[发明专利]管螺纹接头

说明书

本申请是申请日为2008年12月02日、申请号为200880126190.4、发明名称为“管螺纹接头”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于连结钢管、尤其是油井管(OCTG)的管螺纹接头、以及其表面处理方法。本发明的管螺纹接头在连结油井管时不需要涂布一直以来在螺纹接头上涂布的复合油脂，能够可靠地发挥优异的耐磨损性(galling resistance)和耐腐蚀性。因此，该管螺纹接头能够避免由复合油脂引起的对地球环境和人体的不良影响。

背景技术

用于挖掘原油、气油的油井挖掘中使用的被称为配管、套管的油井管，通常使用管螺纹接头来进行连结。以往，油井的深度为2000～3000m，但近年来的海上油田等深油井有时会达到或超过8000～10000m。

在使用环境中，油井管连结用的螺纹接头受到由油井管和接头自身的重量引起的轴向拉力的负荷、内外表面压力等复合的压力、以及地热的作用，因而要求即便在这种苛刻的环境下也能够保持气密性而不破损。

用于连结油井管的典型的螺纹接头为销-套盒(pin-box)结构，销为例如具有形成于油井管端部的阳螺纹的接头元件，套盒为例如具有形成于螺纹接头部件(管接头(coupling))的内表面的阴螺纹的接头元件。在被称为高级接头(premium joint)的气密性优异的螺纹接头中，在销的阳螺纹的前端和套盒的阴螺纹的基部分别形成有无螺纹金属接触部。无螺纹金属接触部能够包含形成于销和套盒的圆周面的金属密封面、以及与螺纹接头的轴向大致垂直的扭矩台肩(torque shoulder)面。通过将油井管的一端插入到螺纹接头部件中，并使销的阳螺纹与套盒的阴螺纹紧固，能够使销和套盒的无螺纹金属接触部之间以规定的干涉量抵接而形成金属密封部，从而可确保气密性。

在将配管或套管降至油井的操作中，由于各种问题，有时需要将之前已经连结的接头松开，在将它们提升出油井后，再次进行连结并将其放下。API(美国石油协会)要求耐磨损性，其意思是指即便对配管接头进行10次的、对套管接头进行3次的管组装(紧固)和拆下(松开)，也可保持气密性，而不会产生被称为擦伤(galling)的磨损。

在紧固时，为了提高耐磨损性和气密性，将被称为“复合油脂”的含有重金属粉末的粘稠的液状润滑剂涂布于螺纹接头的接触表面(销与套盒的螺纹部以及无螺纹金属接触部)。在API标准BUL 5A2中规定了这样的复合油脂。另外，复合油脂还可发挥防止所涂布的接触表面产生锈这种耐腐蚀性能。

为了提高该复合油脂的保持性以及改善滑动性，提出了对螺纹接头的接触表面实施氮化处理、包括镀锌和复合镀在内的各种镀覆、以及磷酸盐化学转化处理这样的各种1层或2层以上的表面处理。然而，如下所述，复合油脂的使用存在对环境和人体造成不良影响的危险。

复合油脂含有大量的锌、铅、铜等重金属粉末。在螺纹接头连结时，所涂布的油脂被冲洗掉或溢出到外表面，特别是由于铅等有害重金属可能对环境、特别是海洋生物产生不良影响。另外，复合油脂的涂布操作还会使操作环境恶化，对人体的有害性也令人担忧。

近年来，以1998年生效的关于防止东北大西洋的海洋污染的OSPAR条约(Oslo-Paris条约、OSPAR)为契机，全球规模的对于环境的严格限制进一步发展，在部分地区复合油脂的使用也已经受到了限制。因此，为了在气井或油井的挖掘操作中避免对环境和人体的不良影响，要求在不使用复合油脂的情况下也能够发挥优异的耐磨损性的螺纹接头。

作为复合油脂的其他问题，可列举出，由于含有大量的以石墨为代表的固体润滑剂，因而覆膜并非透明的。管外表面具有螺纹部的销与管内表面具有螺纹部的套盒相比，在搬运中或连结时的故障中更容易受到损伤，因而在连结操作前多检查销的螺纹部有无损伤。在涂布复合油脂的情况下，必须在该检查时洗涤销而冲洗掉复合油脂，并在检查后再次涂布复合油脂。如上所述，该操作对环境有害，且比较麻烦。如果润滑覆膜是透明的，则不需要除去覆膜就能够检查螺纹部有无损伤，能够大幅度减轻检查操作的时间和劳力。