[发明专利]具有改善的高扭矩性能的管状螺纹接头

说明书

技术领域

本发明涉及用于连接钢管并特别是油井管的管状螺纹接头，并且涉及其表面处理方法。每次当进行油井管的组装时，根据本发明的管状螺纹接头在不涂布润滑油脂例如事先已涂布到螺纹接头的化合物油脂的情况下可靠地显示优异的耐磨损性。因此，根据本发明的管状螺纹接头可避免由化合物油脂引起的对全球环境和人的不良影响。另外，即使在高扭矩下进行组装也不易于产生接缝(joint)，由此使得可以实现具有充分操作空间的稳定的金属-至-金属密封。

背景技术

在用于开采原油或汽油的油井的挖掘中使用的油井管例如配管(tubing)和套管(casing)通常使用管状螺纹接头将彼此连接(组装)。过去，油井的深度为2,000-3,000米，但是近年来在深井例如海洋油田等中，深度有时达到8,000-10,000米以上。油井管的长度典型地为10多米，并且流体例如原油流过的配管被多个套管所包围。因此，由螺纹接头连接的油井管的数量达到庞大数量。

由于油井管用管状螺纹接头在其使用环境中受到由油井管及其接头的质量引起的轴向拉伸力形式的负荷、内外压力等复合压力以及地热的影响，它们需要即使在这样苛刻环境中也保持气密性而不受损害。

在连接油井管中使用的典型的管状螺纹接头(也称为特殊螺纹接头)具有销-套盒结构。作为具有阳(外部)螺纹的接头组件的销典型地形成于油井管两端的外表面上，而作为具有与阳螺纹啮合的阴(内部)螺纹的对应接头组件的套盒典型地形成于作为单独构件的管接头(coupling)两端的内表面上。如图1所示，销在销顶端具有形成于端面上的台肩(shoulder)部(也称为扭矩台肩(torque shoulder))以及形成于端面和阳螺纹之间的密封部。相应地，套盒具有位于阴螺纹后方并分别适于接触销的密封部和台肩部的密封部和台肩部。销和套盒的密封部和台肩部构成管状螺纹接头的无螺纹金属接触部，并且销和套盒的无螺纹金属接触部和螺纹部构成管状螺纹接头的接触面。下述专利文献1公开了此类特殊螺纹接头的实例。

为了进行该管状螺纹接头的组装，油井管一端(销)插入到管接头(套盒)中，并且将阳螺纹和阴螺纹紧固直至销和套盒的台肩部彼此接触并以适当的扭矩干预。结果，销和套盒的密封部彼此密切接触以形成确保螺纹接头气密性的金属-至-金属密封。

由于在将配管或套管下降到油井过程期间发生各种问题，有时需要将已组装的螺纹接头松开，从油井提升接头，重新紧固，并再次将其下降入井中。API(美国石油协会)对耐磨损性的要求是这样的：即使在配管的接头上进行紧固(组装)和松开(拆开)10次在套管接头上进行3次，也不发生称为磨损(galling)的不可修复的咬紧(seizing)并保持气密性。

为了增加耐磨损性和气密性，在每次进行组装时，事先将称为复合油脂或涂布漆(dope)并包含重金属粉末的粘性液体润滑剂(润滑油脂)涂布于螺纹接头的接触面。此类复合油脂由API BUL5A2规定。

为了增加复合油脂的保持性并改善滑动性的目的，已提出使螺纹接头的接触面进行各种类型的表面处理以形成一层以上的层，例如氮化物处理，包括锌系镀和分散镀的各种类型的镀覆，和磷酸盐化学转化处理(chemical conversion treatment)。然而，如下所述，复合油脂的使用对环境和人可具有不良影响。

复合油脂包含大量重金属例如锌、铅和铜的粉末。在组装螺纹接头时，涂布的油脂被洗掉或溢出到外表面，并且其可具有特别是由于有害重金属例如铅引起的对环境并特别是对海洋生物的不良影响。另外，涂布复合油脂的工艺使工作环境和工作效率恶化，并还有危害人类的顾虑。

近年来，1998年目的在于防止东北大西洋海洋污染的OSPAR公约(奥斯陆-巴黎(Oslo-Paris)公约)颁布，作为其结果，在全球范围内正在制定严格的环境条例，并且某些地区，已限制了复合油脂的使用。因此，为了避免在气井和油井开采过程中对环境和人的有害影响，已需要开发可显示优异的耐磨损性而不使用复合油脂的螺纹接头。

作为可用于连接油井管而不涂布复合油脂的螺纹接头，在专利文献2中本申请人提出了具有粘性液体或半固体润滑涂层的钢管用螺纹接头，并且在专利文献3中提出了具有固体润滑涂层的钢管用螺纹接头。

专利文献1:JP5-87275A

专利文献2:JP2002-173692A

专利文献3:WO2009/072486

发明内容