[发明专利]具有改进的密封性、润滑性和耐腐蚀性的接头

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年7月20日提交的题为“具有表面处理的螺纹接头”的美国临时专利申请61/365,952号、2010年7月26日提交的题为“用于螺纹连接的涂层”的美国临时专利申请61/367,822号、2010年7月28日提交的题为“用于螺纹连接的表面处理”的美国临时专利申请61/368,400号和2011年10月18日提交的题为“具有表面处理的管状接头的扭矩位置上扣”的美国临时专利申请61/394,311的优先权的利益。本申请还涉及2011年7月20日提交的题为“具有改进的密封性、润滑性和耐蚀性的接头”的美国专利申请。这些申请的每个的全部通过参考结合于此，并应当认为是本说明书的一部分。

技术领域

本发明的实施方式涉及螺纹接头的组装和这样组装的接头。在某些实施方式中，本发明涉及用于螺纹连接组装的螺纹公差、位置控制和涂层的组合，所述螺纹连接用于连接油气应用中的管。

背景技术

在油田中，普遍的实践是采用金属管从地下储集层或油气藏抽取油或气。抽取可以包括钻井到地下以及井的内空型(internal casement)。空型为井提供结构稳定性，抑制井的坍塌，并可以采用相对大直径的金属管柱进行，该金属管柱称为套管。在井已经钻进到期望的深度而空型已经设置到位之后，较小直径的金属管柱也可以设置在井中。这些较小的管，称为油管，可以将气态或液态烃泵送到表面。形成油管的较小的管连接在柱中以在长度上延伸，该长度足以达到抽取的深度。套管柱和油管柱都可以由采用螺纹接头连接在一起的管段而形成。

在套管或油管的组装过程中，滑动接触的管的螺纹和其他表面可能经受擦伤。擦伤指滑动固体之间的接触引起的表面损坏(例如粘附磨损)，其通过局部粗糙和产生高于原始表面的突起而进行区分。例如，出现在各个滑动表面上的粗糙处可能经历高压，增加温度和粗糙处接触区域内的粘附力。通过持续的接触，表面之间的材料传递可能发生，传递的材料可能生长为突起。如果传递材料的突起生长为足够大的高度(例如几微米)，突起可能引起相对表面的损坏。而且，表面可能经历进一步前进所需的粘附力和摩擦力的增加。

在管的组装过程中，在螺纹连接的公元件和母元件的螺纹表面上采用润滑剂或润滑脂是普遍的实践，以抑制擦伤。润滑脂或润滑剂也通过在连接组装时填充在各个管螺纹的牙顶和牙底之间的空间而扮演重要角色，堵塞可能的泄漏路径(参见例如图1)。润滑剂可以包括小颗粒的重金属，例如Pb或Cu。

然而润滑剂的采用具有显著的缺点。特别地，高浓度的重金属可能在人体和动物体中导致重金属的累积，引起严重的疾病。而且，出现在润滑剂中的重金属可能污染土壤、地下水和海洋水，导致环境威胁。而且，由于这些威胁，禁止排放重金属的严格规范使得在采用润滑剂时必须警惕，增加了采用润滑剂的成本。

除了上述问题，采用润滑剂还需要例如在使用过程中现场清洗和对螺纹连接加润滑剂这样的操作。这些操作是昂贵和费时的，因为它们是劳动密集的。此外，这些操作可能将人员暴露于安全风险中，因为他们需要暴露以移动管，且经常在有害环境中发生。

采用润滑剂时遭遇的其他问题可以包括“润滑剂不足”或“润滑剂过量”。在润滑剂不足时，不充足的润滑剂提供到螺纹连接上，和/或润滑剂不能分布在螺纹连接的表面上。结果，擦伤的可能性在润滑剂不足区域内增加。

虽然施加过量的润滑剂可能解决润滑剂不足的问题，该方法存在润滑剂过量的风险，即放置太多的润滑剂在接头螺纹上的情况。润滑剂过量可能产生这样的状况，在接头的组装过程中，过量的润滑剂不能够通过管段的螺纹部的端部排出。滞留的润滑剂可能在螺纹连接内产生高压，导致螺纹部中的管段的塑性变形。在极端情形下，该塑性变形可能引起接头的公元件的坍塌，致使接头失效，并需要替换管段和/或套筒。

而且，尽管已经开发出润滑剂以用填料替代重金属，这些润滑剂仍存在问题。在一个例子中，没有用于这些填料的标准。这样，高摩擦可变性和摩擦学性能可以在不同私有制造商配方中观察到。该可变性是不期望的，因为这可能导致每个品牌的润滑剂之间存在接头性能的不确定性。

发明内容