemplo, cuando se forma un revestimiento lubricante sólido de baja dureza en la totalidad de una superficie de contacto), primero el revestimiento lubricante sólido de baja dureza se forma y luego se forma el revestimiento lubricante sólido de alta dureza de modo que el revestimiento lubricante sólido de baja dureza llega a ser una capa inferior.

Como se señala anteriormente, el espesor de cada uno del revestimiento lubricante sólido de baja dureza y el revestimiento lubricante sólido de alta dureza está preferentemente en el intervalo de 10 a 150 pm. Sin embargo, cuando hay una porción que tiene estos dos tipos de revestimientos lubricantes sólidos, el espesor total de los dos revestimientos es de manera preferente a lo mucho 200 pm. Cuando los dos revestimientos lubricantes sólidos no se traslapan, el espesor de revestimiento del revestimiento lubricante sólido de alta fricción y el espesor de revestimiento del revestimiento lubricante sólido de baja fricción son de manera preferente sustancialmente los mismos (tal como dentro de ± 15 pm) de modo que no se forma un gran paso en el borde entre los dos tipos de revestimientos. Revestimiento sólido protector a la corrosión Como señala anteriormente con respecto a la figura 4, en un periodo hasta que se usa realmente una junta roscada tubular, frecuentemente se monta un protector en el macho y la hembra que no se usan para conexión de un tubo de acero y un acoplamiento. Es necesario que un revestimiento sólido protector a la corrosión no se destruya por al menos la fuerza aplicada cuando se monta un protector, de modo que no se disuelve cuando se disuelve agua que resulta de la condensación de vapor de agua por la acción del punto de roclo durante el transporte o almacenamiento, y que no se ablanda fácilmente aun a una alta temperatura que excede 40°C. Se puede usar cualquier revestimiento que satisfaga esos requisitos como un revestimiento sólido protector de corrosión. Por ejemplo, un revestimiento sólido protector de corrosión puede ser un revestimiento de una resina termoendurecible que contiene opcionalmente un agente anticorrosivo.

Un revestimiento sólido protector de corrosión, preferido, es un revestimiento con base a una resina curable por UV. El sistema de resina curable con UV útil comprende al menos un monómero, un oligó ero, y un iniciador de fotopolimerización.

Algunos ejemplos no limitante de monómeros incluyen ésteres polivalentes (di-, tri-, o más valentes) alcoholes polihidricos con ácido (met)acrilico, varios compuestos de (met)acrilato, N-vinilpirrolidona, N-vinilcaprolactama, y estireno. Algunos ejemplos no limitantes de oligómeros incluyen (met)acrilatos de epoxi, (met)acrilatos de uretano, (met)acrilatos de poliéster, (met)acrilatos de poliéster, y (met)acrilatos de silición.

Los iniciadores útiles de fotopolimerización son compuestos que tienen absorción a una longitud de onda de 260-450 nm, los ejemplos de los cuales son benzoina y sus derivados, benzofenona y sus derivados, acetofenona y sus derivados, cetona de Michler, bencilo y sus derivados, monosulfuro de tetraalquiltiuram, y tioxanos. Se prefiere de manera particular usar tioxanos.

Desde los puntos de vista de las propiedades de deslizamiento y resistencia del revestimiento, un revestimiento sólido protector a corrosión formado de una resina curable por UV puede contener aditivos seleccionados de lubricantes, agentes de relleno fibrosos, y agentes anticorrosivos. Los ejemplos de un lubricante son jabones metálicos tal como estearato de calcio y estearato de zinc, y resina de politetrafluoroetileno (PTFE). Un ejemplo de una agente de relleno fibroso es carbonato de calcio acicular tal como Whiskal vendido por Maruo Calcium Co., Ltd.. Se pueden adicionar uno o más de estos aditivos en una cantidad de 0.05-0.35 partes en masa con respecto a una parte en masa de la resina curable por UV. Los ejemplos de un agente anticorrosivo son tripolifosfato de aluminio y fosfita de aluminio. Un agente anticorrosivo se puede adicionar en una cantidad máxima de alrededor de 0.10 partes en masa con respecto a una parte en masa de la resina curable por UV.

Un revestimiento sólido protector a corrosión formado de una resina curable por UV es frecuentemente transparente. A fin de facilitar la inspección de calidad por inspección visual o procesamiento de imágenes del revestimiento sólido protector a la corrosión que se forma (inspeccionando si o no hay un revestimiento e inspeccionando la uniformidad o desigualdad del espesor de revestimiento), el revestimiento sólido protector a la corrosión puede contener un colorante. El colorante que se usa se puede seleccionar de pigmentos, tintes, y materiales fluorescentes.

La cantidad de un pigmento o tinte que se adiciona es de manera preferente a lo mucho 0.05 partes en masa con respecto a una parte en masa de la resina curable por UV.

Un material fluorescente puede ser cualquier pigmento fluorescente, tintes fluorescentes y fósforos usados en pinturas fluorescentes. Un revestimiento sólido protector a la corrosión que contiene un material fluorescente es transparente con o sin color bajo luz visible, pero cuando se irradia con una luz negra o luz ultravioleta, emite luz y se desarrolla un color, de este modo es posible determinar si hay un revestimiento y si hay una desigualdad en el espesor del revestimiento. Además, puesto que el revestimiento es transparente bajo luz visible, es posible observar el sustrato, específicamente, la superficie del sustrato bajo el revestimiento lubricante sólido. Por consiguiente, el revestimiento sólido protector a corrosión no interfiere con la inspección de una porción roscada de una junta roscada para daño. La cantidad del material fluorescente que se adiciona es de manera preferente de alrededor de a lo mucho 0.05 partes en masa con respecto a una parte en masa de la resina curable por UV.

Un colorante preferido es un material fluorescente, y un pigmento fluorescente se prefiere de manera particular.

Después de que se aplica una composición con base a una resina curable por UV a una superficie de contacto de una junta roscada, la superficie aplicada se irradia con luz ultravioleta para curar el revestimiento, dando por resultado la formación de un revestimiento sólido protector a la corrosión basada en una resina curable por UV. La irradiación con luz ultravioleta se puede llevar a cabo usando un aparato de irradiación de UV comercialmente disponible que tiene una longitud de onda de salida en el intervalo de 200-450 nm. Los ejemplos de una fuente de luz UV son lámparas de vapor de mercurio de alta presión, lámparas de vapor de mercurio de presión ultra alta, lámparas de xenón, lámparas de arco de carbono, lámparas de haluro metálico, y luz solar.

El espesor del revestimiento sólido protector a la corrosión (el espesor total cuando comprende dos o más capas de resina curable por UV) están de manera preferente en el intervalo de 5-50 mm y de manera más preferente en el intervalo de 10-40 pm. Si el espesor del revestimiento sólido protector a la corrosión es demasiado pequeño, no funciona de manera suficiente como un revestimiento protector a la corrosión. Por otra parte, si el espesor del revestimiento sólido protector a la corrosión es demasiado grande, cuando se monta un miembro protector tal como un protector, el revestimiento sólido protector a la corrosión se puede dañar por la fuerza usada para montar el protector, provocando de este modo que llegue a ser inadecuada la resistencia a la corrosión.

Un revestimiento sólido protector a la corrosión basado en una resina curable por UV es un revestimiento transparente, de modo que la condición del sustrato se puede observar sin remover el revestimiento, y es posible inspeccionar las porciones roscadas desde arriba del revestimiento antes de la constitución. Por consiguiente, al formar el revestimiento sólido protector a la corrosión en la superficie de contacto de un macho que tiene roscas formadas en su superficie exterior y que se daña más fácilmente, es posible inspeccionar fácilmente el daño a la porción roscada del macho que se daña fácilmente puesto que se forma típicamente en la superficie exterior del extremo de un tubo de acero en tanto que deja el revestimiento en su lugar.

Por esta razón, este revestimiento sólido protector a la corrosión se forma de manera preferente en la superficie de contacto de un macho, y los revestimientos lubricantes sólidos de alta dureza y baja dureza, descritos anteriormente, se forman de manera preferente en la superficie de contacto de una hembra.

Como es el caso descrito anteriormente con respecto a los revestimientos lubricantes sólidos, el revestimiento sólido protector a la corrosión se aplica de manera preferente por revestimiento por rociado. El revestimiento por rociado incluye revestimiento por fusión en caliente. Tratamiento preparatorio de superficie Si las superficies de contacto de una junta tubular roscada de acuerdo a la presente invención en la cual se van a formar un revestimiento lubricante sólido de alta dureza y un revestimiento lubricante sólido de baja dureza o en algunos casos un revestimiento sólido protector a la corrosión, se someten a tratamiento preparatorio de superficie para poner en condición áspera la superficie para incrementar la rugosidad de la superficie de 3-5 mm que es la rugosidad de superficie después del maquinado, se incrementa la adhesión del revestimiento y hay una tendencia de que se mejoren los efectos que son el objeto del revestimiento. Por consiguiente, el tratamiento preparatorio de superficie de una superficie de contacto se lleva a cabo de manera preferente para poner en condición áspera la superficie antes de formar los revestimientos.

Cuando se forma un revestimiento en la parte superior de una superficie de contacto que tiene una mayor rugosidad superficial, el espesor del revestimiento es preferentemente mayor que Rmax de la superficie de contacto puesta áspera a fin de cubrir completamente la superficie de contacto. El espesor del revestimiento cuando la superficie de contacto es áspera es el valor promedio del espesor de revestimiento para el revestimiento completo, que se puede calcular del área, la masa y la densidad del revestimiento.

Los ejemplos del tratamiento preparatorio de superficie para poner en condición áspera la superficie son tratamiento por rociado a presión al proyectar un material de rociado tal como un disparo que tiene una forma esférica o arena que tiene una forma angular, limpieza por inmersión en una solución fuertemente ácida tal como una solución de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, o ácido fluorhídrico a fin de poner áspera la piel, tratamiento por conversión química tal como tratamiento de fosfato, tratamiento con oxalato, y tratamiento de borato (como cristales precipitados que son típicamente de crecimiento acicular, se incrementa la rugosidad de la superficie cristalina), electrochapado con un metal tal como Cu, Fe, Sn, Zn o una aleación de estos metales (la superficie puede llegar a ser ligeramente más áspera debido al chapado preferencial de proyecciones) y chapado por impacto que puede formar un revestimiento chapado poroso. Como un ejemplo de electrochapado, el chapado compuesto que forma un revestimiento chapado que pequeñas partículas sólidas dispersas en metal tiene partículas sólidas diminutas que se proyectan desde el revestimiento chapado, de este modo se puede emplear como un método para impartir rugosidad superficial. Se pueden usar en combinación dos o más tipos de tratamiento preparatorio de superficie. El tratamiento se puede llevar a cabo de acuerdo con métodos conocidos.

A pesar de que método se use para el tratamiento preparatorio de superficie de una superficie de contacto, la rugosidad superficial Rmax después de poner áspera la superficie por el tratamiento preparatorio de superficie es de manera preferente de 5-40 mm. Si Rmax es menor de 5 pm, algunas veces son inadecuadas la adhesión y retención del revestimiento lubricante. Por otra parte, si Rmax excede 40 mm, se incrementa la fricción, el revestimiento lubricante no resiste las fuerzas de corte y fuerzas compresivas cuando se somete a una alta presión, y llega a ser fácil dañar el revestimiento o toma lugar el desprendimiento del revestimiento.

Desde el punto de vista de la adhesión del revestimiento lubricante, se prefiere el tratamiento preparatorio de superficie que puede formar un revestimiento poroso, específicamente, tratamiento por conversión química y chapado por impacto. En este caso, a fin de hacer a Rmax de un revestimiento poroso de al menos 5 mm, el espesor de revestimiento se hace de manera preferente al menos 5 pm. No hay límite superior particular en el espesor de revestimiento, pero normalmente es a lo mucho 50 mm y de manera preferente a lo mucho 40 pm, que es adecuado. Al formar un revestimiento lubricante en la parte superior de un revestimiento poroso que se forma por el tratamiento preparatorio de superficie, se incrementa la adhesión del revestimiento lubricante por el llamado efecto ancla. Como resultado, llega a ser más difícil que se presente el desprendimiento del revestimiento lubricante sólido aun cuando se repitan el enrosque y desenrosque, y se impide de manera efectiva el contacto metal a metal directo, conduciendo a una mejora adicional en la resistencia a la excoriación, hermeticidad a gas y propiedades de prevención de corrosión.

El tratamiento preparatorio de superficie, particularmente preferido, para formar un revestimiento poroso es tratamiento por conversión química de fosfato (tratamiento con fosfato de manganeso, fosfato de zinc, fosfato de hierro-manganeso, o fosfato de zinc-calcio) y la formación de un chapado de zinc o aleación de zinc-hierro por chapado de impacto. Desde el punto de vista de la adhesión, se prefiere un revestimiento de fosfato de manganeso, y desde el punto de vista de prevención de la corrosión, se prefiere un revestimiento de zinc o aleación de zinc-hierro, que se puede esperar que proporcione un efecto de prevención de corrosión por sacrificio de zinc.

El tratamiento de conversión química de fosfato se puede llevar a cabo por inmersión o aspersión de una manera convencional. Se puede usar una solución típica de fosfatado ácido usada para materiales chapados con de zinc como una solución de tratamiento por conversión química. Por ejemplo, se puede usar una solución de fosfatado de zinc que contiene 1 - 150 g/L de iones fosfato, 3 - 70 g/L de iones de zinc, 1 - 100 g/L de iones de nitrato y 0 - 30 g/L de iones de níquel. También se puede usar una solución de fosfatado de manganeso habitualmente usada para una junta roscada. La temperatura de la solución es desde temperatura ambiente a 100°C, y el tiempo de tratamiento puede ser de hasta 15 minutos de acuerdo con el espesor deseado de revestimiento. A fin de promover la formación de revestimiento, es posible suministrar una solución acuosa modificadora de superficie que contiene titanio coloidal a la superficie que se trata antes del tratamiento con fosfato. Después de tratamiento con fosfato, se lleva a cabo de manera preferente el lavado con agua caliente o fría seguido por secado.

Se puede llevar a cabo el chapado de impacto por chapado mecánico en el cual se impactan partículas y un material que se va a chapar entre sí dentro de un barril giratorio, o por chapado de ráfaga en el cual se impactan partículas contra un material que se va chapar usando un aparato de ráfaga. En la presente invención, es suficiente llevar a cabo el chapado de solo las superficies de contacto, de este modo es preferible emplear el chapado de ráfaga que es capaz de chapado localizado. Desde los puntos de vista de prevención de corrosión y adhesión, el espesor de una capa de zinc o de aleación de zinc formada por chapado de impacto es de manera preferente de 5 a 40 mm.

El chapado de ráfaga se lleva a cabo, por ejemplo, al impulsar por ráfaga un material de ráfaga en la forma de partículas que tienen un núcleo a base de hierro con su superficie revestida con zinc o una aleación de zinc contra una superficie de contacto que se va a chapear. El contenido de zinc o una aleación de zinc en las partículas está preferentemente en el intervalo de 20 a 60%, y el diámetro de las partículas está preferentemente en el intervalo de 0.2 -1.5 mm. Como resultado del impacto, solo el zinc o aleación de zinc, que es la capa de revestimiento de las partículas se adhiere a la superficie de contacto que es un substrato, y un revestimiento poroso elaborado de zinc o una aleación de zinc se forma encima de la superficie de contacto. Este chapado de ráfaga puede formar un revestimiento metálico poroso que tiene una buena adhesión a una superficie de acero a pesar del tipo de acero.

Como otro tipo de tratamiento preparatorio de superficie, aunque casi no tiene un efecto de poner en condición áspera la superficie, el electrochapado específico para formar una capa individual o múltiples capas puede incrementar la adhesión entre un revestimiento lubricante y el substrato, conduciendo a la mejora en la resistencia a la excoriación de una junta roscada, tubular.

Los ejemplos de este tratamiento preparatorio de superficie para un revestimiento lubricante son electrochapado con metales tal como Cu, Sn, y Ni o aleaciones de estos. El chapado puede ser chapado de una sola capa o chapado de múltiples capas con dos o más capas. Los ejemplos específicos de este tipo de electrochapado son chapado de Cu, chapado de Sn, chapado de Ni, chapado de aleación de Cu-Sn, chapado de aleación de Cu-Sn-Zn, chapado de dos capas con enchapado de Cu y chapado de Sn, y chapado de tres capas con chapado de Ni, chapado de Cu, y chapado de Sn. En particular, cuando una junta tubular roscada se hace de un acero que tiene un contenido de Cr que excede 5%, se presenta de forma extremamente fácilmente la excoriación. En este caso, se prefiere llevar a cabo un tratamiento preparatorio de superficie por el chapado de capa individual con una aleación de Cu-Sn o una aleación de Cu-Sn-Zn o chapado metálico de múltiples con dos o más capas seleccionadas de estos chapados de aleación y chapado de Cu, chapado de Sn y chapado de Ni tal como chapado de dos capas con chapado de Cu y chapado de Sn, chapado de dos capas con chapado de Ni y chapado de Sn, chapado de dos capas con chapado de Ni y chapado de aleación de Cu-Sn-Zn, y chapado de tres capas con chapado Ni, chapado de Cu, y chapado de Sn.

Estos tipos de chapado se pueden formar por el método expuesto en JP 2003-74763 A. En el caso de chapado de múltiples capas, la capa inferior del chapado (normalmente chapado de Ni), que se refiere como chapado de golpe, es preferentemente una capa de chapado extremadamente delgada que tiene espesor de a lo mucho 1 pm. El espesor de chapado (el espesor total en el caso de chapado de múltiples capas) está de manera preferente en el intervalo de 5-15 pm.

Como otro tipo de tratamiento preparatorio de superficie, es posible formar un revestimiento sólido protector a la corrosión.

Ejemplos Los efectos de la presente invención se ilustrarán pro los siguientes ejemplos y ejemplos comparativos. En la siguiente descripción, la superficie de contacto de un miembro macho gue incluye la porción roscada y la porción de contacto, metálica no roscada se referirá como la superficie de miembro macho, y la superficie de contacto de un miembro hembra, gue incluye la porción roscada y la porción de contacto metálica, no roscada se referirá como la superficie de miembro hembra. La rugosidad superficial es Rmax. A menos que se especifique de otro modo, por ciento significa por ciento en masa.

La superficie miembro macho y la superficie de miembro hembra de una junta roscada especial VAMTOP (diámetro exterior de 17.78 cm (7 pulgadas), espesor de pared de 1.036 cm (0.408 pulgadas)) producida de acero al carbono que tiene la composición mostrada en la tabla 1 se sometió al tratamiento preparatorio de superficie mostrado en la tabla 2. Posteriormente, se formaron un revestimiento lubricante sólido de alta dureza y un revestimiento lubricante sólido de baja dureza y en algunos casos un revestimiento sólido protector a la corrosión, como se muestra en tablas 3 y 4 en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra.

Las composiciones de tratamiento y de revestimiento se describirán más adelante en detalle. En la tabla 4, la porción de contacto, metálica, no roscada significa la porción de sello y la porción de resalto, y la porción roscada significa la porción de la superficie de contacto diferente de la porción de sello y la porción de resalto. Cuando se forman diferentes revestimientos en la porción de contacto, metálica, no roscada y la porción roscada, primero se formó un revestimiento lubricante sólido en la porción de contacto, metálica, no roscada, y luego se formó un revestimiento lubricante, sólido, separado en la porción roscada. Cuando se forma un revestimiento lubricante sólido en la porción roscada, se formó el revestimiento usando una placa de protección de modo que el revestimiento lubricante no se formó en la parte superior del revestimiento lubricante sólido previamente formado en la porción de contacto, metálica, no roscada. Sin embargo, el borde entres estos dos revestimientos no necesita ser claro, y el efecto de la presente invención se puede obtener aun si hay una región de traslape de alrededor de 1 mm en el borde.

La dureza Knoop Hk de cada revestimiento lubricante sólido se midió con un microprobador de dureza modelo HMV-200 fabricado por Shimadzu Corporation bajo condiciones de 100 g durante 10 segundos usando una pieza de prueba que tiene un revestimiento lubricante sólido formado de la misma manera en la parte superior de una placa de acero producida del material .

Se llevó a cabo una prueba de construcción de alto par de torsión en la cual la construcción se llevó a cabo con un alto par de torsión de construcción en juntas roscadas tubulares que se prepararon de la manera anterior para preparar una gráfica de par de torsión similar a aquella mostrada en la figura 2, y Ts (par de torsión de resalto), Ty (par de torsión de flexión), y DT (= Ty - Ts, par de torsión en resistencia de resalto) se midieron en la gráfica de par de torsión.

Ts fue el par de torsión cuando las porciones de resalto empezaron a interferir. Específicamente, el par de torsión cuando el cambio en el par de torsión después de que las porciones de resalto interfirieren empezó a entrar a la región lineal (región de deformación elástica) se hizo Ts. Ty fue el par de torsión al inicio de la deformación plástica. Específicamente, el par de torsión después de Ts se alcanzó y cuando la variación en el par de torsión con rotación empezó a perder linealidad y se separó de la región lineal se hizo Ty. Los valores relativos de DT (= Ty - Ts) cuando DT para el ejemplo comparativo 1 en la tabla 3, en el cual se empleó grasa compuesta convencional, se asignó un valor de 100, se muestran en la tabla 5.

Se llevó a cabo una prueba repetida de enrosque y desenrosque en cada junta tubular roscada para evaluar la resistencia a la excoriación. En la prueba repetida de enrosque y desenrosque, se llevó a cabo la construcción de una junta roscada a una velocidad de construcción de 10 rpm con un par de torsión de construcción de 20 kN-m, y después del desenrosque, se investigó el estado de bloqueo de la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra. Cuando los rayones de bloqueo producidos por la construcción fuero ligeros y nuevamente fue posible la construcción después de que se regresó la reparación, se llevó a cabo la reparación y se continuó el enrosque y desenrosque. El enrosque se realizó 10 veces.

Tabla 1 Composición química de acero al carbono (%); resto: Fe e impurezas Tabla 2 R: rugosidad superficial (mia), t: espesor de revestimiento (m) Nota: El tratamiento preparatorio de superficie para el miembro hembra en el ejemplo 2 fue el mismo como el tratamiento preparatorio de superficie anterior para el miembro macho excepto que se reemplazó el fosfatado de zinc por el fosfatado de manganeso.

Tabla 3 Tabla 4 HK: dureza de Knoop Tabla 5 Ejemplo 1 Se llevaron a cabo el siguiente tratamiento preparatorio de superficie y la formulación de revestimiento en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra de una junta roscada especial construida de acero al carbón que tiene la composición mostrada en la tabla 1 para formar revestimientos que tienen la estructura mostrada en la figura 5.

Superficie de miembro hembra La superficie de miembro hembra se terminó desbastadura con máquina (rugosidad superficial de 3 pm), y entonces se sometió a chapado de golpe de Ni seguido por chapado con aleación de Cu-Sn-Zn (Cu: 56%, Sn: 36%, resto de Zn, lo mismo aplica más adelante) ambos realizados por electrochapado para obtener revestimientos chapados gue tiene un espesor total de 5 pm. La rugosidad superficial después de este tratamiento preparatorio de superficie fue de 2 pm.

En la superficie del miembro hembra que se ha sometido al tratamiento preparatorio de superficie, se formó el revestimiento lubricante sólido 1 mostrado en la tabla 3 (un revestimiento de una resina de poliéter-éter-cetona (PEER) que contiene PTFE adicionado como partículas lubricantes, dureza de Knoop Hk de 80, espesor de revestimiento de aproximadamente 20 pm) en la porción de contacto metálica, no roscada (la porción de sello y la porción de resalto) y luego se formó el revestimiento lubricante sólido 3 mostrado en la tabla 3 (un revestimiento fluoroplástico con una dureza Knoop Hk de 35 y un espesor de revestimiento de aproximadamente 20 pm) en la porción roscada (la porción diferente de la porción de sello y la porción de resalto).

Superficie de miembro macho La superficie de miembro macho se terminó por desbastadura con máquina (rugosidad superficial de 3 pm), y luego se sometió a tratamiento por conversión química de fosfato por inmersión durante 6 minutos en una solución de fosfatado de zinc a 75-85°C para formar un revestimiento de fosfato de zinc (rugosidad superficial de 10 mm) que tiene un espesor de 12 m.

La superficie de miembro macho que ha experimentado este tratamiento preparatorio de superficie se sometió a formación de revestimiento de la misma manera como para la superficie de miembro hembra.

Específicamente, se formó el revestimiento lubricante sólido 1 en las porciones de contacto, metálicas, no roscadas, y se formó el revestimiento lubricante sólido 3 en la porción roscada. Cada revestimiento tiene el mismo espesor como para la superficie de miembro hembra.

Como se puede ver en la tabla 5, el valor de DT en una prueba de alto par de torsión fue tal que la relación de DT cuando DT para el ejemplo comparativo 1 se asignó un valor de 100 (referido más adelante como la relación DT) fue de 135%. La relación DT se incrementó bastante en comparación a una relación DT de 48% para el ejemplo comparativo 2 en el cual los revestimientos lubricantes sólidos formados en las porciones de sello y las porciones de resalto de las superficies de miembro macho y miembro hembra y los revestimientos lubricantes sólidos formados en las porciones roscadas de las superficies de miembro macho y miembro hembra fueron los opuestos de aquellos en el ejemplo 1.

Además, DT en el ejemplo 1 se incrementó por 35% con respecto a DT para la grasa compuesta (ejemplo comparativo 1), que se usó como una norma, puesto que se conoce que exhibe un valor satisfactorio de DT. Esto verificó que la junta roscada del ejemplo 1 se puede constituir con un alto par de torsión sin la ocurrencia de flexión de las porciones de resalto. En la prueba de enrosque y desenrosque, se llevó a cabo el enrosque y desenrosque 10 veces sin ocurrencia de desbaste.

Ejemplo 2 El tratamiento preparatorio de superficie y la formación de revestimiento, descritas más adelante se llevaron a cabo en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra de una junta roscada especial hecho de acero al carbón que tiene la composición mostrada en la tabla 1 para formar revestimientos que tienen la estructura mostrada en la figura 6(A).

Superficie de miembro hembra La superficie de miembro hembra se terminó por desbastadura con máquina (rugosidad superficial de 3 pm), y se sometió a tratamiento preparatorio de superficie por inmersión durante 20 minutos en una solución de fosfatado de manganeso a 90-95°C para formar un revestimiento de fosfato de manganeso (rugosidad superficial de 14 mki) que tiene un espesor de 18 mm.

En la totalidad de la superficie de miembro hembra que ha experimentado este tratamiento preparatorio de superficie, se formó el revestimiento lubricante sólido 3 (fluoroplástico con una dureza Knoop Hk de 35 y un espesor de revestimiento de aproximadamente 20 mih).

Superficie de miembro macho La superficie miembro macho experimentó exactamente el mismo tratamiento preparatorio de superficie e información de revestimiento como la superficie de miembro macho del ejemplo 1. La dureza Knoop y el espesor del revestimiento fueron exactamente los mismos como para el ejemplo 1.

Como se muestra en la tabla 5, la relación DT en una prueba de alto par de torsión fue de 116%. De esta manera, DT para el ejemplo 2 se incrementó por 16% con respecto a DT para grasa compuesta (ejemplo comparativo 1), que sirvió como una norma. Específicamente, se verificó que la junta roscada del ejemplo 1 puede estar constituida con un alto par de torsión sin la ocurrencia de flexión de las porciones de resalto. En la prueba de enrosque y desenrosque, se puede realizar el enrosque y desenrosque 10 veces sin la ocurrencia de excoriación.

Ejemplo 3 El tratamiento preparatorio de superficie y la formación de revestimiento, descritos más adelante se llevaron a cabo en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra de una junta roscada especial hecha de acero al carbón que tiene la composición mostrada en la tabla 1 para formar revestimientos que tienen la estructura mostrada en la figura 6(B).

Superficie de miembro hembra Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro hembra de la misma manera como para la superficie de miembro hembra en el ejemplo 1 (desbastadura y luego chapado de golpe de Ni seguido por chapado de aleación de Cu-Sn-Zn). En la superficie de miembro hembra que ha experimentado al tratamiento preparatorio de superficie, se formó primero el revestimiento lubricante sólido 2 mostrado en la tabla 3 (un revestimiento de una resina de poliamida-imida (PAI) y fluoroplástico que contiene PTFE y MoS2 como partículas lubricantes, dureza Knoop Hk de 62, espesor de revestimiento de aproximadamente 22 qm) en la porción de contacto, metálica, no roscada, y luego se formó el revestimiento lubricante sólido 4 en la tabla 3 (un revestimiento de una resina epoxi que contiene grafito como partículas lubricantes, dureza Knoop Hk de 48, espesor de revestimiento de aproximadamente 22 pm) en la porción roscada.

Superficie de miembro macho Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro macho de la misma manera como para la superficie de miembro macho en el ejemplo 1 (desbastadura y luego fosfatado de zinc). Se formó un revestimiento sólido protector de corrosión basado en una resina curable con UV de la siguiente manera en la totalidad de la superficie de miembro macho gue ha experimentado el tratamiento preparatorio de superficie.

La composición de revestimiento que se usó se preparó al adicionar fosfito de aluminio como un agente anticorrosivo y una cera de polietileno como un lubricante a una pintura de resina curable por UV a base de resina acrilica de epoxi comercialmente disponible (tipo sin solvente) fabricada por Chugoku Marine Paints, Ltd. (que contiene 94% de una resina, 5% de un agente anticorrosivo, y 1% de un lubricante con base al contenido total de sólidos). Esta composición de revestimiento se roció en la totalidad de la superficie de miembro macho y luego se irradió con luz ultravioleta (longitud de onda de 260 nm) de una lámpara de vapor de mercurio enfriada con aire con una potencia de 4 kW para curar el revestimiento. El revestimiento que se formó tiene un espesor de 25 mm, y fue incoloro y transparente, de modo que la porción macho roscada se puede observar a simple vista o con una lupa desde arriba del revestimiento.

En la prueba de alto par de torsión, la relación DT fue de 10%. También hubo un efecto distinto en el incremento de la relación DT en comparación al ejemplo comparativo 3 en el cual el revestimiento lubricante sólido formado en la porción de sello y la porción de resalto y el revestimiento lubricante sólido en la porción roscada de la superficie de miembro hembra fueron opuestos del ejemplo 3. La relación DT también fue grande en comparación al ejemplo comparativo 1 usando grasa compuesta convencional. En la prueba de enrosque y desenrosque, se puede realizar el enrosque y desenrosque 10 veces sin ningún problema.

Ejemplo comparativo 1 Se llevó a cabo el siguiente tratamiento preparatorio de superficie y tratamiento lubricante en la superficie de miembro macho y superficie de miembro hembra de una junta roscada especial elaborada de acero al carbón que tiene la composición mostrada en la tabla 1.

Superficie de miembro hembra Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro hembra de la misma manera como para la superficie de miembro hembra del ejemplo 1 (desbastadura y luego chapado de golpe de Ni seguido por chapado de aleación Cu-Sn-Zn). Una grasa compuesta, lubricante, líquida, viscosa, de acuerdo con API BUL 5A2 se aplicó a la totalidad de la superficie de miembro hembra que ha experimentado al tratamiento preparatorio de superficie para formar un revestimiento lubricante. El peso revestido total de la grasa compuesta en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra fue de 50 g. El área revestida total fue de aproximadamente 1400 cm2.

Superficie de miembro macho Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro macho de la misma manera como para la superficie de miembro macho en el ejemplo 1 (desbastadura y luego fosfatado de zinc). Se aplicó grasa compuesta a la totalidad de la superficie de miembro macho que ha experimentado el tratamiento preparatorio de superficie.

En la prueba de enrosque y desenrosque, en 10 ciclos de enrosque y desenrosque, no hubo ocurrencia de excoriación a través de los diez ciclos. Sin embargo, la grasa compuesta contiene metales pesados tal como plomo, de modo que es peligroso a humanos y el ambiente.

En la prueba de alto par de torsión, la junta tiene una alta Ty tal que las porciones de resalto no experimentan flexión aun cuando se lleva a cabo la construcción con un alto par de torsión, y exhibió una gran DT. DT para este ejemplo se asignó un valor de 100 y se uso para calcular la relación DT.

Ejemplo comparativo 2 El tratamiento preparatorio de superficie y la formación de revestimiento, descritos más adelante se llevaron a cabo en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra de una junta roscada especial construida de acero al carbón que tiene la composición mostrada en la tabla 1 para formar revestimientos que tienen la estructura mostrada en la figura 5. Sin embargo, los revestimientos lubricantes sólidos en la porción de contacto, metálica, no roscada, y la porción roscada se formaron para que sean lo opuesto del ejemplo 1. Específicamente, se formó un revestimiento lubricante sólido de baja dureza en las porciones de contacto, metálicas, no roscadas, y en las porciones roscada se formó un revestimiento lubricante sólido de alta dureza.

Superficie de miembro hembra Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro hembra de la misma manera como para la superficie de miembro hembra en el ejemplo 1 (desbastadura y luego chapado de golpe de Ni seguido por chapado de aleación Cu-Sn-Zn). En la superficie de miembro hembra que ha experimentado al tratamiento preparatorio de superficie, se formó primero el revestimiento lubricante sólido 3 de la tabla 3 (un revestimiento fluoroplástico con una dureza Knoop Hk de 35 y un espesor de revestimiento de aproximadamente 20 pm) en la porción de contacto, metálica, no roscada, y luego se formó el revestimiento lubricante sólido 1 mostrado en la tabla 3 (un revestimiento de una resina de poliéter-éter-cetona (PEER) que contiene PTFE adicionada como partículas lubricantes, dureza Knoop Hk de 80, espesor de revestimiento de aproximadamente 20 pm) en la porción roscada.

Superficie de miembro macho Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro macho de la misma manera como para la superficie de miembro macho en el ejemplo 1 (desbastadura y luego fosfatado de zinc). La misma formación de revestimiento como para la superficie de miembro hembra se llevó a cabo en la superficie de miembro macho que ha experimentado el tratamiento preparatorio de superficie. Específicamente, el revestimiento lubricante sólido 3 se formó en la porción de contacto, metálica, no roscada, y en la porción roscada se formó el revestimiento lubricante sólido 1. El espesor de revestimiento de cada revestimiento fue el mismo como para la superficie de miembro hembra.

En la prueba de enrosque y desenrosque, no hubo ocurrencia de excoriación en 10 ciclos de enrosque y desenrosque. Sin embargo, en la prueba de gran par de torsión, la relación DT fue un valor extremadamente bajo de 48% en comparación a grasa compuesta convencional (ejemplo comparativo 1). Específicamente, se confirmó nuevamente que la relación DT disminuyó bastante si se forma un revestimiento lubricante sólido de baja dureza en las porciones de sello y las porciones de resalto y en las porciones roscadas se forma un revestimiento lubricante sólido de alta dureza.

Ejemplo comparativo 3 El siguiente tratamiento preparatorio de superficie e información de revestimiento se llevaron a cabo en la superficie de miembro macho y la superficie de miembro hembra de una junta roscada especial elaborada de acero al carbón que tiene la composición mostrada en la tabla 1 para formar revestimientos que tienen la estructura mostrada en la figura 6(B). Sin embargo, se formaron revestimientos lubricantes sólidos en la porción de contacto, metálica, no roscada y la porción roscada de la superficie de miembro hembra para que sea lo opuesto del ejemplo 3. Específicamente, se formó un revestimiento lubricante sólido de baja dureza en la porción de contacto, metálica, no roscada y en la porción roscada de la superficie de miembro hembra se formó un revestimiento lubricante sólido de alto dureza. erficie de miembro hembra Se llevó a cabo el tratamiento preparatorio de superficie de la superficie de miembro hembra de la misma manera como para la superficie de miembro hembra en el ejemplo 1 (desbastadura y luego chapado de golpe de Ni seguido por chapado de aleación de Cu-Sn-Zn). En la superficie de miembro hembra que ha experimentado al tratamiento preparatorio de superficie, se formó primero el revestimiento lubricante sólido 4 muestra en la tabla 3 (un revestimiento de una resina epoxi que contiene grafito como partículas lubricantes, dureza Knoop Hk de 48, espesor de revestimiento de aproximadamente 22 pm) en la porción de contacto, metálica, no roscada, y luego un revestimiento lubricación sólido 2 mostrado en la tabla 3 (un revestimiento de una resina de poliamida-imida y un fluoroplástico que contiene PTFE y MoS2 como partículas lubricantes, dureza Knoop Hk de 62, espesor de revestimiento de aproximadamente 22 pm) se formó en la porción roscada.

Superficie de miembro macho La superficie miembro macho experimentó el tratamiento preparatorio de superficie y la formación de un revestimiento protector a corrosión sólido, curado por luz exactamente de la misma manera como para la superficie de miembro macho del ejemplo 3.

En la prueba de enrosque y desenrosque, no hubo ocurrencia de excoriación en 10 ciclos de enrosque y desenrosque. Sin embargo, en la prueba de gran par de torsión, la relación DT fue un valor bajo de 74% en comparación al ejemplo comparativo 1 en el cual se uso grasa compuesta convencional. Además, se puede ver que la relación DT fue 36% más pequeña que en el ejemplo 3 en el cual el revestimiento lubricante sólido formado en la porción de sello y la porción de resalto y el revestimiento lubricante sólido formado en la porción roscada de la superficie de miembro hembra fueron lo opuesto.

Como se describe anteriormente, se verificó que si la dureza Knoop de un revestimiento lubricante sólido formado en la porción de sello y la porción de resalto es mayor que la dureza Knoop de un revestimiento lubricante sólido formado en la porción roscada de acuerdo con la invención, se incrementa la relación DT. Debido a que DT es alta, es posible llevar a cabo operaciones de enrosque sin la ocurrencia de deformación de las porciones de resalto o excoriación aun en el momento del enrosque con un gran par de torsión.

A fin de investigar las propiedades de prevención de oxidación en las juntas roscadas tubulares fabricadas en los ejemplos 1 - 3, el mismo tratamiento preparatorio de superficie como se muestra para el miembro hembra en la tabla 2 y la formación de revestimientos lubricantes mostrados para el miembro hembra en la tabla 3 se llevaron a cabo en piezas de prueba preparadas de manera separada (70 mm x 150 mm x 1.0 mm de grueso). Las piezas de prueba se sometieron a una prueba de rociado con agua salada (de acuerdo con JIS Z 2371, que corresponde a ISO 9227, temperatura de 35°C y duración de 1000 horas) y una prueba de humedad (de acuerdo con JIS K 5600-7-2, que corresponde a ISO 6270, temperatura de 50°C, humedad relativa de 98%, duración de 200 horas) para investigar la ocurrencia de oxidación. Como resultado, se confirmó que no hubo ocurrencia de oxidación en ninguna prueba para las juntas tubulares roscadas de los ejemplos 1 -3.

Cuando se probó una junta roscada preparada en cada uno de los ejemplos 1-3 por una prueba de hermeticidad a gases y una prueba de uso real en un aparato real de perforación, cada exhibió propiedades satisfactorias. DT fue mayor que para una grasa compuesta convencional, de modo que se verificó que se puede llevar a cabo el enrosque de una manera estable con gran par de enrosque.

La presente invención se ha explicado anteriormente con respecto a modalidades que se consideran actualmente preferidas, pero la presente invención no se limita a las modalidades descritas anteriormente. Es posible hacer modificaciones dentro de un intervalo que no es contrario al concepto téenico de la invención como se comprende de las reivindicaciones y especificación como una totalidad, y se debe entender que una junta roscada con estas modificaciones cae dentro del alcance técnico de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una junta tubular roscada comprendida de un miembro macho y un miembro hembra cada uno que tiene una superficie de contacto que comprende una porción roscada y una porción de contacto, metálica, no roscada que incluye una porción de sello y una porción de resalto, caracterizada en que está presente un primer revestimiento lubricante sólido en una porción que incluye la porción de resalto de la superficie de contacto de al menos uno del miembro macho y el miembro hembra, está presente un segundo revestimiento lubricante sólido en al menos una porción de la superficie de contacto del por lo menos uno del miembro macho y el miembro hembra que no tiene el primer revestimiento lubricante sólido, la dureza Knoop del primer revestimiento lubricante sólido es mayor que la dureza Knoop del segundo revestimiento lubricante sólido, y cuando existe una porción donde, están presentes tanto el primero como el segundo revestimiento lubricante sólido, el segundo revestimiento lubricante sólido está colocado por abajo del primer revestimiento lubricante sólido.

2. Una junta tubular roscada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la porción que incluye la porción de resalto de la superficie de contacto es la porción de contacto, metálica, no roscada de la superficie de contacto.

3. Una junta tubular roscada de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la porción de contacto, metálica, no roscada de al menos uno del miembro macho y el miembro hembra tiene el primer revestimiento lubricante sólido, y la porción roscada del por lo menos uno del miembro macho y el miembro hembra tiene el segundo revestimiento lubricante sólido.

4. Una junta tubular roscada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de contacto de uno del miembro macho y el miembro hembra tiene el primer revestimiento lubricante sólido en una porción del mismo que incluye la porción de resalto y el segundo revestimiento lubricante sólido en al menos una porción de la misma que no tiene el primer revestimiento lubricante sólido, y la superficie de contacto del otro del miembro macho y el miembro hembra tiene un revestimiento sólido protector a la corrosión.

5. Una junta tubular roscada de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el revestimiento sólido protector a la corrosión es un revestimiento a base de resina curable por UV.

6. Una junta tubular roscada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizado porque la relación de la dureza Knoop del primer revestimiento lubricante sólido a la dureza Knoop del segundo revestimiento lubricante sólido es al menos 1.1.

7. Una junta tubular roscada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado porque la superficie de contacto de al menos uno del miembro macho y el miembro hembra ha sufrido tratamiento de superficie por un método seleccionado de rociado a presión, decapado, tratamiento de conversión química con fosfato, tratamiento de conversión química con oxalato, tratamiento de conversión química con borato, electrochapado, chapado de impacto, y dos o más de estos métodos antes de la formación de revestimiento.

8. Una junta tubular roscada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, caracterizada porque el primero y segundo revestimientos lubricantes sólidos tienen un espesor de revestimiento de 10-150 mm, y cuando existe una porción donde el primero y segundo revestimientos lubricantes sólidos se traslapan, el espesor total del primero y segundo revestimientos lubricantes sólidos en esa porción es a lo mucho 200 pm.