[发明专利]抗磨损钻杆工具接头和相应的钻杆

说明书

钻杆工具接头包括：销，其包括在外表面处的阳螺纹部分；和销套，其包括在内表面处的阴螺纹部分，所述阴螺纹部分在由阳螺纹接触表面和阴螺纹接触表面构成的接触区域内旋拧和紧固到阳螺纹部分，其中阳螺纹接触表面的至少一部分或阴螺纹接触表面的一部分是由硬质金属构成的表面层，以及相应的阴螺纹接触表面的至少一部分或阳螺纹接触表面的一部分是由软质材料构成的表面层，并且其中所述两个表面部分在旋拧后是接触表面。

技术领域

本发明涉及一种钻杆工具接头和相应的钻杆，更具体地涉及这样的一种钻杆工具接头和相应的钻杆，其中其具有针对重复组装/拆卸(make-up/break-out)操作的优化的表面硬度，以便当针对石油、天然气、页岩气、地热等钻井中使用的钻杆旋拧到一起时无需使用螺杆润滑脂(screw grease)，由此是环境友好的并且提高工作效率。

背景技术

针对石油、天然气等钻井中使用的钻杆通过工具接头连接。为了使得工具接头传递在钻井过程中所需的高扭矩，工具接头的外径部分形成为大于杆体的外径，而工具接头的内径部分形成为小于杆体的内径。为此目的，通常而言，在将工具接头的销(pin)和销套(box)结合过程中的组装扭矩值需要几倍于针对在用于生产石油、天然气等的井中使用的套管(casing)或管件(tubing)的组装转矩值。

另一方面，对于针对在用于生产的井中使用的套管或管件的螺纹接头的销和销套的组装/拆卸操作的次数而言，装拆次数(triping)不能太多。因此，对于耐磨损(耐磨痕)评估试验而言，国际标准化组织标准ISO 13679限定在对于在套管中的组装/拆卸操作的2倍而言以及对于在管件中的组装/拆卸操作的9倍而言的性能评估中的接受/拒绝判定。然而，钻杆需要根据每种类型的钻探条件(诸如地质地层、井的斜度、深度等)更换钻头。此外，还没有对于钻杆的ISO标准限定，但抗磨损性预计将不少于25次装拆，以及更优选不少于50次装拆。

对于套管或管件而言，将润滑脂(或涂布液)施加到螺纹接头的销和销套上用于抗磨损，并且还采用诸如镀层的表面处理(参见此后的专利文献1至7)。然而，由于工具接头的清洁造成的散布，由于涂层造成的在井底上的过多润滑脂的沉积、在工作场所中的钻机污染排放等会对环境产生不利影响。因此，出于环境的考虑，不使用现有的螺杆润滑脂的替代性的表面涂层处理(所谓的“无油脂”或“无涂布液”，即，没有润滑脂(也没有涂布液)施加到螺纹接头的销和销套上)最近已投入实际使用。

已经确定下列文献涉及到所述技术领域：

专利文献引用清单

专利文献1：WO2003-060198

专利文献2：WO2005-098300

专利文献3：WO2007-026970

专利文献4：WO2008-108263

专利文献5：JP-A-2003-074763

专利文献6：美国专利No.4758025

专利文献7：美国专利No.4468309

专利文献1公开了一种管状构件，其中销和销套中的至少一个涂覆有铜和锡的合金，所述合金含有重量百分比为20％至80％的铜。

专利文献2公开了一种用于钢管的螺纹接头，其中销和销套中的至少一个在其表面处设有包括粘结剂、铜粉末和润滑性粉末的固体润滑剂涂层，以及销和销套中的另一个涂覆有锌或锌合金涂层。

专利文献3公开了一种用于钢管的螺纹接头，其中在销和销套中的至少一个上形成Sn-Bi合金镀层或Sn-Bi-Cu合金镀层。