[发明专利]具有高和低摩擦涂层的螺纹连接件

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺纹连接件，尤其适用于连接管段以形成在油 气提取行业中采用的管柱，所述螺纹连接件具有封盖螺纹的表面涂 层以加强扭转连接强度。

背景技术

在石油勘探和提取过程中，通常的做法是采用工业用长度的金 属管组成管柱，所述管柱的长度足以达到油气储层或池所处的深度。 储层深度不断增加，因此连接件必须以这样的方式进行设计，即它 们可以承受更高的负荷和应力，同时确保良好的密封性能。

通过对销和套管所有负荷承载表面也就是螺纹侧面、邻接肩部 等的适当设计，使它们在连接件的期望操作所处的所有负荷范围下 以适当的结构和尺寸干涉保持相互接触，从而实现螺纹连接件性能 的提高。这取决于所施加的转矩强度，由此转矩强度由屈服转矩值 与肩部转矩值之间的差值决定。

然而，设置太高，干涉对上紧操作是不利的，因为这会导致连 接件的卡死或磨损。一直努力在具有低上紧转矩与具有高屈服转矩 之间达到很好的平衡，这是用于承受高负荷并具有良好密封性能的 状态。

另外，为了避免在上紧过程中出现卡死，本领域现有技术通常 采用流体润滑剂例如润滑脂或涂布油。

还努力提高屈服转矩极限，这一直是本技术领域研究的重要方 面。通常通过修改连接件设计来提高屈服极限(Y.T.)，但目前已 经接近涂有涂布油的连接件的技术极限。

采用涂布油又具有缺陷并优选避免采用。采用涂布油所具有的 危险包括：灰尘积留；因手动操作而导致涂布油分布不均匀。这样 还会导致过度涂敷在连接件的全部或部分上；以及在油田不利的环 境条件下必须对连接件实施清洁。

因此，为了降低成本并改进操作，已经研制了用于连接件的无 涂布油溶液并使用多年。无涂布油溶液已经获得很好的扭转强度， 但在一些情况下它们存在缺陷，因为上紧转矩会达到很高值。在这 种情况下，通常通过添加油或杂质降低用于连接件的无涂布油溶液 的上紧转矩，因而部分或全部损失无涂布油技术的优势并导致同样 降低屈服转矩值和使连接件承受超转矩的危险。

已经在几个专利例如US4,414,247、US6,027,145和US4,692,988 中公开了用于连接件的无涂布油溶液。它们在连接件表面的所有点 上采用单层防卡死涂层代替具有相同摩擦系数的涂布油。还必须为 这种连接件选定适当的摩擦值，因为摩擦系数的增加提高了屈服转 矩值，还提高肩部转矩，而摩擦系数的降低允许利用与已知涂有涂 布油的连接件类似的肩部转矩值完成上紧，但降低了其屈服转矩值。 两种情况下的结果都是转矩值低且不符合要求。

发明内容

本发明的主要目的是通过一种用于管的螺纹连接件消除上述缺 陷，所述螺纹连接件通过提供非常高的转矩值而具有良好的上紧特 性并获得高结构性能。本发明的另一目的是提供一种螺纹连接件， 该螺纹连接件还在最广泛的环境和操作条件范围内具有良好的耐磨 性，从而即使在连接件经过几次上紧和打开操作之后也可以确保最 佳性能。

从下文描述中将会显而易见地了解到上述以及其它目的，根据 本发明这些目的通过一种用于管的螺纹连接件实现，其包括销元件 和套管元件，销元件具有适于与套管元件的螺纹匹配的螺纹，销元 件和套管元件各自的螺纹形式由布置在包含连接件纵向轴线(X)的 横截面上的螺纹型面限定，其中螺纹表面具有涂层，所述涂层包括 布置在销元件整个表面上的第一层，布置在销元件或套管元件中任 何一个的整个表面的特定部分上的第二层，或者所述涂层包括布置 在套管元件整个表面上的第一层，布置在销元件或套管元件中任何 一个的整个表面的特定部分上的第二层。

在第一方面，涂层包括布置在销或套管元件的整个表面上并具 有高摩擦和防卡死性能的第一层，布置在销或套管元件中任意一个 的整个表面的特定部分上并具有低摩擦性能的第二层。

优选地，在特定部分布置具有低摩擦性能的第二层所处的销或 套管元件中任意一个的整个表面是那些适于产生相互径向接触的表 面。

更优选地，具有低摩擦性能的第二层所处的销或套管元件中任 意一个的表面部分是那些适于在上紧过程中产生相互径向接触直至 承受轴向接触压力负荷的表面邻接(如肩部)的那些部分。

更优选地，适于产生相互径向接触的部分是套管元件上的牙顶， 销元件上的根部以及金属间密封。

本发明连接件的主要优点如下：