[发明专利]一种石油钻杆用减摩涂料及其生产方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于减摩材料技术领域，具体涉及一种石油钻杆用减摩涂料及 其生产方法和应用。

背景技术

石油钻杆是用于传递动力、输送泥浆的主要工具，作用尤其重要。石 油钻杆常处于交变应力并且在与井壁摩擦碰撞的恶劣条件下工作，往往成 为整个钻井设备与工具中最薄弱的环节，由裂纹发展至穿孔或完全断裂的 现象时有发生。钻柱裂纹成核、扩展、刺漏等事故及断裂的控制是确保钻 杆在钻井中运行安全的重要措施。

引起石油钻杆螺纹出现粘扣现象的常见原因如下：(1)螺纹损伤原 因。使用钻杆时常会造成螺纹出现磕碰变形等损伤，上扣时螺纹变形部位 将可能受到高切向应力与压应力的影响，在上扣操作完成后螺纹就会出现 塑性变形现象，变形后螺纹凸出部分极容易出现粘扣问题。(2)螺纹参 数原因。重新对部分螺纹进行车丝扣时基本参数，如锥度、牙高、紧密距 或螺距等超出了规定的公差范围，将会导致压应力不断增大，并由此引起 螺纹过早粘扣。(3)上扣原因。如在上扣时对接不当，将会导致对接螺 纹之间出现倾斜角；倾斜角出现后旋合内外螺纹时就会出现错扣与粘扣问 题。上扣速度过快会导致摩擦界面的金属出现软化现象，因此就会造成母 扣、公扣粘着，粘扣现象也就因此发生。此外，如螺纹脂的涂抹不均、钻 杆退磁及消磁不彻底等也会引起粘扣。

对钻杆螺纹表面进行处理是预防粘扣现象出现的重要途径。目前钻杆 螺纹的表面处理技术主要包括以下两种：(1)渗氮技术。通过加热使氮 元素分解为可以被钢铁表面所吸收的氮原子，钢铁吸收氮原子后，就会在 表面形成厚度为5μm～50μm的氮化物，如(Cr、Mn)3N及CrN等。氮 化层不但具有良好的耐腐蚀性及抗疲劳性，同时还能够充分发挥抗粘着作 用。例如，先对J55油管的外壁及内壁进行除锈处理，随后将真空型氮化 炉放入油管当中进行氮化处理，处理时间为8h左右，取出氮化炉后便可 以上扣与卸扣。实践证明，采用渗氮技术后，上卸扣9次之内均可以避免 发生粘扣问题，同时还能够有效减少磨损现象。(2)镀锌技术。镀锌技 术已经被广泛应用于金属防腐处理，在对螺纹表面进行处理时可以考虑选 用氰化镀锌工艺，以增强镀液的覆盖能力与分散性能。实践证明，当镀层 的厚度＞30μm时，能够有效防止螺纹出现粘扣现象。需要注意的是，在 应用镀锌表面处理技术时需要克服镀锌层熔点较低、脆性较大等缺陷，将 419.5℃发热熔点尽量提升至450℃以上。此外，由于镀锌层在上扣卸扣时 可能会被剥落，因此要及时对剥落物进行处理，以免对环境造成污染。

螺纹脂是连接螺纹时所使用的一种必需物质，实践证明应用螺纹脂不 但可以使钻杆螺纹密实性及润滑性得以增强，同时还能够避免螺纹出现过 度上紧的问题，因此在实际工作中应用螺纹脂可以有效预防粘扣现象的发 生。为了确保螺纹脂充分发挥防粘扣作用，应注意做好以下工作：(1) 在进行对扣前要对丝扣进行处理。即利用毛刷及清水将丝扣表面存在的如 泥浆等污垢的清除，随后再将螺纹脂均匀涂于丝扣表面。(2)优化选择 螺纹脂。如石油钻杆在工作状态下面临高扭力负荷，则应选择含有少量软 金属的螺纹脂，如锌基螺纹脂等，以避免因分离油膜遭到破坏而导致螺纹 脂被挤出。锌基螺纹脂中细锌粉的质量比为40％～60％，当钻杆螺纹受到 接触压力的强烈挤压时，细锌粉就会不断聚结成少量固体颗粒。固体颗粒 可以密封泄漏管道，并同时使钻杆螺纹表面接触状态得以改变，当齿面接 触应力得以降低时就可以有效预防粘扣。(3)严格控制在APIBULL5A2 标准下生产或制作的螺纹脂。如石油钻杆在工作时承受的扭力较低，则可 以使用此类螺纹脂，如扭力较大，则不适用，以免因紧扣扭矩过小而引起 钻杆事故。