NO337684B1

NO337684B1 - Gjenget forbindelse for stålrør

Info

Publication number: NO337684B1
Application number: NO20150562A
Authority: NO
Inventors: Kunio Goto
Original assignee: Sumitomo Metal Ind; Vallourec Mannesmann Oil & Gas France
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-06-06
Also published as: NO20150562L; AU2002248003B2; CN1325750C; ES2343706T3; NO20034577D0; CA2614944A1; US6827996B2; EP2154406A1; CN1509386A; RO121489B1; ATE485471T1; US20040195826A1; CN1683747A; BR0208856B1; CN1247923C; EP2154406B1; CN1325749C; CN1683746A; US20030159764A1; CA2614944C

Description

Gjenget forbindelse for stålrør

Beskrivelse

Denne oppfinnelsen vedrører generelt en gjenget forbindelse for stålrør til bruk når oljerør skal forbindes med hverandre. Mer bestemt vedrører denne oppfinnelsen en gjenget forbindelse for stålrør som har et fast smøremiddelbelegg som har utmerket rivingsbestandighet, gasstetthet og rusthindrende egenskaper, og som ikke fordrer påføring av et rørgjengesmøremiddel som inneholder et pulver av tungmetaller, hvilken påføring konvensjonelt ble utført før hver gang innfesting ble utført for å hindre riving i forbindelsen.

Rør for oljebrønner som er stålrør som brukes ved boring av oljebrønner forbindes med hverandre med en gjenget forbindelse for stålrør. Den gjengede forbindelsen omfatter en hanndel (pin) som har en hanngjenge og en hunndel (box) som har en hunngjenge.

Som skjematisk vist på figur 1 er en hanngjenge 3A vanligvis dannet på utsiden av begge ender av et stålrør A for å danne en hanndel 1, og en hunngjenge 3B er dannet på begge sider av den innvendige overflate av et separat forbindelseselement i form av en muffeformet kopling B for å danne en hunndel 2. Som vist på figur 1 transporteres stålrøret A vanligvis i en tilstand hvor en kopling B tidligere er forbundet til en ende.

En gjenget forbindelse for stålrør utsettes for sammensatt trykk på grunn av aksiale strekkrefter som er forårsaket av vekten av stålrøret og koplingen, og innvendige og utvendige trykk nede i grunnen, og den utsettes også forvarme nede i grunnen. En gjenget forbindelse må derfor opprettholde tetthet (tetningsevne) uten at den skades selv under slike tilstander. I tillegg, under prosessen med nedsetting av rør i oljebrønner, er det ofte slik at en forbindelse som en gang har blitt festet løsnes (løsgjøres) og deretter festes på ny. Ifølge API (American Petroleum Institute) er det derfor ønskelig at det ikke er noen forekomst av alvorlig fastbiting (seizing) benevnt riving (galling) og at gasstetthet opprettholdes selv om innfesting (sammenskruing) og løsning (skruing fra hverandre) utføres ti ganger for forbindelser for produksjonsrør (tubing) og tre ganger for forbindelser for foringsrør (casing).

I de senere år, for å forbedre gasstettheten, har man generelt begynt å bruke spesielle gjengede forbindelser som er i stand til å danne metall-mot-metall tetninger. I denne type gjenget forbindelse har både hanndelen og hunndelen et ugjenget metallkontaktparti i tillegg til et gjenget parti som har en hanngjenge eller en hunngjenge, og både det gjengede parti og det ugjengede metallkontaktparti danner en kontaktflate mellom hanndelen og hunndelen. De ugjengede metall-kontaktparti på hanndelen og hunndelen kommer i nær kontakt med hverandre slik at det dannes et metall-mot-metall tetningsparti, og dette bidrar til en økning i gasstettheten.

I en slik gjenget forbindelse som er i stand til å danne en metall-mot-metall tetning har det blitt brukt smørende fett med høy smøreevne, benevnt rørgjenge-smøremiddel (compound grease). Dette fettet, som er en type flytende smøre-middel, påføres på kontaktflaten på i det minste det ene av hanndelen og hunndelen før innfesting. Dette fettet inneholder imidlertid en stor mengde skadelig tungmetallpulver. Når fettet som klemmes ut til omkretsen under innfesting rengjøres med et rengjøringsmiddel, strømmer rørgjengesmøremidlet og det brukte rengjøringsmidlet ut i havet eller grunnen, og forårsaker miljø-forurensning, og dette har etter hvert blitt ansett som et problem. I tillegg var det et problem at påføringen av fett og rengjøring som ble gjentatt før hver innfesting reduserte arbeidseffektiviteten på feltet.

Som gjengede forbindelser for stålrør som ikke behøver påføring av et rørgjengesmøremiddel, viser JP 08-103724A, JP 08-233163A, JP 08-233164A og JP 09-72467A gjengede forbindelser hvor et fast smøremiddelbelegg som omfatteren harpiks som et bindemiddel og molybdendisulfid eller wolframdisulfid som et fast smøremiddel påføres på et gjenget parti og et ugjenget metallkontaktparti (dvs. på kontaktflaten) av det minste det ene av en hanndel og en hunndel.

I disse japanske patentpublikasjonene, for å øke adhesjonen mellom det faste smøremiddelbelegget og underlagsstålet, er det, som et lag av underbelegg for det faste smøremiddelbelegget, beskrevet å danne et lag av kjemisk omdannet belegg med manganfosfat eller en kombinasjon av et nitridlag og et lag av kjemisk omdannet belegg med manganfosfat, eller å forsyne kontaktflaten med overflateruhet som har en Rmaks på 5-40 nm. JP 08-103724A beskriver at det dannes et fast smøremiddelbelegg ved å utføre ovnstørking av et påført belegg med oppvarming i 20 til 30 minutter i temperaturområdet 150-300°C.

Det kan forventes at bruken av en gjenget forbindelse hvor kontaktflaten til en hanndel og en hunndel har et fast smøremiddelbelegg som er dannet ved overflatebehandling for å gi det smøreevne som ville gjøre det mulig å unnvære påføringen av et rørgjengesmøremiddel og således unngå de ovennevnte problemer med hensyn på miljøet og arbeidseffektivitet.

Med et konvensjonelt fast smøremiddelbelegg er det imidlertid ikke mulig å oppnå en høy anti-rivingseffekt så som det som kan oppnås ved påføring av et rørgjengesmøremiddel, og en fastbitingsfeil som benevnes riving opptrer etter at innfesting og løsning er gjentatt flere ganger. Effekten av et konvensjonelt fast smøremiddelbelegg for å forhindre riving var følgelig utilstrekkelig.

Reduksjonen i rivingsbestandighet og gasstetthet for en gjenget forbindelse var betydelig, særlig når lagringsperioden for den gjengede forbindelse fra dens forsendelse ut fra fabrikken (dvs. fra dannelsen av et fast smøremiddelbelegg) til dens faktiske bruk på et riggsted for å feste den var lang (den er enkelte ganger så lang som et eller to år).

Videre har det nylig blitt ønsket å bruke en varmebestandig gjenget forbindelse for stålrør i oljebrønner med høy temperatur hvor temperaturen når 250-300°C, hvilket er høyere enn temperaturen i konvensjonelle oljebrønner, eller i oljebrønner for dampinjeksjon hvor damp ved en høy temperatur nær en kritisk temperatur (eksempelvis rundt 350°C) injiseres for å forbedre oljeutvinningen. Det har derfor vært påkrevet at en gjenget forbindelse garanterer rivingsbestandighet og gasstetthet når en forbindelse som har blitt festet utsettes for en oppvarmings-test ved en temperatur på rundt 350°C og deretter utsettes for løsning og fornyet innfesting. Med det ovenfor beskrevne konvensjonelle faste smøremiddelbelegg var det vanskelig å garantere disse egenskapene som var nødvendige for en varmebestandig gjenget forbindelse.

US 6,027,145 beskriver en gjenget forbindelse i samsvar med den innledende del av krav 1.

Det er en hensikt med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for varmebehandling av en gjenget forbindelse for stålrør, som kan danne et fast smøremiddelbelegg som har utmerket rivingsbestandighet som effektivt kan hindre forekomsten av riving ved gjentatt innfesting og løsning selv med en varmebestandig gjenget forbindelse for stålrør.

En annen hensikt med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en gjenget forbindelse for stålrør som kan redusere en minskning i rivingsbestandighet og gasstetthet uten bruk av rørgjengesmøremiddel når den lagres i en langvarig periode fra dannelsen av et fast smøremiddelbelegg til dens bruk på bruksstedet.

Det har blitt funnet at en årsak til utilstrekkelig rivingsbestandighet for et konvensjonelt fast smøremiddelbelegg som er dannet på kontaktflaten i en gjenget forbindelse for stålrør er utilstrekkelig hardhet av belegget, hvilket er forårsaket av utilstrekkelig tørking av belegget.

Et fast smøremiddelbelegg for en gjenget forbindelse dannes generelt ved å påføre et beleggfluid som inneholder en harpiks og et smørende pulver (eksempelvis molybdendisulfidpulver) i et flyktig løsemiddel på kontaktflaten i den gjengede forbindelse, fulgt av oppvarming for å tørke (eller ovnstørke) det påførte belegget. I tilfellet hvor det påførte belegget tørkes ved oppvarming til en temperatur på 150-300°C, som anvendes ved kjent teknikk, selv om oppvarmingen utføres i en langvarig periode, er det ikke mulig fullstendig å fordampe løsemidlet, og en svært liten mengde av løsemidlet og fuktighet innestenges i det tørkede belegget og fører til dannelsen av innvendige defekter, som hindrer belegget i å ha tilstrekkelig hardhet og rivingsbestandighet. Et slikt fast smøremiddelbelegg slites av når innfesting og løsning gjentas, og det ender opp fullstendig utslitt, hvilket frembringer metall-mot-metall-kontakt og forårsaker riving.

I samsvar med den ovenfor beskrevne fremgangsmåte blir tørkingen fullstendig ved å utføre tørkingen i minst to trinn, omfattende et første oppvarmingstrinn ved en lavere temperatur og et andre oppvarmingstrinn ved en høyere temperatur, hvilket resulterer i dannelsen av et fast smøremiddelbelegg som har høyere hardhet enn det som oppnås i tilfeller hvor tørkingen utføres ved oppvarming ved en fast temperatur, slik det anvendes innen kjent teknikk, og som er forbedret med hensyn på rivebestandighet, slitebestandighet, adhesjon og rusthindrende egenskaper, og tilpasset selv til omgivelsen i oljebrønner med høy temperatur.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en gjenget forbindelse for stålrør som omfatter en hanndel og en hunndel som hver har en kontaktflate som inkluderer et gjenget parti og et ugjenget metallkontaktparti, hvori det på kontaktflaten av det minste den ene av hanndelen og hunndelen er tildannet et fast smøremiddelbelegg som omfatter et smørende pulver som er valgt fra molybdendisulfid og/eller wolframdisulfid og en harpiks, kjennetegnet ved at belegget har en hardhet på 70-140 på Rockwell M-skalaen.

En årsak til at en reduksjon i rivingsbestandighet og gasstetthet påtreffes i en konvensjonell gjenget forbindelse som har et fast smøremiddelbelegg som omfatter en harpiks og et smørende pulver på dens kontaktflate når forbindelsen lagres i en lang periode, er at de rusthindrende egenskaper i det faste smøre-middelbelegget er markert lavere i forhold til i et rørgjengesmøremiddel, slik at det ikke er i stand til fullstendig å beskytte kontaktflaten i den gjengede forbindelse mot rust under lagring. Hvis rust fremkalles på kontaktflaten for hanndelen eller hunndelen under lagring av en slik gjenget forbindelse, reduseres adhesjonen for det faste smøremiddelbelegget i forbindelsen markert, og det opptrer blære-dannelse og avskalling av belegget. I tillegg øker kontaktflatens ruhet på grunn av rusten. Som et resultat av dette, når stålrør forbindes ved innfesting av en gjenget forbindelse, blir innfestingen ustabil, hvilket fører til opptreden av riving under innfesting eller løsning, og en reduksjon i gasstetthet.

Det ble funnet at rusting under lagring av en gjenget forbindelse som har et fast smøremiddelbelegg hovedsakelig forårsakes av aldring eller forringelse med tiden av harpiksen som brukes som et bindemiddel i det faste smøremiddel-belegget, særlig av dannelse av sprekker i belegget på grunn av forringelse av harpiksen på grunn av ultrafiolett lys, og dette gjør det mulig for fuktighet å penetrere gjennom sprekkene. For å forhindre at et fast smøremiddelbelegg forringes av ultrafiolett lys, har det blitt funnet at tilsetting av uorganiske finpartikler for ultrafiolett skjerming, ikke et organisk middel for ultrafiolett absorpsjon, er effektivt, og at rusting i en gjenget forbindelse under langtidslagring dempes betydelig med et fast smøremiddelbelegg som inneholder finpartikler for ultrafiolett skjerming.

Finpartiklene for ultrafiolett skjerming er fortrinnsvis finpartikler av en eller flere substanser valgt fra titanoksid, sinkoksid og jernoksid, og de har midlere partikkeldiameter på 0,01-0,1 nm, og er til stede i det faste smøremiddelbelegg med et masseforhold på 0,1-50 deler til 100 deler av harpiksbindemidlet.

Ved den foreliggende oppfinnelse er et smørende pulver fortrinnsvis et pulver med en eller flere substanser valgt fra molybdendisulfid, wolframdisulfid, grafitt, bornitrid og polytetrafluoretylen.

Det er også foretrukket at kontaktflaten som et fast smøremiddelbelegg dannes på har et porøst belegglag som et primærbelegg som ligger under det faste smøremiddellaget.

Kort beskrivelse av tegningene:

Figur 1 er et diagram som skjematisk viser en typisk sammenstilling av et stålrør og en gjenget kopling på tidspunktet for forsendelse av stålrøret. Figur 2 er et diagram som skjematisk viser et sammenføyningsparti for en gjenget forbindelse for stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse. Figur 3a og 3b er diagrammer som viser eksempler på oppvarmings-mønstret (temperaturprofilen) for første oppvarmingstrinn og andre oppvarmingstrinn i fremgangsmåten for overflatebehandling av en gjenget forbindelse for stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et diagram som skjematisk viser strukturen i en typisk gjenget forbindelse for stålrør. På figuren er 1 en hanndel, 2 en hunndel, 3 et gjenget parti, 4 er et ugjenget metallkontaktparti og 5 er et skulderparti. I den følgende beskrivelse vil et ugjenget metallkontaktparti også bli vist til simpelthen som et metallkontaktparti.

Som vist på figur 2 består en typisk gjenget forbindelse av en hanndel 1 som har et gjenget parti 3 (mer presist et hanngjengeparti) og et ugjenget metallkontaktparti 4 som er dannet på den utvendige overflate i en ende av et stålrør, og en hunndel 2 har et gjenget parti 3 (mer presist et hunngjengeparti) og et ugjenget metallkontaktparti 4 som er dannet på den innvendige overflate av et gjenget forbindelseselement (en kopling). Lokaliseringen av en hanndel og en hunndel er imidlertid ikke begrenset til det som er vist. For eksempel kan en kopling utelates ved å tildanne en hanndel i en ende av et stålrør og en hunndel i den andre enden av røret, eller en hanndel (en hanngjenge) kan tildannes på en kopling med en hunndel dannet i begge ender av et stålrør.

Det gjengede parti 3 og det (ugjengede) metallkontaktparti 4 på hver av hanndelen og hunndelen utgjør en kontaktflate på den gjengede forbindelse. Kontaktflaten og særlig det ugjengede metallkontaktparti som er mer mottakelig for riving er nødvendig for å ha rivingsbestandighet. For dette formål blir det innen kjent teknikk påført et rørgjengesmøremiddel som inneholder et tungmetall-pulver på kontaktflaten, men bruken av et rørgjengesmøremiddel involverer mange problemer sett ut fra omgivelsen og arbeidseffektivitet.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse påsmøres det et beleggfluid som inneholder en bindemiddelharpiks og et smørende pulver i et løsemiddel på kontaktflaten av i det minste den ene av hanndelen og hunndelen, og det påførte belegget tørkes ved oppvarming slik at det dannes et fast smørende belegg. Det faste smørende belegget som dannes på kontaktflaten av en gjenget forbindelse utsettes for høyt trykk ved gliding mens den gjengede forbindelsen festes og løsnes gjentatte ganger, hvilket frembringer slitasjepartikler som omfatter det smørende pulver. Det antas at disse slitasjepartiklene som inneholder et smørende pulver fordeles over hele kontaktflaten for å bidra til å forhindre metall-mot-metall-kontakt ved kontaktgrenseflaten og for å redusere friksjon, slik at det oppvises en anti-rivingseffekt.

Det er ønskelig at kontaktflaten for i det minste den ene av hanndelen og hunndelen som et beleggfluid påføres på, på forhånd er gjort ru slik at flaten har en ruhet (Rmaks) på 5-40 nm, hvilket er mer enn overflateruheten som maskineri (3-5nm) for ytterligere å forbedre den effekt som oppnås med den foreliggende oppfinnelse. Hvis verdien av Rmaks på overflaten som skal belegges er mindre enn 5 nm, kan det være at det resulterende faste smøremiddelbelegget får redusert adhesjon. På den annen side, hvis den er større enn 40 nm, kan den belagte flaten frembringe økt friksjon og fremme abrasiv slitasje av det faste smøremiddelbelegget, og det kan være at belegget ikke motstår gjentatt festing og løsning av forbindelsen. Effekten av den foreliggende oppfinnelse kan imidlertid selvsagt oppnås selv om overflatefinheten ikke er innenfor det ovenfor-beskrevne området.

Fremgangsmåten til å gjøre overflaten ru kan være en fremgangsmåte til å gjøre selve ståloverflaten ru, så som ved å blåse med sand eller harde partikler og ved dypping i en sterk syreløsning så som svovelsyre, saltsyre, salpetersyre eller fluorsyre for å gjøre flaten ru. En annen mulig fremgangsmåte er å tildanne et lag av et primært (underliggende) belegg som har en overflate som er mer ru enn ståloverflaten, for å gjøre overflaten som skal belegges ru.

Eksempler på en fremgangsmåte til å danne et slikt lag av et primært belegg inkluderer en fremgangsmåte til dannelse av et kjemisk omdannet belegg, så som en fosfatbehandling, oksalatbehandling eller boratbehandling (hvor overflateruheten til krystallaget øker ettersom de krystallene som er dannet vokser), en fremgangsmåte til elektroplettering med et metall så som kobber eller jern (hvor topper eller hevede punkter fortrinnsvis pletteres, slik at overflaten blir litt ruere), en støtpletteringsmetode hvor partikler som har en jernkjerne belagt med sink eller en sink-jernlegering blåses ved bruk av sentrifugalkraft eller pneumatisk trykk for å danne et belegg av sink eller en sink-jernlegering, en metode til myk nitrering for dannelse av et nitridlag (eksempelvis tufftrering), en fremgangsmåte til belegging med komposittmetall hvor det dannes et porøst belegg som omfatter faste finpartikler i et metall, og lignende.

Sett ut fra hensynet til adhesjon i et fast smøremiddelbelegg, er det foretrukket med et porøst belegg, særlig et kjemisk omdannet belegg som er dannet ved fosfatering (med manganfosfat, sinkfosfat, jern-manganfosfat eller sink-kalsiumfosfat) eller et belegg av sink eller en sink-jernlegering som er dannet med støtplettering. Sett ut fra hensynet til adhesjon er et mer foretrukket belegg et manganfosfatbelegg, eller sett ut fra hensynet til å hindre rust er et sinkbelegg eller et sink-jernbelegg foretrukket. Både et fosfatbelegg som er dannet ved behandling med kjemisk omdanning og et sinkbelegg eller et sink-jernlegeringsbelegg som er dannet med støtplettering er porøse, slik at det på disse kan anordnes et fast smøremiddelbelegg med en økt adhesjon.

Når det dannes et lag av primærbelegg er det ingen begrensninger på tykkelsen av laget, men sett ut fra hensynet til å forhindre rust og adhesjon er det fortrinnsvis i området 5-40 nm. Med en tykkelse på mindre enn 5 nm kan det være at begge oppnår tilstrekkelig rusthindring. En tykkelse på større enn 40 nm kan forårsake en reduksjon i adhesjonen til et fast smøremiddelbelegg som tildannes derpå.

Harpiksen som er til stede i et fast smøremiddelbelegg kan være enhver harpiks som er i stand til å funksjonere som et bindemiddel. En harpiks som har termisk bestandighet og et hensiktsmessig nivå av hardhet og slitebestandighet er egnet. Eksempler på en slik harpiks inkluderer varmeherdende harpikser så som epoksyharpikser, polyimidharpikser, polykarbodiimidharpikser, polyetersulfoner, polyetereterketonharpikser, fenolharpikser, furanharpikser, ureaharpikser og akrylharpikser, såvel som termoplastiske harpikser så som polyamidimidharpikser, polyetylenharpikser, silikonharpikser og polystyrenharpikser.

Selv om det smørende pulveret kan være ethvert pulver som oppviser smøreevne, er det sett i lys av den høye belastning som påføres, ønskelig å bruke et pulver av en eller flere substanser valgt fra molybdendisulfid, wolframdisulfid, grafitt, bornitrid og PTFE (polytetrafluoretylen). Særlig foretrukket er et pulver av molybdendisulfid og/eller wolframdisulfid, som begge tilveiebringer en høy reduksjon av slitasje og friksjon, eller en blanding av disse med et annet smørende pulver eller pulvere.

Det smørende pulver har fortrinnsvis en midlere partikkeldiameter i området fra 0,5-60 nm. Hvis det er mindre enn 0,5 nm har pulveret en tilbøyelighet til å aggregere, og ensartet dispersjon av pulveret i et beleggfluid kan bli vanskelig. Som et resultat av dette er det tilfellet hvor det ikke dannes et ønsket fast smøremiddelbelegg som har et jevnt dispergert smørende pulver, hvilket resulterer i utilstrekkelig rivingsbestandighet. På den annen side, hvis den midlere partikkeldiameter i det smørende pulveret er større enn 60 nm, kan det være at styrken av det faste smøremiddelbelegget reduseres i en slik grad at forekomsten av riving ikke kan forhindres.

Ut fra hensynet til rivingsbestandighet er forholdet mellom smørende pulver og harpiksbindemiddel fortrinnsvis slik at masseforholdet mellom smørende pulver og bindemiddel er i området 0,3-9,0. Hvis masseforholdet mellom smørende pulver og bindemiddel er mindre enn 0,3, kan det være at mengden av smørende pulver i de ovenfor beskrevne slitasjepartikler kan være utilstrekkelig, og rivingsbestandigheten kan bli dårlig. På den annen side, hvis masseforholdet er større enn 9,0, kan det være at det faste smøremiddelbelegget har utilstrekkelig styrke, slik at det ikke kan motstå et høyt trykk og har en redusert adhesjon til underlagets overflate, hvilket bevirker at rivingsbestandigheten og gasstettheten blir dårligere. Sett ut fra hensynet til rivingsbestandighet er masseforholdet mellom det smørende pulveret og bindemidlet fortrinnsvis i området 0,5-9,0, og mer foretrukket i området 1,0-8,5, idet man videre tar adhesjonen i betraktning.

Et løsemiddel som brukes til å danne et beleggfluid kan være et enkeltstående løsemiddel eller et blandet løsemiddel valgt fra forskjellige smøremidler med lavt kokepunkt, inkludert hydrokarboner (eksempelvis toluen) og alkoholer (eksempelvis isopropylalkohol). Løsemidlet har fortrinnsvis en koketemperatur på 150°C eller lavere.

Beleggfluidet som brukes til å danne et fast smøremiddelbelegg kan inneholde en ytterligere bestanddel eller bestanddeler, i tillegg til et løsemiddel, en harpiks og et smørende pulver. For eksempel kan det tilsettes et eller flere pulvere valgt fra sinkpulver, et krompigment og alumina. I tillegg kan et fargestoff være tilstede, slik at det resulterende faste smøremiddelbelegget blir farget. Hvis det er hensiktsmessig kan beleggfluidet inneholde et eller flere additiver så som et dispersjonsmiddel, et antiskummende middel, og et fortykningsmiddel.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen tilsettes finpartikler for ultrafiolett skjerming til beleggfluidet for å danne et fast smøremiddelbelegg som omfatter et smørende pulver, en harpiks og finpartikler for ultrafiolett skjerming. Det er således mulig å vesentlig forbedre de rusthindrende egenskaper til et fast smøremiddelbelegg mens man opprettholder dets rivingsbestandighet og gasstetthet, hvorved kontaktflaten til en gjenget forbindelse hindres i å ruste på grunn av aldring av det faste smøremiddelbelegg som er tildannet på denne, og forekomsten av riving og en reduksjon i gasstetthet på grunn av rusting blir følgelig også forhindret. Som et resultat av dette, selv om en gjenget forbindelse på hvilken det er tildannet et fast smøremiddelbelegg lagres utendørs i en langvarig periode, hindres den i å gjennomgå en betydelig forringelse i sine egenskaper, og dens pålitelighet som et produkt blir sterkt forbedret.

Et organisk middel for ultrafiolett absorpsjon (eksempelvis benzotriasol eller dets derivater) blir enkelte ganger tilsatt til beleggsammensetninger for å forbedre deres værbestandig het. Ved den foreliggende oppfinnelse er et slikt organisk middel for ultrafiolett absorpsjon ikke effektivt.

Det er ingen begrensning for finpartiklene for ultrafiolett skjerming som kan brukes ved den foreliggende oppfinnelse, så lenge de er finpartikler som har en høy absorpsjon og brytningsindeks i det ultrafiolette området (300-400 nm i bølgelengde). Eksempler på materialer for slike finpartikler inkluderer titanoksid, sinkoksid, jernoksid, bariumsulfat, silika, komposittpartikler av zirkoniumdioksid og et polyamid, og syntetisk glimmer hvor jern er inkludert.

På grunn av en mindre uheldig effekt på rivebestandighet, er titanoksid, sinkoksid, jernoksid, bariumsulfat og silika foretrukket. Sett ut fra hensynet til en enhetlig dispersjonsevne for finpartikler i et belegg er titanoksid, sinkoksid og jernoksid mer foretrukket.

Sett ut fra hensynet til balanse mellom egenskaper med hensyn på ultrafiolett skjerming eller aldring over tid til et fast smøremiddelbelegg og dets rivingsbestandighet, er det som finpartikler for ultrafiolett skjerming foretrukket å bruke såkalte ultrafine partikler som har en midlere partikkeldiameter i området fra 0,01-0,1 nm, selv om større partikler opp til de som har en midlere partikkeldiameter i størrelsesorden 2 nm kan brukes. Hvis finpartiklene for ultrafiolett skjerming har en midlere partikkeldiameter på mindre enn 0,01 nm, har de en sterk tilbøyelighet til å aggregere, og de kan fordeles ujevnt i et fast smøremiddelbelegg, og bestandigheten mot aldring av belegget kan være utilstrekkelig. Finpartikler for ultrafiolett skjerming som har en midlere partikkeldiameter som er større enn 0,1 nm kan hemme antirivingsegenskapene til et smørende pulver, slik at rivebestandigheten til et fast smørende belegg blir dårligere.

Innholdet av finpartikler for ultrafiolett skjerming i et fast smøremiddel-belegg er fortrinnsvis slik at masseforholdet mellom partiklene og 100 deler av bindemidlet er i området 0,1-50 eller mer foretrukket 1-30. Hvis mengden av finpartikler for ultrafiolett skjerming er mindre enn 0,1 del basert på 100 deler harpiks, kan det være at effekten med ultrafiolett skjerming blir utilstrekkelig, og det kan være at det faste smøremiddelbelegget ikke blir hindret i å eldes, hvilket gjør det umulig å opprettholde rusthindrende egenskaper, gasstetthet og rivingsbestandighet under gjentatt festing og løsning. Tilsetting av finpartikler for ultrafiolett skjerming i en mengde på mer enn 50 deler basert på 100 deler harpiks kan ha en betydelig negativ effekt på styrken, adhesjonen og rivingsbestandigheten til et fast smøremiddelbelegg.

Det ovenfor beskrevne beleggfluid som omfatter et bindemiddelharpiks, et smørende pulver og valgfritt finpartikler for ultrafiolett skjerming i et løsemiddel påføres på kontaktflaten (gjenget parti mot ugjenget metallkontaktparti) av i det minste det ene av hanndelen og hunndelen. Påføringen kan utføres med enhver egnet fremgangsmåte som er kjent innen teknikken, inkludert børstebestrykning, dypping og luftsprøyting.

Det er ønskelig at påføringen utføres slik at det dannes et fast smøre-middelbelegg som har en tykkelse på minst 5 nm, og som ikke er større enn 50 nm. Med et fast smøremiddelbelegg som har en tykkelse på mindre enn 5 nm, kan det være at mengden av det smørende pulver som er til stede i dette blir for liten, og at beleggets effektivitet til å øke smøreevnen reduseres. Når tykkelsen av det faste smøremiddelbelegget er større enn 50 nm, er det tilfellet hvor gasstettheten reduseres på grunn av utilstrekkelig tiltrekking under innfesting, eller hvis trykket økes for å garantere gasstettheten, kan det lett skje riving, eller det faste smøremiddelbelegget kan lett skalle av.

Etter påføring tørkes det påførte belegget fortrinnsvis med oppvarming for å danne et belegg som har en økt hardhet. Oppvarmingstemperaturen er fortrinnsvis 120°C eller høyere, og mer foretrukket fra 150°C til 380°C. Varigheten av oppvarmingen kan bestemmes basert på størrelsen av en gjenget forbindelse for stålrør, og den er fortrinnsvis minst 20 minutter, og mer foretrukket 30-60 minutter.

Ifølge en annen fremgangsmåte utføres denne oppvarmingen for tørking av et påført belegg fortrinnsvis i minst to trinn. Det utføres således initialt et første oppvarmingstrinn ved en lavere temperatur for å tilstrekkelig fordampe løsemidlet og fuktighet fra innsiden av belegget mens belegget forblir flytende. Deretter utføres et andre oppvarmingstrinn i et temperaturområde som er høyere enn for det første oppvarmingstrinnet, for ytterligere å fordampe løsemidlet og fuktighet, hvilket gjør det mulig å danne et fast smøremiddelbelegg som har en høy hardhet og en høy slitasjebestandighet. Det faste smøremiddelbelegget oppviser utmerket rivingsbestandighet selv i en omgivelse i oljebrønner med høy temperatur. Det har også utmerkede rusthindrende egenskaper.

Spesifikt tørkes et påført belegg med flertrinnsoppvarming som inkluderer i det minste første oppvarmingstrinn i temperaturområdet fra 70°C til 150°C og andre oppvarmingstrinn i området fra høyere enn 150°C til 380°C. Oppvarmingsperioden (varigheten av opprettholdelsen av temperaturen) for hvert oppvarmingstrinn kan bestemmes i avhengighet av størrelsen av en gjenget forbindelse for stålrør, og er fortrinnsvis minst 20 minutter og mer foretrukket 30-60 minutter.

Første oppvarmingstrinn som utføres ved en temperatur på mindre enn 70°C er ikke tilstrekkelig effektiv til å fordampe løsemidlet og fuktighet fra innsiden av det påførte belegget. Hvis det utføres ved en temperatur som er høyere enn 150°C, størkner det påførte belegget mens løsemidlet og fuktigheten blir værende på innsiden, hvilket resulterer i en utilstrekkelig herding av belegget. Avhengig av temperaturen ved andre oppvarmingstrinn, hvis den er 150°C eller lavere, er det vanskelig å fullstendig fjerne løsemidlet og fuktigheten fra belegget, og hvis den er høyere enn 380°C, kan en passende hardhet ikke oppnås på grunn av varme-bestandigheten til selve det faste smøremiddelbelegget. Ut fra hensynet til lett fordamping av løsemidlet og fuktighet, er temperaturområdet for det første oppvarmingstrinnetfortrinnsvis 80°C-140°C, og utfra hensyn til beleggets hardhet er temperaturområdet for andre oppvarmingstrinn fortrinnsvis 180°C-350°C.

Figur 3a og 3b viser eksempler på temperaturprofiler (oppvarmings-mønstre) fortotrinnsoppvarmingen, bestående av første og andre oppvarmingstrinn. Som vist på figur 3a kan første oppvarmingstrinn etterfølges av avkjøling før andre oppvarmingstrinn begynner, eller som vist på figur 3b, første og andre oppvarmingstrinn kan utføres fortløpende.

Videre kan første oppvarmingstrinn og/eller andre oppvarmingstrinn i seg selv utføres ved flertrinnsoppvarming, slik at hele oppvarmingen utføres ved temperaturer i tre eller flere trinn. Ut fra hensynet til økonomi er imidlertid totrinns-oppvarming som består av første og andre oppvarmingstrinn foretrukket.

I tillegg behøver hverken første eller andre oppvarmingstrinn, og særlig ikke første oppvarmingstrinn, å utføres ved å holde en konstant temperatur som vist på figurene, men oppvarmingen kan utføres under langsom heving av temperaturen.

I det sistnevnte tilfellet, for første oppvarmingstrinn, hvis lengden av tiden som er påkrevet for å heve temperaturen fra 70°C til 150°C er 20 minutter eller mer, anses slik oppvarming som første oppvarmingstrinn. Innen kjent teknikk, når et påført belegg varmes opp ved en temperatur på fra for eksempel 150°C til 300°C, er lengden av tiden som er nødvendig for å heve temperaturen fra 70°C til 150°C generelt maksimalt 5 minutter, og dette er klart forskjellig fra den beskrevne fremgangsmåte.

Ut fra hensynet til å øke adhesjonen til det resulterende faste smøremiddel-belegg, er det før påføring av et beleggfluid ønskelig å varme opp (dvs. forvarme) kontaktflaten som skal belegges (beleggflaten) ved en temperatur på fra 50°C til 200°C. Forvarming ved en temperatur som er lavere enn 50°C gir liten effekt på forbedring av adhesjonen. Hvis forvarmingstemperaturen er høyere enn 200°C har det påførte beleggfluidet (påført belegg) en redusert viskositet, hvilket gjør det vanskelig å danne et fast smøremiddelbelegg med en tilstrekkelig tykkelse, og faktisk blir adhesjonen ved belegget redusert. Varigheten av forvarmingen kan bestemmes i samsvar med størrelsen av den gjengede forbindelsen for stålrør, og det er foretrukket at temperaturen i beleggets overflate holdes innen det ovennevnte området gjennom påføring av belegget. En viss effekt av forbedring av adhesjonen kan imidlertid oppnås selv om temperaturen umiddelbart før begynnelsen av påføringen av belegget er i det ovenfor beskrevne området uten etterfølgende opprettholdelse av temperaturen under påføringen av belegget.

Både forvarming og oppvarming etter påføring av belegget kan utføres med en kjent ordinær fremgangsmåte, så som ovnsoppvarming eller varmlufts-oppvarming. For å varme opp en hunngjenge er det effektivt og økonomisk å varme den i en oppvarmingsovn for å holde overflaten på en forhåndsbestemt temperatur. En hanngjenge kan varmes opp ved kun å sette det gjengede endeparti inn i en oppvarmingsovn eller ved å varme det med en varm luft for å holde overflaten ved en forhåndsbestemt temperatur. For den ovennevnte flertrinnsoppvarming, siden det er nødvendig å styre temperaturen innenfor et visst område, skjer oppvarmingen fortrinnsvis med oppvarming i ovn. Det er ingen begrensning på atmosfæren i ovnen, og atmosfærisk luft er tilstrekkelig.

Når påført belegg tørkes med den ovennevnte flertrinnsoppvarming kan det dannes et godt herdet fast smøremiddelbelegg. Det resulterende faste smøremiddelbelegg har fortrinnsvis en hardhetsverdi i området 70-140, uttrykt som en Rockwell M-skala hardhet som foreskrevet av JIS-K7202 (heretter simpelthen benevnt en Rockwell M-hardhet). Et belegg som har en Rockwell M-hardhet som er mindre enn 70 kan forårsake en rask økning i mengden av slitasje når det utsettes for glidende friksjon som opptrer under gjentatt festing og løsning av den gjengede forbindelse, hvilket resulterer i utilstrekkelig rivingsbestandighet. Hvis beleggets hardhet er større enn 140, er slitasjen for liten til å frembringe slitasjepartikler på kontaktflaten i en mengde som er tilstrekkelig til å hindre riving i overflaten. Ut fra hensynet til rivingsbestandighet er det mer foretrukket at Rockwell M-hardheten av belegget er i området 90-140.

Et fast smøremiddelbelegg som inneholder molybdendisulfid og/eller wolframdisulfid som et smørende pulver, og som har blitt tørket med en konvensjonell tørkemetode med ettrinnsoppvarming, haren Rockwell M-hardhet i størrelsesorden 50. I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det mulig at en gjenget forbindelse som stålrør som har et fast smøremiddelbelegg som inneholder molybdendisulfid og/eller wolframdisulfid som et smørende middel har en høyere belegghardhet som er i området 70-140 Rockwell M-hardhet.

Det er ønskelig at et fast smøremiddelbelegg som er dannet på en gjenget forbindelse for stålrør har utmerket adhesjon. Dette er fordi belegget utsettes for skjærspenning under en høy belastning under festing og løsning av forbindelsen, og hvis adhesjonen er lav ender man opp med at belegget faller av og ikke oppviser en tilstrekkelig anti-rivingseffekt.

Det er forskjellige metoder til å evaluere adhesjonen ved et belegg. En enkel og velkjent metode er den såkalte rutenettoppskjæring (limbåndavskalling)-testen. Denne metoden kan imidlertid ikke anvendes for å teste et fast smøremiddelbelegg på en gjenget forbindelse. Siden den adhesjonen som er ønsket for dette er mye høyere enn det nivået som er målbart med rutenettopp-skjærings-testen.

Oppfinnerne for den foreliggende oppfinnelse har funnet at adhesjonen (avskallingsbestandigheten) til et fast smøremiddelbelegg som er dannet på en gjenget forbindelse kvantitativt kan fastsettes med den adhesive styrke som måles med SAICAS (Surface And Interfacial Cutting Analysis System)-metoden, som er utdetaljert i det japanskspråklige tidsskrift "Toso Gijutsu (beleggteknikk)", april 1995, sidene 123-135, og at når denne adhesive styrken til et fast smøremiddel-belegg i det minste har en viss verdi, hindres belegget i å skalle av under festing og løsning selv om det har en høy hardhet.

Ifølge SAICAS-metoden presses en skarp skjærekant mot overflaten til et belegg under en belastning mens underlaget som belegget henger fast ved beveges i en horisontal retning, slik at belegget skjæres på skrå fra overflaten til grenseflaten mot underlaget. Etter at kanten har nådd grenseflaten, justeres den påførte lasten slik at skjærekanten tillates å bevege seg horisontalt langs grenseflaten. Den adhesive styrke til belegget kan bestemmes som den avskallings-kraften pr. avskallingsbredde (bredde av skjærekanten) (N/m) som er nødvendig for avskalling av belegget mens kanten beveges langs grenseflaten. En måleinnretning for SAICAS-metoden selges på markedet av Daipla-Wintes under handelsnavnet SAICAS.

Et fast smøremiddelbelegg som er dannet på kontaktflaten på en gjenget forbindelse som et underlag kan ha en adhesiv styrke på minst 500 N/m, målt med SAICAS-metoden. Hvis den adhesive styrke mellom belegget og underlaget er mindre enn 500 N/m, kan det være at belegget ikke oppviser en tilstrekkelig anti-rivingseffekt.

Et fast smøremiddelbelegg som har blitt tørket med flertrinnsoppvarming ifølge den ovennevnte fremgangsmåten har en tilbøyelighet til å oppvise forbedret adhesiv styrke sammenlignet med tilsvarende belegg som har blitt tørket på en konvensjonell måte. Den adhesive kraft kan videre forbedres ved å gjøre den ovenfor beskrevne overflate grovere og/eller forvarming av underlaget, hvis det er nødvendig.

Selv om et fast smøremiddelbelegg kan påføres på kontaktflaten både på hanndelen og hunndelen, kan hensiktene med den foreliggende oppfinnelse oppnås ved å påføre belegget kun på et av disse elementene, og dette er fordelaktig med hensyn på kostnader. I slike tilfeller dannes det faste smøremiddelbelegget med en relativt enkel operasjon hvis det dannes på kontaktflaten til en hunndel, som er kortere. Det andre forbindelseselementet (fortrinnsvis en hanndel) som det faste smørende belegget ikke påføres på kan være ubelagt. Særlig, når hanndelen og hunndelen midlertidig festes til hverandre før forsendelse, som vist på figur 1, kan det andre forbindelseselementet, for eksempel hanndelen, forhindres i å ruste selv om dens kontaktflate er ubelagt (eksempelvis selv om den er som maskineri), siden kontaktflaten på hanndelen ved den midlertidige innfesting bringes i nær kontakt med belegget som er dannet på kontaktflaten på hunndelen. Det faste smøremiddelbelegget kan påføres på kun en del av kontaktflaten, særlig kun på metallkontaktpartiet.

Når en hunndel er forbundet til en hanndel på et stålrør i en ende av røret, som vist på figur 1, forblir imidlertid den andre hanndelen på stålrøret som er lokalisert i den motsatte ende av røret og den halvdelen av hunndelen som ikke er sammenføyd blottlagt overfor atmosfæren. Disse blottlagte kontaktflatene på hanndelen og hunndelen kan utsettes for en passende overflatebehandling med eller uten smøreevne for å forhindre rust, og/eller de kan beskyttes ved påsetting av en passende beskyttelse. Slik overflatebehandling kan påføres på kontaktflaten på det ovennevnte andre forbindelseselementet.

En gjenget forbindelse for stålrør ifølge den foreliggende oppfinnelse kan innfestes uten påføring av et rørgjengesmøremiddel, men en olje kan påføres på det faste smøremiddelbelegget eller kontaktflaten på det motsvarende elementet som skal sammenføyes, hvis dette er ønskelig. I det sistnevnte tilfellet er det ingen begrensninger på oljen som påføres, og det kan brukes hva som helst av en mineralolje, en syntetisk esterolje, eller en animalsk eller vegetabilsk olje. Forskjellige additiver, så som et rusthindrende middel og et middel for ekstremt trykk som konvensjonelt har blitt brukt som smøreoljer, kan tilsettes til oljen. Hvis et slikt additiv er en væske, kan det brukes alene som en olje som påføres.

Nyttige rusthindrende midler inkluderer basiske metallsulfonater, basiske metallfennater, basiske metallkarboksylater og lignende. Som et middel for ekstremt trykk kan det brukes kjente midler så som svovel-, fosfor- eller klorholdige midler, og organometallsalter. I tillegg kan andre additiver så som en antioksidant, en flytepunkt-nedsetter og en viskositetsindeksforbedrer tilsettes til oljen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en gjenget forbindelse for stålrør som har et fast smørende belegg på sin kontaktflate, hvor belegget oppviser forbedret rivingsbestandighet, gasstetthet, slitasjebestandighet og rusthindrende egenskaper. Som et resultat av dette kan riving i den gjengede forbindelse forhindres under gjentatt innfesting og løsning uten påføring av et rørgjenge-smøremiddel. Denne effekten opprettholdes når forbindelsen brukes til å grave en råoljebrønn i en høytemperaturomgivelse så som en dyp oljebrønn med høy temperatur eller en oljebrønn for dampinjeksjon, eller den består når den gjengede forbindelse blir værende utendørs i en langvarig periode før bruk av forbindelsen på et sted hvor det er en rigg.

Eksempler

Den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet mer fullstendig med de følgende eksempler. Disse eksemplene er kun for illustrative formål, og er ikke ment å være begrensende for den foreliggende oppfinnelse. I den følgende beskrivelse vises det til kontaktflaten på en hanndel som en hanndeloverflate, og det vises til kontaktflaten på en hunndel som en hunndeloverflate.

Eksempel 1-7 og sammenlignende eksempler 1-4

Hanndeloverflaten og hunndeloverflaten i en gjenget forbindelse for stålrør [ytre diameter: 7 tommer (178 mm), veggtykkelse: 0,408 tommer (10,4 mm)] som er laget av et materiale som er valgt fra karbonstål A, et Cr-Mo stål B, et 13% Cr stål C og et høylegert stål D som hver har en sammensetning som er vist i tabell 1

(riving opptrer lettest med D, og riving blir suksessivt vanskeligere med C, B og A)

ble utsatt for en av kombinasjonene av overflatebehandling (overflate-forbehandling og valgfri dannelse av et fast smøremiddelbelegg) som er vist i tabell 2 som nr. 1 til 5, som beskrevet nedenfor for hvert eksempel. Tabell 2 viser overflateruheten i Rmaks (R) for den forbehandlede overflate og tykkelsen (t) av laget av primærbelegg (forbehandlingsbelegg), såvel som tykkelsen av et smørende belegg (t) og masseforholdet mellom et smørende pulver og en harpiks (bindemiddel) (M). I disse eksemplene ble forbehandling påført på kontaktflaten på hver av hanndelen og hunndelen, men et fast smøremiddelbelegg ble dannet på den ene av hanndeloverflaten eller hunndeloverflaten. På den hanndeloverflaten eller hunndeloverflaten på hvilken det ikke ble dannet et fast smøre-middelbelegg, ble det påført en kommersielt tilgjengelig, ordinær rusthindrende olje som ikke inneholdt tungmetallpulver for å hindre at overflaten rustet. Feste-og løsnetesten ble utført uten å fjerne den rusthindrende oljen.

Beleggfluidet som ble brukt til å danne det faste smøremiddelbelegget var en dispersjon hvor et smørende pulver var dispergert i en løsning av harpiks som ble oppløst i et løsemiddel. Løsemidlet som ble brukt var et blandet løsemiddel av etanol/toluen (50/50) for et polyamidimidharpiks, N-metyl-2-pyrrolidon/xylen (65/35) for en fenolharpiks, og tetrahydrofuran/sykloheksan (50/50) for en epoksy harpiks. Forvarming av underlaget før påføring av beleggfluidet og oppvarming for tørking etter påføringen ble begge deler utført i atmosfærisk luft ved bruk av en oppvarmingsovn. Tabell 3 viser et nummer for den type av overflatebehandling (i tabell 2), forvarmingstemperatur for underlaget (temperatur i underlaget før beleggfluidet ble påført), og oppvarmingstilstandene for tørking av det påførte belegget etter at fluidet var påført (temperatur x varighet av oppvarming for første oppvarmingstrinn og andre oppvarmingstrinn).

De samme kombinasjoner av forbehandling og dannelse av et fast smøre-middelbelegg som vist i tabell 2 ble separat utført på en stålplate (10 mm x 50 mm x 2 mm tykk) som hadde den samme sammensetningen som stålrøret som ble brukt som et underlag. Forbehandlingen som ble utført var således den samme som den som ble utført på kontaktflaten på elementet som et fast smøremiddel-belegg ble dannet på (dvs. hunndel for nr. 1 til 4 og hanndel for nr. 5 i tabell 2). Det resulterende faste smøremiddelbelegg ble målt med hensyn på adhesiv styrket og hardhet. Den adhesive styrke av belegget ble målt ved bruk av en måleinnretning SAICAS BN-1 fremstilt av Daipla-Wintes. Beleggets hardhet ble målt uttrykt ved Rockwell M-skalaen i henhold til JIS-K7202. Resultatene av disse målingene er også vist i tabell 3.

Ved bruk av en gjenget forbindelse som hadde blitt utsatt for overflatebehandling som beskrevet ovenfor, ble det utført en test ved gjentagende feste- og løsneoperasjoner opp til 20 ganger på den måte som er vist i tabell 4, samtidig som forekomsten av fastbiting eller riving ble undersøkt. Således, som vist i tabell 4, ble innfesting og løsning utført ved omgivelsestemperatur for de første til fjerde, sjette til fjortende og sekstende til tyvende kjøringer av operasjonen, og for den femte og femtende kjøringen, etter at innfestingen var utført, ble den gjengede forbindelsen utsatt for oppvarming i 24 timer ved 350°C og deretter avkjølt før løsning ble utført ved omgivelsestemperatur. Tilstandene for innfesting og løsning tilsvarte brukstilstandene for en varmebestandig gjenget forbindelse. Innfestings-hastigheten var ti omdreininger pr. minutt og innfestingsdreie-momentet var 14,02 kNm. Resultatene av forekomsten av fastbiting eller riving er vist i tabell 5.

( Eksempel 1)

En gjenget forbindelse som var laget av et karbonstål av type A som er vist i tabell 1 ble utsatt for følgende overflatebehandling.

Hunndeloverflaten ble forbehandlet med blåsing med sand nr. 60 for å ha en overflateruhet på 31 nm. Deretter ble hunndelen forvarmet til 60°C, og et fast smøremiddelbelegg av en polyamidimidharpiks som inneholdt et smørende pulver av molybdendisulfid og hadde en tykkelse på 30 nm ble dannet på kontaktflaten. Det faste smøremiddelbelegget inneholdt molybdendisulfid med et masseforhold mellom molybdendisulfid og polyamidimidharpiks 4:1. Tørking av det påførte belegget ble utført med første oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 100°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, med andre oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 260°C.

Hanndeloverflaten ble behandlet kun med maskinsliping (overflateruhet: 3nm).

I de følgende eksempler er dataene som er vist i tabell 2 ikke angitt.

( Eksempel 2)

Prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt med unntak av at temperaturen som hunndelen ble oppvarmet ved før belegging var endret fra 60°C til 100°C, og at tilstandene for oppvarming etter påføringen var endret på en slik måte at første oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 100°C var direkte fulgt av andre oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 260°C uten avkjøling.

( Eksempel 3)

En gjenget forbindelse som var laget av Cr-Mo-stål av type B som er vist i tabell 1 ble utsatt for følgende overflatebehandling.

Hunndeloverflaten ble etter maskinsliping forbehandlet ved at det på den ble dannet et kjemisk omdannet belegg med manganfosfat. Deretter ble hunndelen forvarmet til 130°C, og et fast smøremiddelbelegg av en epoksyharpiks som inneholdt et smørende pulver av en blanding av molybdendisulfid og grafitt (masseforhold er lik 9:1) ble dannet på overflaten. Tørking av det påførte belegget ble utført med første oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 100°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, med andre oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 230°C.

Hanndeloverflaten ble behandlet kun med maskinsliping.

( Eksempel 4)

Prosedyren i eksempel 3 ble gjentatt med unntak av at temperaturen ved første oppvarmingstrinn etter påføring av belegget var endret fra 100°C i eksempel 3 til 70°C.

( Eksempel 5)

En gjenget forbindelse som var laget av et 13%-Cr-stål av type C som er vist i tabell 1 ble utsatt for følgende overflatebehandling.

Hunndeloverflaten ble etter maskinsliping forbehandlet med elektroplettering for å danne et kobberbelegg. Deretter ble hunndelen forvarmet til 180°C, og et fast smøremiddelbelegg av en fenolharpiks som inneholdt et smørende pulver av wolframdisulfid ble dannet på hunndelens overflate. Tørking av det påførte belegget ble utført med første oppvarmingstrinn i 20 minutter ved 80°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, med andre oppvarmingstrinn i 60 minutter ved 170°C.

Hanndeloverflaten ble behandlet kun med maskinsliping.

( Eksempel 6)

En gjenget forbindelse som var laget av et høylegert stål av type D som er vist i tabell 1 ble utsatt for følgende overflatebehandling.

Hunndeloverflaten ble etter maskinsliping forbehandlet med blåseplettering for å danne et sink-jernlegeringsbelegg. Deretter ble hunndelen forvarmet til 100°C, og et fast smøremiddelbelegg av en polyamidimidharpiks som inneholdt et smørende pulver av molybdendisulfid ble dannet på hunndelens overflate. Tørking av det påførte belegget ble utført med første oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 80°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, med andre oppvarmingstrinn i 40 minutter ved 170°C.

Hanndeloverflaten ble behandlet kun med maskinsliping.

( Eksempel 7)

En gjenget forbindelse som var laget av karbonstål av type A som er vist i tabell 1 ble utsatt for følgende overflatebehandling.

Hunndeloverflaten ble utsatt kun for forbehandling som ble utført med maskinsliping og deretter ved at det på hunndeloverflaten ble dannet et kjemisk omdannet belegg med manganfosfat.

Hanndeloverflaten ble etter maskinsliping forbehandlet ved at det på den ble dannet et kjemisk omdannet belegg med sinkfosfat. Deretter ble kun hanndelpartiet plassert i en varmeovn for å forvarme det til 100°C, og et fast smøremiddel-belegg av en polyamidimidharpiks som inneholdt et smørende pulver av molybdendisulfid ble dannet på hanndelens overflate. Tørking av det påførte belegget ble utført med første oppvarmingstrinn i 20 minutter ved 140°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, med andre oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 280°C, mens kun hanndelpartiet var plassert i en varmovn under oppvarming.

Som det ses av tabell 3 ble det faste smøremiddelbelegg som var dannet i hvert av eksemplene 1 til 7 herdet og hadde en Rockwell M-hardhet på minst 80. Det hadde også en tilfredsstillende adhesiv styrke på minst 2.500 N/m, som målt med SAICAS-metoden. Sammenligning mellom eksempel 1 og 2 viser at en høyere forvarmingstemperatur i eksempel 2 resulterte i en litt redusert belegghardhet, men en forbedret adhesiv styrke. Sammenligning mellom eksempel 3 og 4 viser at en høyere temperatur for første oppvarmingstrinnet i eksempel 3 resulterte i en høyere verdi av både belegghardhet og adhesiv styrke, hvilket skyldes mer fullstendig tørking av belegget.

Tabell 5 viser at i enkelte av de gjengede forbindelsene i eksempel 1-7 forekom det en svak fastbiting i den femtende og senere kjøringer ved en test for gjentatt innfesting og løsning som simulerte en oljebrønn med høy temperatur, men selv i slike tilfeller kunne innfesting og løsning gjentas tjue ganger ved overflatebearbeiding i alle eksemplene uten noen problemer med hensyn på gasstetthet. Forekomsten av svak fastbiting i eksempel 5 og 6 skyldtes stål-materialet i den gjengede forbindelsen, som er mottakelig for fastbiting og riving. Hvis det samme faste smøremiddelbelegget som i eksempel 5 eller 6 ble dannet på en gjenget forbindelse av stålrør A eller B, antas det at det ikke vil skje noen fastbiting. I eksempel 4, siden temperaturen for første oppvarmingstrinn var lavere enn angitt ovenfor, hadde det resulterende belegget en litt lav hardhet, og det forekom derfor en svak fastbiting i den syttende og senere kjøringer.

( Sammenlignende eksempel 1)

En gjenget forbindelse som var laget av karbonstål av type A som er vist i tabell 1 ble utsatt for den følgende overflatebehandling.

Hunndeloverflaten ble etter maskinsliping forbehandlet ved at det på den ble dannet et kjemisk omdannet belegg med manganfosfat. Deretter ble hunndelen forvarmet til 175°C, og et fast smøremiddelbelegg av en epoksyharpiks som inneholdt et smørende pulver av en blanding av molybdendisulfid og grafitt (masseforhold = 9:1) ble tildannet på hunndelens overflate. Tørking av det påførte belegget ble utført med ettrinnsoppvarming i 50 minutter ved 150°C.

Hanndelens overflate ble kun behandlet med maskinsliping.

Som vist i tabell 5, i testen med innfesting og løsning, skjedde det en svak fastbiting i den første kjøringen. Innfesting og løsning for den andre kjøringen fortsatte etter overflatebearbeiding, men riving (alvorlig fastbiting) forekom i en slik utstrekning at løsning ble umulig, slik at testen ble avsluttet.

Dette eksemplet tilsvarer et tilfelle hvor kun første oppvarmingstrinn i den beskrevne fremgangsmåten ble utført for tørking. I dette tilfellet, selv om løsemidlet og fuktigheten i en viss grad fordampet fra innsiden av belegget, var fordampingen ikke fullstendig siden det ikke ble utført noe andre oppvarmingstrinn, og det resulterende belegget hadde en lav hardhet. I tillegg, selv om det ble utført forvarming, var den adhesive styrken også utilstrekkelig. Den utilstrekkelige hardheten og adhesive styrken til det faste smøremiddelbelegget syntes således å være ansvarlig for den for tidlige forekomsten av riving.

( Sammenlignende eksempel 2)

Prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt med unntak av at forvarm i ngs-temperaturen ble hevet til 180°C og påføringen av belegget ble etterfulgt av oppvarming som ble utført med ettrinnsoppvarming i 50 minutter ved 240°C.

Som vist i tabell 5, ved testen for innfesting og løsning, forekom det en svak fastbiting i den femte kjøringen. Innfesting og løsning for den sjette kjøringen fortsatte etter overflatebearbeiding, men det forekom riving i den sjette kjøringen, slik at testen ble avsluttet.

Dette eksemplet illustrerer en konvensjonell oppvarmingsmetode og tilsvarer et tilfelle hvor kun andre oppvarmingstrinn i den beskrevne fremgangsmåten ble utført. I dette tilfellet, siden første oppvarmingstrinn ved en lavere temperatur ikke ble utført, størknet det våte belegget raskt, og løsemidlet og fuktigheten ble innestengt inne i belegget, hvilket forårsaket en sterk variasjon i hardheten og den adhesive styrke til det resulterende faste smøremiddel-belegget. Som et resultat av dette antas det at riving lett forekom.

( Sammenlignende eksempel 3)

Prosedyren i sammenlignende eksempel 1 ble gjentatt, med unntak av at forvarmingstemperaturen ble senket til 130°C og påføringen av belegget ble etterfulgt av oppvarming som ble utført med første oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 50°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, av andre oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 230°C.

Som vist i tabell 5, i testen for innfesting og løsning, forekom det en svak fastbiting i den syvende kjøringen. Innfesting og løsning for den sjette kjøringen fortsatte etter overflatebearbeiding, men riving forekom i den niende kjøringen, slik at testen ble avsluttet. Siden temperaturen ved første oppvarmingstrinn var for lav, antas det at fordampingen av løsemidlet og fuktigheten fra innsiden av belegget som var i ferd med å størkne ble utilstrekkelig, og som i tilfellet med sammenlignende eksempel 2 som tilsvarer en konvensjonell oppvarmingsmetode, varierte hardheten og den adhesive styrke av det resulterende faste smøremiddel-belegg lokalt, hvilket forårsaket riving.

( Sammenlignende eksempel 4)

Prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt med unntak av at den forbehandlede hunndelen ikke ble forvarmet og at påføringen av belegget ble etterfulgt av oppvarming som ble utført med første oppvarmingstrinn i 20 minutter ved 100°C, og etter avkjøling til omgivelsestemperatur, med andre oppvarmingstrinn i 30 minutter ved 410°C.

Som vist i tabell 5, i testen for innfesting og løsning, forekom det en svak fastbiting i den første kjøringen. Innfesting og løsning for den andre kjøringen fortsatte etter overflatebearbeiding, men riving forekom i en slik utstrekning at løsning ble umulig, slik at testen ble avsluttet.

Dette resultatet syntes å være forårsaket av temperaturen ved andre oppvarmingstrinn som var for høy, hvorved fordamping av løsemidlet og fuktigheten fra innsiden av det faste smøremiddelbelegget ble utilstrekkelig, og det faste smøremiddelbelegget ble i seg selv mykt og skallet raskt av under innfesting i den første kjøringen.

Claims

1. Gjenget forbindelse for stålrør som omfatter en hanndel (1) og en hunndel (2) som hver har en kontaktflate som inkluderer et gjenget parti (3) og et ugjenget metall-kontaktparti (4), hvori det på kontaktflaten av i det minste den ene av hanndelen og hunndelen er tildannet et fast smøremiddelbelegg som omfatter et smørende pulver valgt fra molybdendisulfid og/eller wolframdisulfid og en harpiks, karakterisert vedat belegget har en hardhet på 70-140 på Rockwell M-skalaen.

2. Gjenget forbindelse ifølge krav 1, hvori kontaktflaten som har det faste smøremiddelbelegget har en overflateruhet på 5-40 nm Rmaks.

3. Gjenget forbindelse ifølge krav 1, hvori et lag av porøst belegg er anordnet mellom det faste smøremiddelbelegget og kontaktflaten.