[发明专利]具有改进的高扭矩组装特性的管状螺纹接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种在连接钢管、特别是在连接石油工业管状物时使用的管状螺纹接头。根据本发明的管状螺纹接头可以可靠地具有优异的耐磨损性，而不用涂布以前在组装石油工业管状物时涂布到螺纹接头的诸如合成油脂等的润滑油脂。结果，根据本发明的管状螺纹接头能够避免合成油脂对全球环境和人类的有害影响。另外，即使当以高扭矩组装接头的情况下接头也不容易屈服(yielding)，使得能够在具有足够余量(margin)的情况下实现稳定的金属与金属的密封。

背景技术

利用管状螺纹接头使得用于挖掘原油或柴油的油井的诸如管道和套管等的石油工业管状物被典型地彼此连接。过去，油井的深度为至多2000米-3000米，但是诸如在近海油田等的近来的深井中有时达到8000米-10000米。石油工业管状物的长度典型地在10几米，并且供诸如原油等流体流经的管道的周围由多个套管包围。因此，由螺纹接头连接的石油工业管状物的数量达到了巨大的数量。

用于石油工业管状物的管状螺纹接头在它们使用的环境中承受由石油工业管状物和接头本身的质量产生的呈现轴向张力形式的负荷、承受诸如内压和外压等的复合压力且承受地热。因此，必须使螺纹接头即使在这种严酷的环境中也维持气密性而不会受到损坏。

用于连接石油工业管状物的典型的管状螺纹接头(还被称为专用螺纹接头)具有销-箱结构。作为具有公螺纹的接头部件的销典型地形成在石油工业管状物的两端，作为具有与公螺纹进行螺纹接合的母螺纹的、配合接头部件的箱典型地形成在作为单独构件的联接件的两侧的内表面。如图1所示，密封部在比公螺纹更靠近销的端部侧设置在端面附近的外周面上，并且密封部设置在箱的母螺纹的基部的内周面上，而肩部(也称为扭矩肩部)设置在销的端部的端面上且在箱的对应的最远部上。销和箱的密封部和肩部构成管状螺纹接头的无螺纹金属接触部，而销和箱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。以下列出的专利文献1示出了这种专用螺纹接头的示例。

当对这种管状螺纹接头进行组装时，将石油工业管状物(销)的一端插入联接件(箱)中，使公螺纹和母螺纹拧紧直到销和箱的肩部彼此接触且以适当的扭矩干涉。结果，销和箱的密封部彼此紧密地接触并形成金属与金属的密封，由此确保了螺纹接头的气密性。

由于在将管道或套管降入油井中时的各种问题，之前组装的管接头有时会脱离，将接头从油井升起，重新组装该接头，然后将接头再次降入井中。API(美国石油协会)要求即使在对管道的接头进行10次组装和拆开和对套管的接头进行3次组装和拆开的情况下也维持耐磨损性和气密性，使得不会发生被称作磨损的不可再维修的严重的咬合问题。

为了提高耐磨损性和气密性，每次进行组装之前事先将包含重金属粉末的且被称为合成油脂的粘性液体润滑剂(润滑油脂)涂布到螺纹接头的接触面。由API BUL 5A2规定这种合成油脂。

为了提高合成油脂的保持性且改善其滑动特性的目的，已经提出了使螺纹接头的接触面经受诸如氮化处理、诸如锌镀或复合镀等的各种镀覆、以及磷酸盐化学转化处理等的各种表面处理以在接触面上形成一个或多个层。然而，如下所述，合成油脂的使用增加了对环境和人类的有害影响的关心。

合成油脂包含诸如锌粉末、铅粉末或铜粉末等的大量重金属粉末。在螺纹接头组装时，涂布的油脂被洗掉或挤出到外表面，尤其是由于诸如铅等的有害重金属，存在对环境的有害影响、特别是对海洋生命的有害影响的可能性。另外，涂布合成油脂的过程使得操作环境和操作效率恶化，可能导致对人类的危害。

作为1998年制定的以防止东北大西洋的海洋污染为目标的OSPAR公约(奥斯陆-巴黎公约)的结果，近年来，在全球范围内制定了严格的环境限制，并且在一些区域中，已经控制合成油脂的使用。因此，为了避免在挖掘气井和油井过程中对环境和人类的有害影响，发展出对不使用合成油脂就能够具有优异的耐磨损性的螺纹接头的需要。

作为不涂布合成油脂的能够用于连接石油工业管状物的螺纹接头，本申请人在以下列出的专利文献2中提出了其上形成有粘性液体或半固体润滑覆膜的用于钢管的螺纹接头，并且在以下列出的专利文献3中，提出了其上形成有固体润滑覆膜的用于钢管的螺纹接头。