專利名稱：表面處理的螺紋管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一螺紋管，尤其適合形成一螺紋接頭以連接應用在石油和天然氣開采工業中的管段成管線，為螺紋部分提供表面保護以增加它的抗腐蝕性和耐磨損性。此外，本發明涉及制備螺紋管具有干的表面保護層以提高其抗腐蝕和耐磨損性的工藝。
背景技術：
在油田使用預先確定長度的金屬管，連接以形成管線達到開采的石油或天然氣儲藏區是很普遍的。
開采技術需要在鉆探過程中逐漸勘測井的內部，這是用金屬管進行的，也稱為油井勘探。一旦達到希望的深度，放入一根更小直徑的金屬管線，稱為管道，以泵出氣態或液態的碳氫化合物到地面。勘探和管道線是由管段用螺紋接頭連接在一起形成的。
裝配操作中主要的問題是螺紋和滑動接觸的其它管表面發生磨損。通常在陽螺紋和陰螺紋的表面使用添加劑或潤滑劑以獲得接頭的連接，避免磨損。通常在操作中使用的摻雜劑在其組成中含有重金屬顆粒如Pb或Cu。另一方面，這些金屬對健康和環境是有害的，是應盡可能避免的。
除了上述危險外，摻雜劑的使用帶來了其它操作，如通常在不利的環境條件下必須在油田上進行的連接器的清洗和摻雜。這些不希望的額外操作既昂貴又耗費時間。
使用摻雜劑的另一個潛在危險稱為過度摻雜，如確實存在在連接器上鋪放過多摻雜劑的可能，其結果是在連接器裝配過程中，過量的摻雜劑不能通過管段螺紋末端部分排出。裹帶的摻雜劑在連接器內能產生高壓，在一定的環境下壓力能造成管段螺紋部分發生塑性變形，甚至接頭凸件的失效。一旦發生這種情況，連接器不再有效，必須更換管段和/或管套。現有技術中已知的幾種表面處理技術主要解決石油工業上使用的螺紋連接器的磨損問題。盡管如此，這些已知的解決方案不能解決確保油田內裝配操作中高內磨損性和在管子螺紋部分使用干涂層的高抗腐蝕性，后者特征對管子的運輸和儲藏是需要的，以免它們被破壞。
US4,414,247公開了一種使用分散有固體潤滑劑顆粒的樹脂涂料的方法。US6,027,145公開了一種相似的溶液，使用有機樹脂沉積在固體磷酸鹽層表面。然而，在這兩份文獻中，公開的溶液沒有提供抗腐蝕保護。相似地，US4,692,988沒有公開腐蝕保護的方法；此外，它提供了使用油脂以進行連接裝配，因此，它不是一個干法工藝和不希望添加油脂的額外工作的工藝。
PCT申請WO02/18522使用油、增稠劑和添加劑的混合物以保護抗磨損。由于這些混合物用作控制粘度的濕涂料，因此該涂覆工藝不是干法的。
PCT申請WO01/16516公開了抑制生銹涂層以保護連接器抗腐蝕。這種抑制抗銹涂層存在于含抑制生銹的石油層中。盡管如此，該層被涂覆在干的潤滑涂層上，在油田上裝配連接器前需要除去它，這就引入了不需要的額外操作。
發明內容
本發明的主要目的是通過具有螺紋部分的確定長度的螺紋管段消除上述提到的缺點，適合形成管的螺紋接頭，具有優異的裝配性能和在最寬的環境范圍和目前通常的操作條件下的抗腐蝕性能，根據本發明的管段組成的接頭確保具有最佳性能甚至在多次裝配和拆裝操作后。
本發明的另一個目的是提供一個上述提到的管段螺紋部分表面處理的工藝。
本發明的另一個目的還提供一個由上述提到類型管段組成的連接器。
依據本發明，通過石油開采工業用一定長度的管段，它具有一個基本圓柱形的中心部分和至少一個螺紋末端部分，其中至少螺紋表面的表面粗糙度(Ra)在2.0μm和6.0μm之間，所述表面覆蓋干的抑制腐蝕的第一均勻涂層和所述第一層覆蓋干的第二潤滑均勻涂層，可實現上述提到的目的和由下列描述變得更明顯的其它目的。
根據本發明的深一層方面，上述缺點被克服，使石油或天然氣開采工業用金屬管螺紋末端部分具有上述特征的制備工藝步驟包括a)提供至少接近螺紋部分的管金屬的表面粗糙度(Ra)在2.0μm和6.0μm之間；b)在至少接近螺紋部分的管金屬表面提供干的抑制腐蝕的第一均勻涂層；c)在至少接近螺紋部分的第一均勻層上提供干的的第二均勻潤滑涂層。
根據本發明的深一層方面，上述缺點被克服，使石油或天然氣開采工業用金屬管螺紋末端部分具有上述特征的制備工藝步驟包括
a)提供至少接近螺紋部分的管金屬的表面粗糙度(Ra)在2.0μm和6.0μm之間；b)在至少接近螺紋部分的管金屬表面提供含有固體潤滑劑顆粒的干的抑制腐蝕的第一均勻涂層。
在優選的方案中，干的抑制腐蝕的第一涂層是含有鋅顆粒的環氧樹脂，厚度在10至20μm之間，更適宜在10至15μm之間。
在本發明的另一優選技術方案中，干潤滑涂層的第二層由無機粘合劑和固體潤滑劑顆粒組成，其中之一是MoS2，厚度在10至20μm之間。
由于這些新的特點，管段適合被裝配，而不需表面準備或添加油脂。
通過在管段連接形成的螺紋上使用干的潤滑劑涂層和干的抑制腐蝕涂層，在油田內可能運輸和儲藏管道而沒有因形成連接的螺紋部分的腐蝕而使管道失去一體性的危險。依據本發明方法處理的管道組成的連接器有更進一步的優點，在油田它們可被裝配而不需除去抗腐蝕層和不需添加油脂。
本發明的一個重要特點是組成螺紋連接的凸件或凹件的至少一個的表面被處理以獲得表面粗糙度2.0μm＜Ra＜6.0μm。最終表面粗糙度值對后來的涂層粘結是必需的。干的抑制腐蝕的涂覆層被沉積在金屬處理過的相同的金屬表面。接著，干的潤滑涂覆層被沉積在抑制腐蝕的涂覆層上。或者，含有分散的固體潤滑劑顆粒的干的抑制腐蝕的涂覆層被施加在表面處理管上。
依據本發明的其它特殊方案，想得到的金屬表面粗糙度可通過其它方法實現，如噴沙法、磷酸鹽涂覆或其它相當的機械或化學工藝。
附圖簡要說明現依據優選方案通過以下附圖描述本發明，本發明的范圍不局限于實施例。
圖1示出了依據本發明的兩個管段組成的石油和天然氣開采工業用的裝配好了的連接器的縱軸截面圖；圖2示出圖1中連接器沿縱軸的局部放大細節的截面圖；圖3示出依據本發明接近管螺紋表面的更大尺度的放大視圖；圖4示出依據本發明的選擇方案中接近管螺紋表面更大尺度的放大視圖；圖5示出第一連接器A的裝配/拆裝周期與軸肩扭矩的關系，A由依據本發明的管子組成，這里100％代表裝配扭矩。
圖6示出第二連接器B的裝配/拆裝周期與軸肩扭矩的關系，B由依據本發明的管子組成，這里100％代表裝配扭矩。
最佳實施方式參考述及的附圖，現以非限定性實施例方式描述依據本發明的管道。
連接器包括作為凸件1的管道，稱為銷釘，具有外部截頭圓錐表面，在末端部分有螺紋；和凹件，稱為箱體，在箱的末端部分具有內部截頭圓錐螺紋表面，它通常相應于管或連接器的套管。凸件1具有外螺紋3，凹件2具有內螺紋4。管1的螺紋部分5的放大圖在圖2中示出，這里在螺紋表面上提供保護層6。凹件2的螺紋部分可具有非常相似的形狀或可被制成沒有保護層，可與具有保護層的凸件相連接。
保護層6的組分放大示意圖在圖3示出，這里螺紋表面的特定表面粗糙度值Ra在2.0～6.0μm之間。抑制腐蝕的第一涂層7，是由含有Zn顆粒的環氧樹脂組成，沉積在螺紋金屬表面。更好地這些顆粒由99％的純鋅組成。層7的厚度在10～20μm之間。第二層8是干的潤滑涂層，它由無機粘結劑中的MoS2和其它固體潤滑劑混合物組成，厚度在10～20μm之間，沉積在干的抑制腐蝕的涂層7的表面。干的抑制腐蝕的涂層7可以噴涂、刷涂、浸漬或任一可控制涂層厚度的其它方法實施。一旦干的抑制腐蝕的涂層7完全干燥后，干的潤滑涂層8可以以噴涂、刷涂、浸漬或任一可控制涂層厚度的其它方法實施。
本發明的另一優選方案在圖4中示出，這里圖3方案中描述的干抑制腐蝕的涂層7和干的潤滑涂層8結合成一層9，它為干的抑制腐蝕涂層，其中分散有固體潤滑劑。該層的厚度在10～20μm之間。含有固體潤滑劑顆粒分散的干抑制腐蝕的涂層可以噴涂、刷涂、浸漬或任一可控制涂層厚度的其它方法實施。
對依據本發明的管組成的管連接器的兩個不同實施例的測試結果在下面給出。
a)連接器A具有管外徑139,70mm，是商業上已知的“優質連接器”，有金屬對金屬密封和扭矩軸肩。
表面準備噴沙處理，Ra＝3.60μm。
干的抑制腐蝕的涂層7是含鋅的環氧樹脂，干的潤滑涂層8是由含有MoS2和固體潤滑劑的無機粘合劑組成。
裝配和拆裝循環為5，每次拆裝后清潔和檢查磨損，繪制扭矩-旋轉圖和進行摩擦因子評價。
在該實施例給出測試結果的中，密封和螺紋上均無磨損，連接器具非常穩定的裝配行為。這些結果與圖5的曲線相對應，這里曲線代表軸肩扭矩，如與整個裝備時間相比，凸件與凹軸肩需接觸的時刻。
b)連接器B具有管外徑88,90mm，是商業上已知的“優質連接器”，有金屬對金屬密封和扭矩軸肩。
表面準備噴沙處理，Ra＝3.90μm。
干的抑制腐蝕的涂層7是含鋅的環氧樹脂，干的潤滑涂層8是由含有MoS2和固體潤滑劑的無機粘合劑組成。
裝配和拆裝循環次數為10，每次拆裝后清潔和檢查磨損，繪制扭矩-旋轉圖和進行摩擦因子評價。
在該實施例給出測試結果中，密封和螺紋上均無磨損，連接器具非常穩定的裝配行為。這些結果與圖6的曲線相對應，與圖5中的曲線相似。
本發明表面處理可被施加在任一類型的螺紋和任一類型的接頭，螺紋最高點包圍的形狀可是圓柱或截頭圓錐形或兩種的結合。
本發明連接可被使用在任一類型的連接器上，尤其是當凹件在管末端形成或當管套具有在兩末端的兩個凹件以連接兩個凸件時使用。
從所描述的，本發明可實現前述中設定的所有目的。
權利要求
1.一種石油開采工業用的確定長度的管段(1)，具有基本圓柱壁的中心部分和至少一個螺紋末端部分(3，4)，其特征在于至少螺紋末端部分(3，4)的表面具有表面粗糙度Ra在2.0～6.0μm之間，所述的表面覆蓋干的抑制腐蝕的第一均勻涂層(7)，所述第一層(7)覆蓋干的第二潤滑均勻涂層(8)。
2.權利要求1所述的管段，其中第一層(7)由含鋅顆粒的環氧樹脂組成。
3.權利要求2所述的管段，其中第一層(7)的厚度在10～20μm。
4.權利要求1所述的管段，其中第二層(8)由無機粘合劑和固體潤滑劑顆粒混合物組成，其中之一為二硫化鉬。
5.權利要求4所述的管段，其中第二層(8)的厚度在10～20μm之間。
6.權利要求1所述的管段，其中所述螺紋末端部分是圓錐形或截頭圓錐形包絡面。
7.權利要求1所述的管段，其中所述的螺紋末端是圓柱形包絡面。
8.權利要求6或7所述的管段，其中管螺紋作為連接器的凸件。
9.權利要求6或7所述的管段，其中管螺紋作為連接器的凹件。
10.石油或天然氣開采工業用的確定長度的管段(1，2)具有基本圓柱面的中心部分和至少一個螺紋末端(3，4)，其特征在于螺紋末端部分的表面粗糙度Ra在2.0～6.0μm之間，所述的表面覆蓋干的分散有固體潤滑劑顆粒的抑制腐蝕的均勻涂層(9)。
11.權利要求10所述的管段，其中均勻層(9)含有分散的二硫化鉬顆粒。
12.石油或天然氣開采工業用的螺紋管接頭由分別具有陽和陰螺紋的凸、凹管部件構成，其中至少一個管部件的螺紋部分具有任一上述權利要求的特征。
13.使石油開采工業用金屬管螺紋末端部分具有1～11中任一權利要求的特征的工藝包括以下步驟a)使至少靠近螺紋部分的管金屬表面粗糙度在2.0～6.0μm之間；b)在至少靠近螺紋部分的金屬表面上提供干的抑制腐蝕的第一均勻涂層(7)；c)在至少靠近螺紋部分的抑制腐蝕的第一均勻涂層(7)上提供干的第二潤滑均勻涂層(8)；
14.使石油或天然氣開采工業用金屬管螺紋末端具有1～11中任一權利要求特征的工藝包括以下步驟a)使至少靠近螺紋部分的管金屬表面粗糙度在2.0～6.0μm之間；b)在至少靠近螺紋部分的管金屬表面提供分散有固體潤滑劑顆粒的干抑制腐蝕的第一均勻涂層(9)。
15.權利要求13或14所述的工藝，其中金屬表面粗糙度(Ra)可通過噴沙工藝實現。
16.權利要求13或14所述的工藝，其中金屬表面粗糙度(Ra)可通過在金屬表面沉積磷酸鹽工藝實現。
全文摘要
石油開采工業用螺紋金屬管具有表面處理的螺紋末端部分，這里金屬表面的粗糙度(Ra)在2.0μm～6.0μm之間，金屬表面上覆蓋一層干的抑制腐蝕的第一均勻涂層(7)和干的第二潤滑均勻涂層(8)。或者層(8，9)結合為含有分散固體潤滑劑顆粒的干的抑制腐蝕的均勻涂層(9)。
文檔編號F16L15/00GK1703598SQ200380101271
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月10日 優先權日2002年10月10日
發明者迭戈·德萊爾巴, 加布里埃爾·E·卡爾卡尼奧 申請人:特納瑞斯連接股份公司