带有干保护涂层的管式螺纹元件的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是基于申请日为2006年10月4日、申请号为200680037855. 5、发明名称为 "带有干保护涂层的管式螺纹元件"的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及用于螺纹管式连接件的螺纹元件。
【背景技术】
[0003] 在姪井中所用管式部件（管或接输（coupling))的末端制成的螺纹元件必须首先 受保护W防止在井场在运输和储存过程中的腐蚀，为此，它们传统上在离开生产车间时用 保护性油脂或油进行涂布。
[0004] 在井中，它们可能不得不经过数个上扣-卸扣（makeup-breakout)循环。上扣操 作在高轴向载荷下，例如在要通过螺纹连接件垂直装配的数米长（通常10至13米长）的 管的重量下垂直进行，该存在粘扣（galling)的危险，特别是在螺纹处。此外，由于要装配 的管垂直悬置，所述载荷也可能由于要装配的螺纹元件轴的轻微错位而限于局部，该提高 了粘扣的危险。因此，图1显示了在错位下经由两个10至13米长的管1和2的螺纹连接 件进行的现场装配，动力错3用于将管1的阳螺纹部分4上扣到管2的阴螺纹部分5中。
[0005] 为了保护敏感部件如螺纹W防在上扣-卸扣操作过程中的粘扣，螺纹传统上要除 去保护性油脂，并用专用的上扣油脂进行涂覆，该上扣油脂例如是符合API Bui 5A2或5A3 规格的油脂。除了必须现场提供第二次涂布的缺点之外，含有重金属和/或有毒金属如铅 的该类油脂的使用也造成井和环境的污染，因为过量油脂在上扣过程中从螺纹中被挤出。
[0006] 美国US 6 933 264提出了用单涂布代替双涂布，该是使用润滑剂的薄层在螺纹 元件生产车间进行的，该润滑剂具有蜡质稠度（被称作半干的），包含至少一种具有化学作 用的极压添加剂。但是，所述半干涂层具有要求机械保护W防止在运输和储存过程中被粉 尘或砂粒污染的缺点。
[0007] US 4 414 247、US 4 630 849、US 6 027 145、US-B2-6 679 526、 US-2004/0166341 A1和国际专利申请W0-2004/033951提出用在螺纹元件生产车间施加的 各种保护性固体涂层代替油脂，该保护性固体涂层包含附着到底材上的固体基质，在该基 质中分散着固体润滑粒子；二硫化钢MoS,是其中最特别列举的化合物。
[000引该类涂层尽管优于油脂，但仍然不能完全令人满意。特别地，在井场条件下，该涂 层常常剥落和/或粒子从其摩擦表面上被磨除并分散到环境中，该类事件要求将管式部件 送回到车间。
[0009] 此外，该类涂层通常要求通过在炉中加热至大约200°C数十分钟甚至超过1小时 来进行硬化，该显著提高了涂层生产周期的复杂性，该无法与螺纹的机械加工相关联。
[0010] 此外，它们通常不保护或者没有充分保护螺纹元件W防止腐蚀，因此US-B2-6 679 526和W0-2004/033951提出施加单独的腐蚀抑制材料层（在第一个文献中为駿酸的金属 盐，在第二个文献中为含锋粒子的环氧树脂）。
[0011] 该类双层涂层需要更为复杂的生产周期并且仍然没有克服粒子磨除的问题。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于；至少从现场条件下的摩擦学角度来看和在施加涂层的生产率 方面，W及任选地从腐蚀角度来看，克服已知油脂和干或半干涂层的缺点。
[0013] 术语"在现场条件下的上扣"是指在垂直位置的上扣，其中（i)第一螺纹元件固定 在垂直位置，和（ii)置于可W为13米长的管的底端或者与该底端结为一体的、要上扣到第 一螺纹元件内的第二螺纹元件用起重装置保持基本垂直在第一螺纹元件的上方，该第二螺 纹元件随后使用合适的装置（例如动力错）上扣到第一元件内。类似地，术语"在现场条件 下的卸扣"是指卸扣垂直放置的第一和第二螺纹元件并由此支撑管的重量并且可能产生错 位，要卸扣的管悬置于起重装置上。
[0014] 特别地，本发明提供了用于螺纹管式连接件的防粘扣螺纹元件，其包括涂有不触 粘（sticky to the touch)并附着到底材上的固体薄涂层的螺纹，该涂层包含固体基质，其 中悬浮着固体润滑剂的粒子。
[0015] 根据本发明，该固体基质是润滑的并表现出塑性或粘塑性类型的流变性能，并且 固体润滑剂的所述粒子包含选自如下文定义的第1、2、3和4类中的至少两类的润滑剂的粒 子。
[0016] 下面列出本发明的任选特征，它们可W是补充性或替代性的：
[0017] ?所述基质具有80°C至320°C的烙点；
[0018] ?所述基质包含至少一种热塑性聚合物；
[0019] ?所述热塑性聚合物是聚己締；
[0020] ?所述基质包含至少一种金属皂；
[0021] ?该皂适合有助于捕获摩擦产生的涂层碎屑；
[0022] ?该皂是硬脂酸锋；
[0023] ?所述基质包含植物、动物、矿物或合成来源的至少一种蜡；
[0024] ?该蜡适合有助于捕获通过摩擦产生的来自涂层的碎屑；
[0025] ?该蜡是己西栋桐蜡；
[0026] ?所述基质包含至少一种腐蚀抑制剂；
[0027] ?腐蚀抑制剂是横酸巧衍生物；
[002引?选择该皂W改进在ISO 9227标准盐雾腐蚀试验下出现腐蚀的时间；
[0029] ?所述基质包含至少一种在100°C下的运动粘度为至少850mmVs的液体聚合物；
[0030] ?所述液体聚合物不溶于水；
[0031] ?所述液体聚合物选自聚甲基丙締酸烧基醋、聚了締、聚异了締和聚二烧基娃氧 烧；
[0032] ?所述基质包含至少一种表面活性剂；
[0033] ?所述基质包含至少一种着色剂；
[0034] ?所述基质包含至少一种抗氧化剂；
[0035] ?固体润滑剂粒子包含至少一种来自第2类的固体润滑剂和至少一种来自第4类 的固体润滑剂的粒子；
[0036] ?固体润滑剂粒子包含至少一种来自第1类的固体润滑剂、至少一种来自第2类的 固体润滑剂和至少一种来自第4类的固体润滑剂的粒子；
[0037] ?固体润滑剂粒子不含石墨粒子；
[003引?固体润滑剂粒子包含至少氮化棚粒子作为来自第1类的固体润滑剂；
[0039] ?固体润滑剂粒子不含二硫化钢粒子；
[0040] ?固体润滑剂粒子包含至少一种选自氣化石墨、锡的硫化物和饿的硫化物的来自 第2类的固体润滑剂的粒子；
[0041] ?固体润滑剂粒子包含至少聚四氣己締粒子作为来自第4类的固体润滑剂；
[0042] ?所述涂层包含至少一种具有球形几何尺寸的富勒締的分子；
[0043] ?该基质的重量组成如下：
[0044] 聚乙締均聚物 15%至90% 色西掠棚蜡 5%至30% 硬脂酸辞 5%至30% 碳酸钓衍生物 0至50% 聚甲基巧婦酸烧基醋 0至15% 着色剂 0至1% 抗氧化剂 0至1%
[0045] ?该基质的重量组成如下：
[0046] 聚乙婦均聚物 15%至90%
[0047] 色西掠棚蜡 5%至30% 硬脂酸辞 5%至30% 碳酸轉衍生物 0至50% 聚甲基丙婦酸烧基醋 0至15% 聚二甲基珪氧燒 0至2% 着色剂 0至1% 抗氧化剂 0至1%
[0048] ?固体润滑剂的重量组成如下：
[0049] 氣化石墨 20 %至99%
[0化0] 氮化棚 0%至30%
[0051] 聚四氣己締1%至80%
[0052] ?固体润滑剂的重量组成如下：
[0化3] 锡的硫化物20 %至99 %
[0化4] 氮化棚 0%至30%
[0055] 聚四氣己締1%至80%
[0056] ?固体润滑剂的重量组成如下：
[0化7] 饿的硫化物20 %至99 %
[0化引 氮化棚 0%至30%
[0059] 聚四氣己締1%至80%
[0060] ?涂层的重量组成如下：
[0061] 基质 70 % 至 95%
[0062] 固体润滑剂5 %至30%
[0063] ?涂层厚度为10微米至50微米；
[0064] ?该涂层也施加到密封表面上，该密封表面适合与第二螺纹元件的相应表面在该 两个螺纹元件通过上扣连接后进行密封干设接触。
[00化]本发明还设及包括阳螺纹元件和阴螺纹元件的螺纹管式连接件，其中所述螺纹元 件的至少之一如上定义，还设及用于精制（finishing)螺纹管式元件的方法，其中在要涂 布的表面经过适合改进涂层粘附性的表面处理之后，如上定义的固体防粘扣涂层的薄层被 施加到至少螺纹表面上。
[0066] 本发明的方法可W包括下列特征中的至少一些：
[0067] ?将涂层的成分加热至高于基质烙点的温度，随后通过喷涂包含烙融基质的所述 成分来施加涂层；
[0068] ?通过将由涂层成分形成的粉末投射穿过火焰来施加涂层；
[0069] ?通过喷涂其中分散有涂层成分的水乳液来施加涂层；
[0070] ?将螺纹元件加热至80°C或更高的温度；
[0071] ?将螺纹元件保持在环境温度下；
[0072] ?所述表面处理选自机械处理、化学处理和非反应性沉积；
[0073] ?要涂布的表面是金属表面，且所述表面处理是用于所述表面的化学转化的处 理；
[0074] ?所述化学转化处理是磯酸盐化；
[0075] ?在所述表面处理后进行用具有防腐蚀作用的纳米材料（11)浸溃要涂布的表面 的凹凸或孔隙（12)的处理；
[0076] ?所述纳米材料是氧化锋粒子（11);
[0077] ?所述纳米材料具有大约200纳米的平均颗粒尺寸；
[007引 ?所述纳米材料W水分散体形式施加。
【附图说明】
[0079] 根据参照附图作出的下列描述，本发明的特征和优点变得显而易见。
[0080] 图1显示了准备在姪井中通过它们的螺纹元件的上扣来装配的两个管的图。
[0081] 图2 W更大比例显示了螺纹元件的一部分螺纹表面，其孔隙根据本发明的方法被 纳米材料浸溃。
[0082] 图3和4图示了可用于实施本发明方法的装置。
[0083] 图5图示了用于通过上扣-卸扣试验评测本发明的涂层的装置。
【具体实施方式】
[0084] 本发明研究了某些材料的摩擦学性能并利用了下面概括的某