[发明专利]摩擦系数适于管式螺纹接头的组件中的螺纹元件的润滑组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于例如石油领域的管式螺纹接头的组件，更具体地说， 本发明涉及包含螺丝接合部的管式螺纹接头的组件中的螺纹元件部分的润 滑。

背景技术

本文中所使用的术语“组件”是指拟通过螺纹装配到另一组件以与该 其它组件构成管式螺纹接头的任何元件或附件。组件可以是例如长度相对 长(特别是约十几米长)的管、数十厘米长的管式套管、用于这些管的附 件(悬起设备或悬架、零件更换件或四通、安全阀、钻杆连接器或工具接 头等)。

这种组件可用于例如钻井或井作业。在这种情况下，将各组件装配在 一起，以降到烃井或类似的井中，并且构成钻杆柱、套管柱、衬垫柱、或 生产管柱(作业柱)。

在组件(管或套管)末端制成的螺纹元件必须首先受到保护以防止在 运输和井场存储期间腐蚀，因此它们在离开制造车间时传统上涂布有保护 油或油脂。

在井中，它们可能不得不经历多个上扣(紧固)和卸扣(拧松)操作。 上扣操作由分布图(或曲线)定义，该分布图表达了随着所进行的旋转圈 数变化的上扣转矩。对应于具有锥形螺纹的高级螺纹接头的上扣转矩分布 图的实例图示于图1中。可以看出，上扣转矩分布图可大体分为四个部分。 在第一部分P1中，管式螺纹接头的第一组件的阳螺纹元件(或“销”)的 外螺纹尚未涉及与同一管式螺纹接头的第二组件的相应阴螺纹元件的内螺 纹(或“母螺纹”)的任何径向紧固(过盈配合)。在第二部分P2中，阳 螺纹元件和阴螺纹元件螺纹的几何过盈产生径向紧固，其随着上扣操作的 进行而成比例地增大(产生小但却不断增大的上扣转矩)。在第三部分P3 中，阳螺纹元件端部外周处的密封面与阴螺纹元件相应的密封面径向过盈， 从而产生金属/金属密封。在第四部分P4，阳螺纹元件的前端表面与阴螺纹 元件螺丝接合部的环形表面轴向对接。第四部分P4对应于最终的上扣阶段。

对应于第三部分P3结束和第四部分P4开始时的上扣转矩CAB称为台 肩转矩。对应于第四部分P4结束时的上扣转矩CP称为塑化转矩。超过塑 化转矩CP时，认为阳螺丝接合部(阳螺纹元件的端部)和/或阴螺丝接合 部(设置在阴螺纹元件的环形接合表面之后的区域)是塑性形变体，这可 引起密封面之间接触的密封性能的劣化。塑化转矩CP与台肩转矩CAB的值 之差称为台肩抵抗转矩并记为CSB(CSB＝CP-CAB)。

管式螺纹接头在上扣结束时是最佳紧固体，其标志最佳机械强度的螺 纹装配——例如就张力和使用情况下的偶然卸扣而言——以及最佳密封性 能。因而促使螺纹接头的设计者对于给定类型的螺纹接头限定最佳上扣转 矩值，该最佳上扣转矩值对于该类型接头的所有部件而言，都必须低于塑 化转矩CP(以避免接合部的塑化以及由此导致的缺点)并高于台肩转矩CAB。 在低于CAB的转矩下终止上扣实际上不能确保阳元件和阴元件的准确相对 定位以及进而它们彼此抵对的密封面的合适紧固。由于台肩转矩CAB的有 效值取决于阳元件和阴元件的螺纹有效直径和密封面，因此其随着相同类 型接头的部件不同而显著波动，并且适宜的是最佳上扣转矩显著大于台肩 转矩CAB。因此，台肩抵抗转矩CSB的值越大，则限定最佳上扣转矩可有的 余地越大并且螺纹接头越能经受操作中出现的力。

为了保护敏感部分例如螺纹，以免在上扣和卸扣操作过程中粘扣，螺 纹传统上除去保护油脂而涂布有专用的上扣油脂例如符合API RP 5A3(以 前是API Bull.5A2)的油脂。除了需要在井中进行二次涂布操作的缺点以 外，这种载有重金属和/或有毒金属、例如铅的油脂的使用还具有引起井和 环境污染的缺点，因为过量的油脂在上扣期间从螺纹排出。

已经提出了其它类型的保护。

因而US 6933264提出用单涂布代替用油脂进行的两个连续的涂布， 该单涂布使用单层糊状或蜡质稠度(称为半干)的润滑剂在制造螺纹元件 的车间中实施，所述润滑剂包含至少一种具有化学作用的极压添加剂。所 述薄层构成半干涂层，其具有以下缺点：需要机械保护以防止在运输和存 储期间受到灰尘或砂颗粒的污染。