[发明专利]摩擦系数适于管式螺纹接头组件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油应用的管式螺纹接头的组件，更具体地说涉及包含上扣接合部的管式螺纹接头组件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”是指拟通过螺纹连接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。该组件可以是例如长度相对长(特别是约十米长)的管、数十厘米长的管式套管、用于这些管的附件(悬架、四通、安全阀、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、套管柱或衬垫柱或生产管柱(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，因此它们在离开生产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和卸扣操作。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(或紧固)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：第一部分P1，其中管式螺纹接头的第一组件的阳螺纹元件(或“销”)的外螺纹尚未在径向上涉及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”)；第二部分P2，其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(过盈)，其随着上扣操作的继续而增大(产生小但却不断增大的上扣转矩)；第三部分P3，其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；第四部分P4，其中阳螺纹元件的前端表面与阴螺纹元件上扣接合部的环形表面轴向对接。第四部分P4对应于上扣的最终阶段。

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，认为阳上扣接合部(阳螺纹元件的端部)和/或阴上扣接合部(位于阴螺纹元件的环形接合表面之后的区域)发生塑性形变，这可使密封面之间的接触密封性能的劣化。塑化转矩CP与台肩转矩CAB的值之差称为台肩抵抗转矩CSB(CSB＝CP-CAB)。

管式螺纹接头在上扣结束时经受优化的紧固，其标志螺纹装配的优化的机械强度——例如就张力和使用情况下的偶然卸扣而言——以及优化的密封性能。因而螺纹接头的设计者必须对于给定类型的螺纹接头限定优化的上扣转矩值，该优化的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的转矩下终止上扣不能确保阳元件和阴元件的正确相对定位以及进而它们的密封面的合适紧固。由于台肩转矩CAB的有效值取决于阳密封面和阴密封面和螺纹的有效直径，因此其随着相同类型接头的部件不同而显著波动，并且优化的上扣转矩应当显著大于台肩转矩CAB。因此，台肩抵抗转矩CSB的值越大，则限定优化的上扣转矩的余地越大并且螺纹接头越能经受操作中的应力。

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，螺纹传统上不含保护油脂而涂布有专用的上扣油脂例如API RP 5A3(以前是API Bull.5A2)油脂。除了需要在井口进行二次涂布的缺点以外，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，已提出用单涂布代替用油脂进行的两个相继的涂布，该单涂布使用具有糊状或蜡质稠度(称为半干)的润滑剂薄层在螺纹元件的生产车间中实施，所述润滑剂包含至少一种具有化学作用的极压添加剂。该薄层构成半干涂层，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。

其它提议是用各种固态保护涂层代替油脂，该固态保护涂层在螺纹元件生产车间中涂覆，所述固态保护涂层包含附着到基材上的固体基体，所述固体基体中分散有固体润滑剂的颗粒；更特别地，可以提及二硫化钼MoS₂。

WO-2006/104251公开了包含粘性润滑层的上扣接头，所述粘性润滑层用干固体膜覆盖。该膜不是润滑性的。该润滑层不是固态。

在申请日未公开的法国专利申请0702634涉及一种润滑组合物，该组合物包含分散于基体中的制动添加剂，选择该添加剂以提供具有摩擦系数作为润滑的补充的组合物，选择该摩擦系数以获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩。

发明内容