[发明专利]钢管用螺纹接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢管用螺纹接头，特别涉及一种用于使油井管材彼此连接的螺纹接头。更特别地，本发明涉及一种该螺纹接头的表面处理。 

根据本发明的钢管用螺纹接头无需涂布在使用螺纹接头连接油井管材时已经被涂布到螺纹接头并且含有大量有害重金属粉末的复合脂就能够可靠地发挥优异的耐擦伤性(gallingresistance)。因此，根据本发明的钢管用螺纹接头能避免使用复合脂对全球环境和人体的不利影响。 

背景技术

油井管材(简称为OCTG)是用于挖掘油井以采掘原油或柴油(gas oil)的油管(tubing)和套管(casing)。通常使用螺纹接头来彼此连接油井管材。过去，油井的深度是2,000～3,000米，但是在近年来的深海油田中，油井的深度可以达到8,000～10,000米。 

在使用环境下，用于OCTG的螺纹接头受到由OCTG和连接到OCTG的接头的重量所引起的轴向张力形式的载荷、内外压力的复合压力以及地下热。因此，螺纹接头即使在这种严格的环境中也必须保持气密性连接，而不能破损。 

用于连接OCTG的典型螺纹接头具有销-箱(box)结构，该结构包括形成在油井管材的各端部(销)的外表面上的外螺纹以及形成在联接件(螺纹连接构件)的内表面(箱)上的内螺纹。在销的外螺纹的前端侧和箱的内螺纹的内侧形成无螺纹金属与金属接触部。通过将油井管材的一端插入到联接件中并 且拧紧外螺纹和内螺纹，使销和箱的无螺纹金属与金属接触部彼此紧密接触，以形成金属与金属密封，由此实现接头的气密性。从而，销和箱中的每一方在其螺纹部和无螺纹金属与金属接触部中具有接触面。 

在将油管或者套管下放到油井中的操作过程中，由于各种问题，存在如下情况：在将油管或者套管暂时从油井中升起之后，先前已经被拧紧的螺纹接头松开，然后，在将油管或者套管下放之前再次拧紧接头。API(美国石油协会，the AmericanPetroleum Institute)要求用于OCTG的螺纹接头具有足够的耐擦伤性，从而可以在不产生擦伤(不可修复的严重卡死)同时保持气密性的情况下，对油管用接头进行10次拧紧(组装)和松开(分开)，对套管用接头进行三次拧紧(组装)和松开(分开)。 

当拧紧螺纹接头时，为了增加螺纹接头的耐擦伤性和气密性，将被称为“复合脂”的含有大量重金属粉末的粘性液体润滑剂涂布到接头的接触面(即，螺纹部和无螺纹金属与金属接触部)。这种复合脂由API BUL 5A2规定。复合脂还具有防止表面生锈的效果。 

为了增加由螺纹接头保持复合脂的保持性以及提高接头的滑动性的目的，已经提出了对螺纹接头的接触面进行从氮化处理、如锌基镀覆和分散镀覆等各种类型的镀覆、磷酸盐化学转化处理等中选择的表面处理，以形成具有增大的表面粗糙度的一个层或者多个层。然而，如下所述，担心复合脂的使用对环境和人体产生不利影响。 

为了使复合脂具有足够的润滑性和耐腐蚀性，复合脂含有大量的如铅、锌和铜等重金属粉末。当拧紧已经涂布了复合脂的螺纹接头时，被涂布的复合脂被冲掉或者被挤出到接头的外 部，由于复合脂的如铅等有害的重金属成分，复合脂可能对环境特别是对海洋生物产生不利影响。另外，涂布复合脂的过程恶化了工作环境，并且还存在由于有害成分对人体产生有害影响的担忧。 

由于关于防止东北大西洋的海洋污染的OSPAR公约(奥斯陆-巴黎公约)在1998年生效，因此，严格的环境限制正以全球规模增加，并且在一些区域中，已经开始限制复合脂的使用。因此，为了避免在天然气井以及油井的挖掘中对环境和人体产生不利影响，对螺纹接头提出了无需涂布复合脂就能够发挥优异的耐擦伤性的要求。 

作为无需涂布复合脂就能用于连接OCTG的螺纹接头，例如，下面列举的专利文献1公开了一种钢管用接头，该接头具有由表面处理形成的包括最下面的氮化层、由磷酸锰盐处理形成的中间化学转化层、以及最上面的固体润滑覆层的至少三层。尽管目的与本发明完全不同，但是，下面列举的专利文献2公开了OCTG用螺纹接头，该螺纹接头具有镀有如Cu、Zn、Sn或者Pb等软质金属的下部镀覆层以及镀有如Cr、Mo或者W等硬质金属的上部镀覆层，而下面列举的专利文献3公开了OCTG用螺纹接头，该螺纹接头具有下部覆层和上部覆层，该下部覆层由如Ni等具有比接头的使用温度高的熔点的材料制成，该上部覆层由如Sn等具有比接头的使用温度低的熔点的材料制成。 

文献列表： 

专利文献1：日本特开平08-105582号公报 

专利文献2：日本特开昭60-022695号公报