專利名稱：耐擦傷的螺紋管連接的螺紋件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作在管子末端的陽螺紋或陰螺紋件，這些螺紋件可以連接起來形成耐擦傷的螺紋管連接。更具體地說，涉及裝配時(shí)不需要手工加入潤滑脂的螺紋管連接。
背景技術(shù)：
這種螺紋件和螺紋管連接特別適用于構(gòu)成碳?xì)浠衔锞?例如地?zé)峋?的套管排或生產(chǎn)管排或鉆管排。
這種形式的管一般作成垂直的，管排自由端的表面上包括帶內(nèi)部陰螺紋的陰螺紋件。
為了將管排下降至井中，在帶有陽螺紋件的管排上面放置新管子，該陽螺紋件包括與管排相應(yīng)自由端上的陰螺紋相適應(yīng)的外部陽螺紋，新管的陽螺紋與管排的相應(yīng)的陰螺紋嚙合。在裝配扭矩達(dá)到給定值或給定參考值時(shí)，新管即裝配完成。將管排下降一個(gè)連接起來的管的長度，再重復(fù)這個(gè)過程。
因?yàn)楣茏拥拈L度大約為10m，因此不容易使新管子完全與管排的頂部同軸接合。這樣，在連接過程中，螺紋損壞嚴(yán)重；更具體地說，在接合過程中，陽螺紋和陰螺紋的配合側(cè)面互相緊貼著，并且在裝配的大部分時(shí)間里滑動(dòng)接觸。螺紋的配合側(cè)面對(duì)如果不是在第一次裝配但至少在接下去的裝配過程中可能出現(xiàn)的擦傷現(xiàn)象非常敏感，因此螺紋管連接必需能夠多次裝拆而不擦傷。
擦傷可以在稱為“高級(jí)”連接的螺紋管連接的螺紋件上的“金屬-金屬”密封表面上產(chǎn)生，這樣，密封表面在增大的接觸壓力下滑動(dòng)接觸，直至達(dá)到最后的裝配位置。
對(duì)于在裝配結(jié)束時(shí)接觸的接合面也是如此。
因此，在制造螺紋連接時(shí)，不能使螺紋、密封表面或接合面為純粹的金屬-金屬的滑動(dòng)接觸表面，因?yàn)檫@種表面不可避免地會(huì)產(chǎn)生擦傷，這是不可接受的。
使用多年的傳統(tǒng)做法是在滑動(dòng)接觸的金屬表面之間放入潤滑脂，將潤滑脂分批地加在螺紋件上。
最廣泛使用的潤滑脂是美國石油學(xué)院(API)提出的API 5A2型或5A3型潤滑脂，它是一種潤滑脂、具有抗擦傷性質(zhì)和可以充滿陽螺紋和陰螺紋之間間隙的石墨顆粒和Pb，Zn與Cu金屬的不均勻的混合物。
然而，這種潤滑脂有許多缺點(diǎn)。
API潤滑脂的與其性質(zhì)相關(guān)的第一個(gè)缺點(diǎn)是鉛的含量高，該元素對(duì)健康和對(duì)環(huán)境是特別有害的。
這種潤滑脂還有其他缺點(diǎn)，某些缺點(diǎn)是所有潤滑脂共同的缺點(diǎn)。
由于這種特性，一般都用刷子將潤滑脂涂在螺紋件的接觸表面上。因此，要注意涂在表面上的潤滑脂的量要最小，該量可用最小體積或最小質(zhì)量來測量，法國Vallourec Mannesmann Oil & Gas公司在其1996年7月公司為其客戶寫的小冊子“VaMRunning Book”中提出，涂在外徑為7″(177.8mm)的VAMTOP螺紋連接的陽螺紋和陰螺紋件接觸表面上的APIBul 5A2潤滑脂的體積至少為25cm3，或者質(zhì)量至少為42g。
用于螺紋件的潤滑脂的量可根據(jù)下列情況作一些改變a)根據(jù)負(fù)責(zé)涂潤滑脂工作的操作人員，特別是現(xiàn)場人員的經(jīng)驗(yàn)；b)對(duì)于同一個(gè)操作者，從一個(gè)螺紋件到另一個(gè)螺紋件；和c)對(duì)于同一個(gè)螺紋件，從螺紋件上的一個(gè)點(diǎn)至另一個(gè)點(diǎn)。
裝配工作將潤滑脂分配至陽螺紋和相應(yīng)的陰螺紋之間的間隙中，這些間隙由于螺紋件制造公差的關(guān)系從一個(gè)螺紋連接至另一個(gè)螺紋連接是隨機(jī)變化的，多余的潤滑脂從螺紋連接中被擠出。
對(duì)于某些形式的螺紋連接，難以排空多余的潤滑脂可能在裝配過程中在螺紋上產(chǎn)生非常大的壓力，這種壓力可以改變裝配扭矩的量度，或即使是錐度螺紋(由API推薦，得到廣泛應(yīng)用)甚至可使螺紋和密封表面變形，這在螺紋接合面突出過大的情況下，可使管排落入井底，造成災(zāi)難性后果。
另外，考慮到所用的螺紋連接的數(shù)目，在裝配過程中擠出的多余潤滑脂大量地積存在井底并堵塞儲(chǔ)油巖石的孔，碳?xì)浠衔镌诒簧a(chǎn)管回收以前，必需橫向穿過這些孔。這種堵塞大大影響碳?xì)浠衔锞拈_采成本。
另外，包括API 5A2或5A3的一些潤滑脂，由于其成分和使用前的運(yùn)輸和/或管道存貯的條件和持續(xù)時(shí)間的影響，不能提供足夠的抗腐蝕保護(hù)。
因此，必需在制造工廠將運(yùn)輸和存貯所需的潤滑脂涂在螺紋件的接觸表面上，然后在現(xiàn)場，在連接管子之前除去這些潤滑脂，再涂上最后裝配用API 5A2型潤滑脂。
在涉及螺紋連接的專利中，說明了帶鉛或不帶鉛的多種其他形式的潤滑脂。
這些潤滑脂都是非均質(zhì)的，其中放入了金屬顆粒、礦物顆?；驘崴苄运芰项w粒，以充滿陽螺紋和陰螺紋之間的間隙(GB 1086720，US 3526593)，和/或防止在裝配過程中(US 2065247，US 5275845)或拆開時(shí)(GB 1033735，US 2419144)中擦傷。
這些專利中所述的某些潤滑脂的抗擦傷性質(zhì)是由在這些潤滑脂中有可起化學(xué)作用的極端壓力添加劑(extrem pressure additive)造成的，例如US2068247，US 3095375中所述的潤滑脂。
然而，這些專利所述的潤滑脂具有對(duì)API 5A2或5A3所述的所有潤滑脂的缺點(diǎn)。
開發(fā)了由管路制造商將粘稠的固體涂在螺紋和支承表面上的涂層方法，可以不需要在現(xiàn)場加潤滑劑就可進(jìn)行螺紋連接的“干”裝配。
這種涂層的性質(zhì)是金屬的，如在歐洲專利EP 632225中所述的那樣，這些涂層使用鉛的外層；或者如EP 500482所述那樣基于金屬氧化物，使用氧化鉛的外層。然而，這些涂層都包括鉛或鉛的化合物，這是不希望的。
這種涂層也可以為油漆或滑動(dòng)的光澤面。
專利申請(qǐng)EP 786616說明了一種在螺紋件上形成這種滑動(dòng)光澤面的方法。這種方法包括先沉積一個(gè)薄層(0.005～0.030mm)的磷酸鹽；然后沉積一個(gè)0.010～0.045mm厚層的環(huán)氧形式或另一種形式的合成樹脂與二硫化鉬或二硫化鎢的混合物；再利用加熱使樹脂聚合。
美國專利4414247也說明了在螺紋件上形成滑動(dòng)光澤面的一種類似的方法。
這種滑動(dòng)光澤面具有優(yōu)越的抗擦傷性質(zhì)。然而，因?yàn)槭菆?jiān)硬的光澤面，在重復(fù)進(jìn)行裝拆工作過程中。它們磨損和不能再生。因此，在幾次裝拆工序以后，在帶有這種涂層的螺紋連接上出現(xiàn)擦傷，所述擦傷是突然發(fā)生的和災(zāi)難性的。
另外，如果在管道運(yùn)輸或貯存過程中，這種滑動(dòng)光澤面局部質(zhì)量惡化，則光澤面層不能在當(dāng)?shù)匦迯?fù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于螺紋管道連接的特別是耐擦傷的陽螺紋件或陰螺紋件。該螺紋件根據(jù)螺紋件形式的不同包括陽螺紋或陰螺紋，在螺紋表面上有潤滑層，成為接觸表面，沒有上述缺點(diǎn)。
特別是，本發(fā)明提供這樣一種螺紋件，它能在滑動(dòng)接觸表面之間的Hertz壓力達(dá)到大于300MPa、滑動(dòng)速度達(dá)到0.1m/s和滑動(dòng)長度達(dá)到1m的嚴(yán)酷的碳?xì)浠衔锞_采條件下，對(duì)匹配式的螺紋件裝拆10次也不會(huì)產(chǎn)生擦傷。
本發(fā)明還提供避免發(fā)生導(dǎo)致接觸表面質(zhì)量突然不可接受地惡化和必需拋棄或重新加工螺紋件的方法。
另外，本發(fā)明還提供一種不會(huì)釋放對(duì)環(huán)境有危險(xiǎn)的物質(zhì)(例如，鉛或重金屬)的螺紋件。
本發(fā)明還提供一種可以同樣成功地在極地區(qū)域、熱帶區(qū)域或赤道區(qū)域及長期在溫度達(dá)到或甚至超過160℃的井底使用的螺紋件。
另外，本發(fā)明還提供一種不需要在鉆井現(xiàn)場或生產(chǎn)現(xiàn)場加潤滑劑，而只需要在生產(chǎn)螺紋件的工廠加上潤滑劑即可正常使用的螺紋件。
本發(fā)明還提供一種保證在裝配過程中滑動(dòng)接觸和在工廠中涂敷潤滑劑的螺紋件部分在運(yùn)輸和存貯過程中不會(huì)銹蝕的方法。
另外，本發(fā)明還提供一種如果需要在現(xiàn)場修理，能保證將在工廠中涂上的潤滑劑沉積下來的方法。
當(dāng)然，本發(fā)明還力求以較低的成本保證達(dá)到上述性質(zhì)。
另外，本發(fā)明還保證螺紋件可以與根據(jù)本發(fā)明的匹配的螺紋件成功地一起使用，和與商業(yè)上銷售的相應(yīng)的匹配的螺紋件成功地一起使用。
本發(fā)明還保證包括除了螺紋以外，還有一個(gè)或多個(gè)“金屬-金屬”密封表面和/或至少一個(gè)裝配接合面的螺紋件具有同樣的抗擦傷性質(zhì)。
本發(fā)明還保證包括所有形式的螺紋(錐形、直的、單級(jí)或多級(jí)等)、所有形式的螺紋形狀(三角形、梯形等)、螺紋寬度恒定或變化(楔形螺紋)的整體螺紋管道連接或用螺紋連接的螺紋件，具有同樣的抗擦傷性質(zhì)。
本發(fā)明提供的陽螺紋件或陰螺紋件分別包括陽螺紋或陰螺紋，至少在螺紋表面上沉積著一個(gè)薄層的潤滑物質(zhì)，該表面經(jīng)過處理可以吸收或吸附所述的潤滑物質(zhì)。
術(shù)語“潤滑物質(zhì)薄層”表示厚度小于0.10mm的層。
所用的潤滑物質(zhì)為下列物質(zhì)組成的均勻混合物a)增稠劑；b)包括至少一種利用化學(xué)作用達(dá)到極端壓力的添加劑的至少一種極端壓力(EP)添加劑，該添加劑又稱為化學(xué)EP添加劑；和c)油。
術(shù)語“均勻的混合物”表示組分緊密和穩(wěn)定的分散，使?jié)櫥镔|(zhì)在所有點(diǎn)上都有相同的性質(zhì)。
構(gòu)成潤滑物質(zhì)的三種成分的比例選擇應(yīng)使?jié)櫥镔|(zhì)的稠度能保證自行潤滑狀態(tài)(self-fed lubrication regime)和形成薄膜的性質(zhì)。
“自行潤滑狀態(tài)”本質(zhì)上是表示在油形式和某些潤滑脂形式的潤滑物質(zhì)中，潤滑物質(zhì)層絕不會(huì)不可逆地被破壞，而是在裝配過程中，當(dāng)發(fā)生剪切時(shí)“自行愈合”或“自行連接”。
這種特性可利用室溫下潤滑物質(zhì)的較寬的稠度范圍來達(dá)到，該范圍從干燥之前類似于高粘度清漆的半固體稠度到不能流動(dòng)和象蠟一樣的膏狀稠度。
必須將潤滑物質(zhì)的三種成分-增稠劑、EP添加劑和油-綜合起來才能解決現(xiàn)在的問題。然而，潤滑物質(zhì)也可包括其他物質(zhì)，這些物質(zhì)在阻止擦傷方面是無作用的，但為了其他的理由(例如，使層帶上顏色)而加入的。
增稠劑如其名稱所示，可使?jié)櫥镔|(zhì)變稠、粘性增加、變稠、成為膏狀而不是流體，以達(dá)到自行潤滑狀態(tài)和形成薄膜的性質(zhì)。它還可作為潤滑物質(zhì)其他組分的粘合劑。
可以區(qū)分增稠劑的兩個(gè)化學(xué)族，即有機(jī)和無機(jī)族a)有機(jī)增稠劑；可以舉出的有機(jī)增稠劑的非限制性例子為動(dòng)物或植物石油蠟、礦脂蠟、氧化礦脂蠟、磺化蠟、合成蠟和這些蠟的混合物、增粘的石油樹脂、瀝清、溶于油或可在油中分散的聚合物，脂溶的肥皂等。除了上述的性質(zhì)外，這種形式的增稠劑因?yàn)槠浠瘜W(xué)和物理性質(zhì)，還具有保護(hù)不被腐蝕的功能。
b)無機(jī)增稠劑無機(jī)增稠劑可以為疏水性的煅燒硅石、疏水性的接合膨潤土或二氧化鈦。
極端壓力(EP)添加劑在潤滑劑領(lǐng)域是眾所周知的物質(zhì)。它們的性能可根據(jù)EP測試標(biāo)準(zhǔn)(4球測試，F(xiàn)alex測試等)測量。
根據(jù)定義，化學(xué)EP添加劑由摩擦產(chǎn)生的一定溫度，通過接觸與金屬零件起反應(yīng)，形成化學(xué)潤滑薄膜。在化學(xué)EP添加劑中已知有下列幾種·基于硫或含硫的化學(xué)EP添加劑(例如碳?xì)浠衔锘蛞浴昂虍a(chǎn)品”名義銷售的含硫酯類)，金屬的二硫代氨基甲酸酯、中性或高堿性的金屬磺酸鹽；·基于磷的化學(xué)EP添加劑(例如磷酸或酯類)；·基于硫和磷的化學(xué)EP添加劑(例如金屬二硫代磷酸鹽，特別是鋅的二硫代磷酸鹽)；·基于氯的化學(xué)EP添加劑，特別是氯化石蠟；·改良或不改良的脂肪酸或酯類，復(fù)雜酯類等。
一般這些化學(xué)EP添加劑是在礦物油中稀釋進(jìn)行生產(chǎn)和銷售的，但在本文其余部分中所用的術(shù)語“化學(xué)EP添加劑”是指不稀釋的活性成分。
化學(xué)EP添加劑或所用的添加劑是從已知的添加劑中選擇的，以便在1000MPa或更大的Hertz壓力下工作時(shí)不被擦傷。
選擇的添加劑還應(yīng)在物理和化學(xué)性質(zhì)上與所選擇的增稠劑相適應(yīng)即添加劑必需與增稠劑完全是可混合的，但因?yàn)槠錁O端壓力性質(zhì)會(huì)嚴(yán)重削弱，因此必須不與增稠劑起反應(yīng)。
這些化學(xué)EP添加劑可以單獨(dú)使用或作為混合物使用，以便性能上達(dá)到最佳的協(xié)調(diào)。
在潤滑物質(zhì)中所用的術(shù)語“油”表示特別加進(jìn)去的油和增稠劑和/或EP添加劑、特別是化學(xué)EP添加劑用以稀釋的油。
所用的油可以為從蒸餾的石油產(chǎn)品中得出的，稱為“無機(jī)堿”的餾分，但也可以是由化學(xué)反應(yīng)得到的合成堿(例如聚-烯烴、聚異丁烯、酯類等)。還可以是植物基油(菜子油、葵花油等)或是動(dòng)物油。還可以是這些油的混合物。
最好，一種或多種化學(xué)EP添加劑或添加劑和增稠劑可溶于油中，該油可使一種或多種化學(xué)EP添加劑或添加劑與增稠劑一起分散，并得到完全均勻的潤滑物質(zhì)。
最好，增稠劑的化學(xué)分子具有明顯的極性。這個(gè)特點(diǎn)可使?jié)櫥瑒┱辰釉谝r底上。
最好，增稠劑在120℃或更高、最好是160℃或更高的溫度以下化學(xué)性能是穩(wěn)定的。
EP添加劑或添加劑還可選包括具有物理作用，優(yōu)選為亞微等級(jí)固體顆粒形式的至少一種EP添加劑，以便形成均勻混合物形式的潤滑物質(zhì)。
具有物理作用的EP添加劑稱為物理EP添加劑，它插入在薄膜形式的接觸表面之間，可以沿著它們的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的特征劈開平面剪切，并與運(yùn)動(dòng)平面平行，或簡單地在易變形的平面上剪切。第一類(裂紋)包括石墨、鉬、二硫化鎢或二硫化錫、氮化硼等；第二類包括PTFE、聚酰胺、聚脲型聚合物等。
最好，EP添加劑組件中的至少一種成分具有抗腐蝕性質(zhì)。
根據(jù)所用的EP添加劑形式不同，EP添加劑的總含量最好為5％～75％。
在第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，EP添加劑的總含量在5～50％重量范圍內(nèi)，最好在15～32％重量范圍內(nèi)。
在第一個(gè)實(shí)施例中，潤滑物質(zhì)包括多種化學(xué)EP添加劑，最好為非氯化的添加劑。
在第一個(gè)實(shí)施例的第一個(gè)變型中，潤滑物質(zhì)中的增稠劑含量在5～60％重量范圍內(nèi)，最好在8～40％重量范圍內(nèi)；另外，潤滑物質(zhì)中的油含量在30～75％重量范圍內(nèi)，最好40～60％重量范圍內(nèi)。
在第一個(gè)實(shí)施例的第二個(gè)變型中，可使固體沉積物稠度更大，潤滑物質(zhì)中的增稠劑含量在60～80％重量范圍內(nèi)，這導(dǎo)致潤滑物質(zhì)中的油含量在5～20％重量范圍內(nèi)。
在第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一種或多種化學(xué)EP添加劑或添加劑包括氯化石蠟，潤滑物質(zhì)中的增稠劑含量在25～60％重量范圍內(nèi)，潤滑物質(zhì)中的EP添加劑總含量在40～75％重量范圍內(nèi)；這導(dǎo)致潤滑物質(zhì)中的油含量在0.5～15％重量范圍內(nèi)。
對(duì)本文中的不同成分給出的增稠劑和EP添加劑的含量，與所述組分的活性物質(zhì)的含量相適應(yīng)。
最好，螺紋件上的潤滑物質(zhì)層的重量為0.1g/m2～40g/m2。
在一個(gè)變型中，經(jīng)過處理可吸收或吸附潤滑物質(zhì)的螺紋表面為從由磷酸鹽層、草酸鹽層和金屬層組成的組中選擇的層的表面。
在一個(gè)變型中，螺紋表面經(jīng)過處理，使所述表面具有可控制的粗糙度，以吸收或吸附潤滑物質(zhì)，這種處理例如可以為砂紙打磨、噴砂、腐蝕等。
最好，螺紋表面經(jīng)過處理可以吸收或吸附深度為0.003mm～0.080mm范圍內(nèi)的潤滑物質(zhì)。
有利的是，當(dāng)螺紋件包括密封表面時(shí)，潤滑物質(zhì)也沉積在每一個(gè)密封表面上。
有利的是，當(dāng)螺紋件包括接合面時(shí)，潤滑物質(zhì)也沉積在每一個(gè)接合面上。
有利的是，潤滑物質(zhì)沉積在上面成一薄層的所有表面為經(jīng)過處理可吸收或吸附潤滑物質(zhì)的表面。
本發(fā)明的目的還在于保護(hù)一種包括陽螺紋件和陰螺紋件的耐擦傷的螺紋管連接，每一個(gè)所述螺紋件具有相應(yīng)的螺紋，在連接過程中所述螺紋一個(gè)裝配在另一個(gè)上，其中，兩個(gè)螺紋件中的至少一個(gè)螺紋件為如上所述的本發(fā)明的螺紋件。
在這個(gè)螺紋連接的變型中，兩個(gè)螺紋件中只有一個(gè)螺紋件為如上所述本發(fā)明的螺紋件，另一個(gè)螺紋件至少在螺紋表面上直接沉積著潤滑物質(zhì)薄層，潤滑物質(zhì)為由下列物質(zhì)組成的均勻混合物a)增稠劑；b)至少一種極端壓力添加劑，該一種或多種極端壓力添加劑的物理和化學(xué)性質(zhì)與增稠劑相適應(yīng)，并包括至少一個(gè)稱為化學(xué)EP添加劑的可進(jìn)行化學(xué)作用的極端壓力添加劑，該化學(xué)EP添加劑可在Hertz壓力為1000MPa或更大的情況下使用；和c)油。
術(shù)語“直接沉積的潤滑物質(zhì)薄層”表示螺紋表面沒有經(jīng)過吸收或吸附潤滑物質(zhì)的處理。
本發(fā)明還提出了一種在耐擦傷的螺紋管連接的陽螺紋件或陰螺紋件上形成潤滑物質(zhì)薄層的方法，該螺紋件包括陽螺紋或陰螺紋。
本發(fā)明的方法包括下列步驟a)制備一種均勻的液體混合物，它由下列物質(zhì)組成·揮發(fā)性溶劑；·增稠劑；·至少一種極端壓力添加劑，該一種或多種極端壓力添加劑的物理或化學(xué)性質(zhì)與增稠劑相適應(yīng)，并包括至少一個(gè)可進(jìn)行化學(xué)作用的極端壓力添加劑，該化學(xué)EP添加劑可在Hertz壓力為1000MPa或更大的情況下使用；和·油；b)厚度基本均勻的所述液體混合物薄層施加在螺紋件的螺紋表面上；c)使揮發(fā)性溶劑自然或被迫蒸發(fā)掉。
術(shù)語“揮發(fā)性溶劑”表示蒸餾溫度在40～250℃范圍內(nèi)的任何石油餾分。這些揮發(fā)性溶劑包括特種汽油、石油溶劑、燃燒油、芳香族產(chǎn)品(例如苯、甲苯、二甲苯等)。
可選的是，至少螺紋件的螺紋表面要處理，以便吸收或吸附施加上的潤滑物質(zhì)。
優(yōu)選用FORDn04杯(cup)測量的液體混合物的粘度與10～30s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間相適應(yīng)，最好在15～25s范圍內(nèi)。
最好，液體混合物層噴射施加。
作為另一種方案，可以用任何其他方式(浸入、涂敷、噴灑)施加。
溶劑可自然蒸發(fā)掉或用強(qiáng)制方法蒸發(fā)，特別是用緩和地加熱螺紋件或用熱空氣對(duì)流的方法進(jìn)行蒸發(fā)。


下面的附圖表示本發(fā)明的許多實(shí)現(xiàn)方法的一些非限制性例子。
圖1表示包括被本發(fā)明使用的4個(gè)螺紋管零件的螺紋連接的一種形式；圖2表示包括可被本發(fā)明使用的4個(gè)螺紋管零件的螺紋連接的另一種形式；圖3表示包括可被本發(fā)明使用的2個(gè)螺紋管零件的整體式螺紋連接；圖4表示在圖1所示的陽螺紋管件中的幾個(gè)陽螺紋；
圖5為圖1所示的本發(fā)明的陰螺紋管件中的幾個(gè)陰螺紋；圖6表示圖5的詳細(xì)情況；圖7表示在裝配圖4和圖5所示的陽螺紋和陰螺紋開始時(shí)的接合狀態(tài)；圖8表示裝配完成后圖4和圖5所示的同一個(gè)陽螺紋件和陰螺紋件；圖9表示在圖2所示的本發(fā)明螺紋管連接中的陽螺紋管件的幾個(gè)陽螺紋；圖10表示在圖2所示的陰螺紋管連接中的幾個(gè)陰螺紋；圖11表示在裝配圖9和圖10所示的陽螺紋和陰螺紋開始時(shí)的接合狀態(tài)；圖12表示圖11中的細(xì)部結(jié)構(gòu)；圖13表示在裝配完成后圖9和圖10所示的同一個(gè)陽螺紋件和陰螺紋件；圖14表示圖9的變型；圖15表示在裝配完成后的圖14和圖10所示的陽螺紋和陰螺紋；圖16表示圖2所示的陽螺紋件的自由端區(qū)域；圖17表示在圖2所示的本發(fā)明的陰螺紋管件內(nèi)部的容納區(qū)；圖18表示在螺紋件裝配后圖16所示的自由端區(qū)和圖17所示的容納區(qū)；圖19為表示圖9～13和圖16～18所示的螺紋連接裝配曲線的圖形；圖20為表示在圖9～13和圖16～18所示的螺紋連接中，在裝配過程中所承擔(dān)的扭矩和開始拆開的扭矩與裝拆循環(huán)數(shù)目的函數(shù)關(guān)系圖形。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)API技術(shù)規(guī)格5CT，在二根金屬管101和101′之間，使用一個(gè)管接頭102和包括2個(gè)螺紋連接的螺紋連接100。
管子101、101′的每一個(gè)末端包括一個(gè)陽螺紋件1、1′，該陽螺紋件包括“圓形”螺紋的有錐度的陽螺紋103、103′，其終端為陽螺紋的端面109、109′。
管接頭102包括相對(duì)于管接頭的中間平面對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)陰螺紋件2、2′，每一個(gè)陰螺紋件包括與陽螺紋嚙合的錐形陰螺紋104、104′。
陽螺紋103、103′裝配時(shí)與陰螺紋104、104′嚙合。
API技術(shù)規(guī)格5B規(guī)定了這種形式連接的螺紋形狀、尺寸、螺紋錐度、螺距等。
雖然沒有示出，根據(jù)API技術(shù)規(guī)格5CT和5B，也可以使用帶有“鋸齒”形螺紋的連接，這種連接的螺紋配置方式與圖1中的配置方式相同，但是采用梯形螺紋。
圖2表示具有帶錐形螺紋203、204和梯形螺紋的兩個(gè)陽螺紋件1、1′和兩個(gè)陰螺紋件2、2′的螺紋連接200。管接頭202在兩個(gè)陰螺紋件之間的中心部分上有一個(gè)突出部分206，該突出部分可使流體在管子201、201′中作非紊流流動(dòng)，并且使陰螺紋接合面(abutment)210緊靠在由管子的環(huán)形端面構(gòu)成的陽螺紋接合面209上。
錐形的陽螺紋和陰螺紋的密封表面207和208設(shè)在沒有螺紋的部分，并在徑向方向有過盈，使得在該密封表面之間形成彈性接觸壓力，能夠使圖2所示的連接密封。
圖3表示在兩根管子301和302之間包括二級(jí)直螺紋的一個(gè)整體式螺紋連接300。
管子301的末端包括具有二級(jí)直的陽螺紋303、303′的陽螺紋件1；在兩個(gè)陽螺紋級(jí)之間的半燕尾式的錐形陽螺紋肩部表面307；和在陽螺紋件每一個(gè)末端上的貼緊部分309、309′。
管子302的末端包括與陽螺紋件1嚙合并作為二級(jí)直的陰螺紋304、304′的陰螺紋件2；在兩個(gè)陰螺紋之間的半燕尾式的陰螺紋錐形肩部表面308；和在陰螺紋件每一個(gè)末端上的接合面310、310′。
管接頭300的陽螺紋和陰螺紋為梯形螺紋，并且在正常情況下裝配后沒有徑向過盈。
在連接狀態(tài)下，肩部307、308形成主要的接合面。接合面309、309′、310、310′只是在主要的接合面凹下去的情況下，才起備用接合面的作用。
分別在陽螺紋件和陰螺紋件上作出的錐形表面311′、312′在陽螺紋件的末端附近形成一對(duì)內(nèi)部的金屬-金屬的密封表面。在陰螺紋件的末端附近，錐形表面311、312形成一對(duì)外部的金屬-金屬密封表面。一對(duì)外部的密封表面311、312可以放置在肩部307、308和大直徑螺紋303、304之間。
圖4表示圖1所示的錐形陽螺紋103的幾個(gè)三角形螺紋11的縱截面。
陽螺紋11包括兩個(gè)直線形齒側(cè)面13、15。每一個(gè)螺紋齒側(cè)面與螺紋件的XX軸線的法線YY成30度角；并且該法線的每一側(cè)-倒圓的陽螺紋牙頂17和陽螺紋的根部19-也倒圓。
表面法線指向陽螺紋自由端109的螺紋齒側(cè)面15為稱作接合齒側(cè)面的螺紋齒側(cè)面，這是因?yàn)樵谘b配使陽螺紋與陰螺紋嚙合形成連接的過程中，陽螺紋的接合齒側(cè)面靠在陰螺紋的接合齒側(cè)面上。
表面法線指向與陽螺紋自由端109相對(duì)的一側(cè)的螺紋齒側(cè)面13為承載齒側(cè)面。承載齒側(cè)面支承著作用在螺紋連接上的軸向拉伸負(fù)荷。陽螺紋的表面13、15和區(qū)域17、19要加工。
圖5表示通過圖1所示的錐形陰螺紋104的幾個(gè)三角形螺紋12的縱截面。
陰螺紋12的形式與陽螺紋11的形式相適應(yīng)，每一個(gè)陰螺紋都有接合的齒側(cè)面16和承載的齒側(cè)面14，它們與螺紋件的軸線的法線yy的每一側(cè)成30度角；每一個(gè)陰螺紋還有一個(gè)陰螺紋牙頂20和陰螺紋根部18。
陰螺紋的表面14、16和區(qū)域18、20經(jīng)過處理，可以吸收或吸附潤滑物質(zhì)。為此，這些表面和區(qū)域包括由磷酸錳在加工的螺紋表面上形成的厚度為0.006mm的轉(zhuǎn)換層32。磷酸錳層特別適合于處理非合金的或輕合金鋼的螺紋件。
還可以用其他磷酸鹽層，例如磷酸鋅層。
在鉻含量高或鎳基合金的鋼制螺紋件的情況下，可以利用與草酸化合或利用沉積銅金屬的方法形成該層。
不同層的厚度與磷酸錳層的厚度為同一個(gè)數(shù)量級(jí)。
陰螺紋12的處理過的表面涂敷有潤滑物質(zhì)薄層22，該薄層部分地吸附或吸收在磷酸錳層中，并且在螺紋12的處理過的表面上，以幾微米的厚度基本上均勻地覆蓋磷酸錳層。被磷酸鹽層吸附或吸收的層的重量與在磷酸鹽層上的層的重量之比為大約1/1。
下面的成分為適當(dāng)?shù)臐櫥镔|(zhì)的成分(重量％)和層的重量(g/m2)的例子。
例1-石油固體石蠟19％-含硫產(chǎn)品6％-高堿性的磺酸鹽 13％-金屬二硫代磷酸鹽3％
-礦物油 59％沉積物重量20g/m2該潤滑物質(zhì)包括三種化學(xué)EP添加劑，即含硫產(chǎn)品、高堿性磺酸鹽和金屬二硫代磷酸鹽，它們都是可溶于油的組分。蠟也可溶于油中。
例2-氧化礦脂蠟 29％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性磺酸鈣 13％-金屬二硫代磷酸鹽(Zn) 3％-礦物油 49％沉積物重量20g/m2±1000℃時(shí)沉積物運(yùn)動(dòng)粘度 260cst.
應(yīng)當(dāng)注意，氧化的礦脂蠟是對(duì)溫度非常穩(wěn)定的化合物，當(dāng)溫度保持在160℃時(shí)化學(xué)性質(zhì)不惡化。這種化學(xué)穩(wěn)定性可將螺紋連接下降至溫度可達(dá)160℃的井底，而不會(huì)使蠟的特性產(chǎn)生不可逆的改變；然后可將螺紋連接從井中提升起來，在再次裝配前拆開，并再次下降至同一個(gè)井或另一個(gè)井中。
例3-礦脂蠟31％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性的磺酸鹽13％-金屬二硫代磷酸鹽 3％-礦物油47％沉積物重量 24g/m2例4-增粘的石油樹脂30％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性的磺酸鹽13％-金屬的二硫代磷酸鹽3％-礦物油48％沉積物重量 21g/m2例5
-磺化蠟 30％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性的磺酸鹽 13％-金屬二硫代磷酸鹽 3％-礦物油 48％沉積物重量 21g/m2例6-瀝青 30％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性磺酸鹽 13％-金屬二硫代磷酸鹽 3％-礦物油 48％沉積物重量 22g/m2例7-硬脂酸鋁 30％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性磺酸鹽 13％-金屬二硫代磷酸鹽 3％-礦物油 48％沉積物重量 23g/m2例8-親脂的膨潤土 9％-含硫產(chǎn)品 7％-高堿性磺酸鹽 13％-金屬二硫代磷酸鹽 3％-礦物油 68％沉積物重量 14g/m2例9-聚甲基丙烯酸烷基酯(有機(jī)增稠劑)12％-含硫產(chǎn)品 6％-高堿性磺酸鹽 12％
-金屬二硫代磷酸鹽 4％-礦物油 66％沉積物重量23g/m2例10-氧化的礦脂蠟 39％-聚異丁烯 2％-氯化石蠟 59％沉積物重量21g/m2在例10中，氯化石蠟具有油性稠度，加入小比例的聚異丁烯(合成堿)形式的油。
使用氯化石蠟作為化學(xué)EP添加劑，使這種成分更適合用于某種不銹鋼的螺紋件(不易被氯或氯化物腐蝕)或鎳合金螺紋件。
例11-氧化礦脂蠟 67％-含硫產(chǎn)品 5％-高堿性的磺酸鈣 12％-金屬二硫代磷酸鹽(Zn)5％-礦物油 11％沉積物重量23g/m2+100℃時(shí)沉積物運(yùn)動(dòng)粘度580cst.
在所有上述例子中，因?yàn)闈櫥镔|(zhì)的薄膜形成性質(zhì)和它原本就是液體混合物，因此所得到的潤滑物質(zhì)沉積物是光滑的。
在除了例5和例9以外的上述所有例子中，所得到的潤滑物質(zhì)的沉積物具有蠟狀的、粘接劑的外觀，在室溫下不會(huì)流動(dòng)和具有膏狀的稠度；在裝配螺紋件能達(dá)到的溫度，即+100℃時(shí)，這種沉積物的粘度在100cSt～1000cSt范圍內(nèi)。
在例5和例9的情況下，沉積物的外觀為非常粘性的清漆，其稠度達(dá)到半固體一樣。
在除了例10以外的所有例子中，潤滑物質(zhì)包括三種化學(xué)EP添加劑作為EP添加劑，總的EP添加劑含量大約為20～25％。
在例1～9中，含硫產(chǎn)品、高堿性磺酸鹽和金屬二硫代磷酸鹽之間的比例基本上為2∶4∶1。在例11中，基本為1∶2∶1。
潤滑物質(zhì)中的油含量根據(jù)增稠劑和/或EP添加劑的性質(zhì)和所希望的稠度而有很大不同·對(duì)于例1～7，大約為50％，對(duì)于例8(增稠劑＝親脂的膨潤土)和例9(稠度流動(dòng)性較大)，大約為65～70％；·對(duì)于例11(比較象固體一樣的蠟狀稠度)，大約為10％；·對(duì)于例10，因?yàn)樗x擇的石蠟比例的稠度為油性的，只大約為2％。
在所有包括有機(jī)增稠劑的例子中，即，除了例8以外的所有例子中，增稠劑包含有明顯極性的化學(xué)分子，可使增稠劑粘接在螺紋的處理過的金屬表面上，使該表面具有疏水性性質(zhì)。這種粘接劑的疏水性性質(zhì)可使?jié)櫥镔|(zhì)的薄層22很好地覆蓋螺紋的處理過的表面，并保護(hù)該表面不受腐蝕，特別是在使用以前存貯帶有螺紋件的管路時(shí)更是如此。
這11個(gè)例子的所有組分在ASTMD 2596“4球”試驗(yàn)(EP試驗(yàn))中產(chǎn)生大于800kg的焊接負(fù)荷；并且在ASTMD 2266的磨損試驗(yàn)過程中，在392N(40Kg)的負(fù)荷下，1小時(shí)以后產(chǎn)生直徑為0.35～0.37mm的磨損標(biāo)記。
11個(gè)例子中的所有化學(xué)EP添加劑的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都與相應(yīng)的增稠劑相適應(yīng)?；瘜W(xué)EP添加劑必需在受到由潤滑薄膜局部破裂產(chǎn)生的溫度作用之前保持穩(wěn)定；并且能使該添加劑與金屬表面接觸起化學(xué)反應(yīng)，形成甚至當(dāng)接觸壓力超過1000MPa時(shí)，也能防止或延緩擦傷的組分。
除了增稠劑、EP添加劑和油以外，潤滑物質(zhì)還可選擇包括小于5％的著色劑，該著色劑對(duì)抗擦傷性質(zhì)沒有作用，只是表示存在本發(fā)明的潤滑物質(zhì)的薄層(對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的API潤滑脂的追蹤能力和區(qū)別能力)。
這樣，潤滑物質(zhì)可以包括2.5％的粉末碳黑，使?jié)櫥镔|(zhì)帶有高度均勻的黑色；或包括0.12％的熒光素(發(fā)熒光的綠光)，使?jié)櫥镔|(zhì)帶有暗綠色。
圖7表示在裝配時(shí)陰螺紋12與陽螺紋11接合過程中的陰螺紋12。
潤滑物質(zhì)層22防止加工的陽螺紋接合齒側(cè)面15和由磷酸鹽處理的陰螺紋接合齒側(cè)面16直接接觸。
因?yàn)檠b配只是剛開始和由于螺紋有錐度，因此在層22和承載齒側(cè)面13、14處的陽螺紋表面與螺紋牙頂和根部之間保留有自由空間。
層22在接合齒側(cè)面上支承管子101的重量，管子101位于管接頭102之上的垂直位置，管接頭102與管子101′連接，并由裝配管鉗加上大的扭矩。
即使在嚙合過程中陽螺紋件1和陰螺紋件2的軸線稍微不對(duì)準(zhǔn)，在沒有潤滑層的情況下，也可使螺紋的接合側(cè)表面咬住，使接觸的螺紋齒側(cè)表面快速擦傷，不可能將擦傷的螺紋連接拆開，并且在任何情況下螺紋損壞的表面都必需重新修理。
在層22的潤滑物質(zhì)中有增稠劑和油，以及潤滑物質(zhì)的粘度可保證在有剪切應(yīng)力時(shí)，可以突現(xiàn)對(duì)油或潤滑脂典型的自行潤滑。結(jié)果，在外部工作溫度為-50℃～+50℃范圍內(nèi)，剪切不會(huì)使?jié)櫥镔|(zhì)裂開；因此可以說在剪切時(shí)，潤滑物質(zhì)自行愈合或自行連接。
陰螺紋12表面上的磷酸鹽層32可以有效地將潤滑物質(zhì)保留在這些螺紋的表面上。
在極端壓力條件下，當(dāng)潤滑物質(zhì)的自行供給局部中斷時(shí)，化學(xué)極端壓力添加劑接著可防止產(chǎn)生擦傷。
圖8表示在最后裝配位置的陽螺紋11和陰螺紋12。
在裝配過程中，薄層22的潤滑物質(zhì)分布在螺紋的螺旋線表面之間的間隙中。潤滑物質(zhì)在承載齒側(cè)面13、14之間和接合齒側(cè)面15、16之間，并且由于尺寸公差，在配對(duì)后或多或少充滿螺紋牙頂和根部17、18、19、20之間的間隙。
由于這樣，多余的潤滑物質(zhì)不排出至井中，并且螺紋件不會(huì)因潤滑物質(zhì)剩余太多產(chǎn)生的壓力而變形。
連接螺紋的拆開會(huì)將層22分離成兩部分，這種分離在該層內(nèi)是隨機(jī)性質(zhì)的。
然而，陽螺紋和陰螺紋上的剩余的層可允許進(jìn)行至少10次裝拆循環(huán)，而不會(huì)造成擦傷。
另一方面，發(fā)明者注意到，如果在循環(huán)之間不更新添加劑，簡單地加入比充滿螺紋之間間隙所需標(biāo)準(zhǔn)量減小的通常的API 5A2潤滑脂，則在幾次裝配/拆卸循環(huán)后，螺紋迅速被擦傷。
圖9表示圖2所示的錐形陽螺紋203的幾個(gè)梯形陽螺紋51的縱截面。
陽螺紋51包括四個(gè)直線形表面，即·承載螺紋齒側(cè)面53；·接合螺紋齒側(cè)面55；
·螺紋牙頂57；·螺紋根部59。
螺紋牙頂和根部與螺紋103的螺距錐度平行。
在沒有示出的一個(gè)變型中，螺紋牙頂和根部可以與螺紋連接軸線平行，這樣，接合齒側(cè)面的徑向高度比承載齒側(cè)面的徑向高度大。
承載齒側(cè)面53與螺紋件軸線的法線成一個(gè)小的負(fù)角A(例如-3°)，因此稍微突出。
接合齒側(cè)面55與螺紋連接軸線的法線成一個(gè)正的B角，使螺紋51的底部比牙頂57窄些，這樣便于加工。
螺紋51的四個(gè)加工的表面53、55、57、59涂敷有沉積物21，沉積物的潤滑物質(zhì)為與圖5中由沉積物22形成的潤滑物質(zhì)相同，其厚度為幾微米。層的成分和重量與圖5中所述層的成分和重量相同。
圖10表示圖2所示的錐形陰螺紋204的幾個(gè)梯形陰螺紋52的縱截面圖。
陰螺紋52包括4個(gè)直線形表面，其形狀和位置與陽螺紋51的形狀和位置相適應(yīng)，即·帶有小的負(fù)角A的承載齒側(cè)面54；·帶有正角B的接合螺紋齒側(cè)面56；·螺紋牙頂60；·螺紋根部58。
為了形成0.006mm厚的磷酸鹽層32，如圖5的情況一樣，表面54、56、58、60利用磷酸錳進(jìn)行處理。
陰螺紋52的處理過的表面涂敷有與圖5所述相同的潤滑物質(zhì)薄層22。
該潤滑物質(zhì)被吸收或吸附在螺紋52的處理過的表面上，并均勻地覆蓋該表面至幾微米的厚度。層的成分和重量與圖5所述的層的成分和重量相同。
如圖5所示，為了形成適合于吸收或吸附潤滑物質(zhì)的表面，磷酸錳可以用更適合于螺紋件的金屬的另一種表面處理代替。
圖11表示當(dāng)通過裝配與陽螺紋51連接時(shí)，在接合狀態(tài)下的陰螺紋52。
在接合齒側(cè)面55、56處(見圖12)，層21、22形成一個(gè)層23，在接合狀態(tài)下，不接觸的其他表面之間的層23的性質(zhì)是不同的。
如果陽螺紋的軸線與陰螺紋的軸線成一個(gè)角度，則層23支承要連接的管201的重量，裝配扭矩和可能的任何側(cè)向力。
當(dāng)裝配完成時(shí)(圖13)，潤滑物質(zhì)基本上充滿螺紋51、52之間的所有間隙，并防止在拉力作用下承載齒側(cè)面53、54之間以及徑向過盈的陰螺紋牙頂60與陽螺紋根部59之間的直接接觸。
圖14表示圖9的一個(gè)變型，其中，潤滑物質(zhì)層21不是直接在陽螺紋加工表面上形成的，而是在性質(zhì)和厚度上都與圖10所示的陰螺紋52的表面上的層32相同的開始沉積的磷酸鹽層31上。
這種結(jié)構(gòu)可以更好地將潤滑物質(zhì)保持在陽螺紋的表面上，以得到如圖14所示的與圖10所示的相應(yīng)陰螺紋構(gòu)成的連接，這種連接特別適合于多次裝拆循環(huán)而不會(huì)有擦傷的危險(xiǎn)。
另一方面，圖15所示的螺紋連接要求在管接頭202和管子101，101′上都有磷酸鹽，因此比圖13所示的螺紋連接昂貴。
圖16表示管子201的自由端區(qū)域，因而也是圖2所示的陽螺紋件的自由端區(qū)域。
圖16中，潤滑物質(zhì)層21不但覆蓋圖9所示的陽螺紋51的表面，而且覆蓋螺紋外面的陽螺紋的整個(gè)外周邊表面；更具體地說，在27處，覆蓋陽螺紋的密封表面207；和在29處，覆蓋管端上的陽螺紋接合面209。沉積在表面207、209上的層的重量基本上與沉積在陽螺紋表面上的重量相同。
圖17表示圖2所示的管接頭202的陽螺紋端的陰螺紋容納區(qū)。
圖17中，螺紋204和突出部分206之間的陰螺紋件的內(nèi)表面以與圖10所示的陰螺紋52的表面一樣的方法利用磷酸錳(層32)進(jìn)行處理，并且如螺紋52的表面一樣，涂敷有潤滑物質(zhì)層22。
更具體地說，層32和22在38和28處涂在陰螺紋支承表面208上；在40和30處，涂在陰螺紋的接合面210上。
這些層在突出部分206的內(nèi)周邊表面上和管接頭202的外周邊表面上延伸。
對(duì)于密封表面208、陰螺紋接合面210和陰螺紋52，磷酸鹽層厚度基本上相同。
同樣，對(duì)于密封表面208，陰螺紋的貼緊部分210和陰螺紋52，潤滑物質(zhì)層的重量基本上相同。
圖18表示圖16所示的陽螺紋自由端在裝配位置與圖17所示的相應(yīng)陰螺紋區(qū)域的連接。
在裝配過程中，潤滑物質(zhì)層27、28互相接觸。
當(dāng)繼續(xù)裝配時(shí)，磷酸鹽層38保持住這些層，防止密封表面的金屬表面直接接觸，并且特別當(dāng)表面207、208只是稍微傾斜和達(dá)到最后裝配位置之前這些表面在相當(dāng)大的長度上接觸時(shí)，防止它們擦傷。
潤滑物質(zhì)的作用機(jī)理與在螺紋表面上的作用機(jī)理相同。
在裝配結(jié)束時(shí)，在接合面209、210處的層29、30接觸，并借助同樣的機(jī)理防止這些表面擦傷。
磷酸鹽層40也將盡量多的潤滑物質(zhì)薄膜保持住。雖然沒有示出，但也可以設(shè)想，如同圖1 7的情況一樣，不將27、29處的潤滑層(陽螺紋的密封表面和接合面)直接沉積在加工過的金屬表面上，而是沉積在用磷酸鹽處理過的表面上。
還可以容易地將圖4～18的結(jié)構(gòu)用在圖3所示的帶有一級(jí)或多級(jí)(例如在303、303′，304，304′上的級(jí))整體螺紋連接的直螺紋上；以及用在所述螺紋連接的接合面和密封表面上。
其他沒有說明的實(shí)施例也包括在本發(fā)明中，特別是當(dāng)磷酸鹽層作在陽螺紋件的螺紋表面上，而不是作在陰螺紋的螺紋表面上(與圖1～18所示的結(jié)構(gòu)相反)上時(shí)更是如此。
不論螺紋或螺紋部分的配置如何，本發(fā)明可適用于任何陽螺紋或陰螺紋件，適合于任何螺紋形式，任何沿著螺紋是固定的或改變的螺紋寬度，有過盈或沒有過盈的螺紋，同一螺紋的兩個(gè)齒側(cè)面有接觸或沒有接觸或干涉，不論螺紋連接是用螺紋連接式的或整體式的都適用。另外，不論支承表面和接合面的數(shù)目、形式和位置都可以適用。
現(xiàn)在來說明將潤滑物質(zhì)的薄層沉積在螺紋表面、密封表面和/或接合面以得到上述抗擦傷連接的方法的非限制性例子。
制備粘度為利用FORDn°4杯在25℃時(shí)測定的液體混合物。下面給出配方的一些非限制性例子。液體混合物配方的例子數(shù)目分別與上述的潤滑物質(zhì)組分的例子中所用的液體混合物數(shù)目相適應(yīng)。潤滑物質(zhì)的“干萃取物”對(duì)應(yīng)于同一個(gè)例子中的液體混合物。
例1
-特殊的碳?xì)浠衔锶軇? 20％-礦物油 47％-石油固體石蠟 15％-含硫產(chǎn)品 5％-高堿性的磺酸鹽 10％-金屬二硫代磷酸鹽 3％FORDn°4杯粘度 20s例2-特殊的碳?xì)浠衔锶軇?石油溶劑)23％-礦物油37％-氧化的礦脂蠟 22％-含硫產(chǎn)品 5％-高堿性的磺酸鹽10％-金屬二硫代磷酸鹽 3％FORDn°4杯粘度 20s例3-特殊的碳?xì)浠衔锶軇? 20％-礦物油37％-礦脂蠟25％-含硫產(chǎn)品 5％-高堿性的磺酸鹽10％-金屬二硫代磷酸鹽 3％FORDn°4杯粘度 21s例4-特殊的碳?xì)浠衔锶軇? 22％-礦物油37％-增粘的石油樹脂23％-含硫產(chǎn)品 5％-高堿性的磺酸鹽10％-金屬二硫代磷酸鹽 3％FORDn° 4杯粘度 18s
例5-特殊的碳?xì)浠衔锶軇?2％-礦物油 37％-磺化蠟 23％-含硫產(chǎn)品5％-高堿性的磺酸鹽 10％-金屬二硫代磷酸鹽3％FORDn°4杯粘度 16s例6-特殊的碳?xì)浠衔锶軇?2％-礦物油 37％-瀝青23％-含硫產(chǎn)品5％-高堿性磺酸鹽10％-金屬二硫代磷酸鹽3％FORDn°4杯粘度 17s例7-特殊的碳?xì)浠衔锶軇?0％-礦物油 39％-硬脂酸鉛23％-含硫產(chǎn)品5％-高堿性磺酸鹽10％-金屬二硫代磷酸鹽3％FORDn°4杯粘度 18s例8-特殊的碳?xì)浠衔锶軇?0％-礦物油 54％-親脂膨潤土 8％-含硫產(chǎn)品5％-高堿性磺酸鹽10％-金屬二硫代磷酸鹽3％
FORDn°4杯粘度 17s例9-特殊的碳?xì)浠衔锶軇? 20％-礦物油 52％-50％聚甲基丙烯酸烷基酯 10％-含硫產(chǎn)品 5％-高堿性磺酸鹽 10％-金屬二硫代磷酸鹽 3％FORDn°4杯粘度 22s例10-特殊的碳?xì)浠衔锶軇? 42％-氧化的礦脂蠟 23％-聚異丁烯 1％-氯化石蠟 34％FORDn°4杯粘度 20s例11-特殊的碳?xì)浠衔锶軇?庚烷) 40％-礦物油 7％-氧化的礦脂蠟 40％-含硫產(chǎn)品 3％-高堿性的磺酸鹽 7％-金屬二硫代磷酸鹽 3％FORDn°4杯粘度 20s所有這些液體混合物都是相似的和穩(wěn)定的，它們是均勻的，在去除溶劑后，形成如上所述的均勻的潤滑物質(zhì)。
這些液體混合物容易事先制備，并在使用之前存貯在封閉容器中。如果需要，可以在使用前，使混合物攪拌均勻。
該混合物必需加在圖2所示的陽螺紋和陰螺紋件上成一薄層，厚度基本上均勻，特別是要加在每一個(gè)螺紋件的螺紋203、204上，密封表面207、208上和接合面209、210上。
例1～7和9～11中的混合物所用的有機(jī)增稠劑含有帶明顯極性的化學(xué)分子，可使液體混合物更好地粘接在要涂層的襯底上。
液體混合物中的溶劑含量在例1～9中大約為20％，而在例10和例11中大約為40％。溶劑的含量是隨著溶劑蒸發(fā)后得到的干燥萃取物的稠度和溶劑的性質(zhì)(石油溶劑，庚烷等)的變化而變化的。
已加工的管子201末端的陽螺紋件1在用于對(duì)陽螺紋件進(jìn)行磷化處理的噴射頭下面。
在低壓下(相對(duì)壓力為1～3巴)將液體混合物送入噴射頭中，將液體混合物噴射在螺紋件的外表面上。
由于液體混合物的粘度低，它以均勻厚度的薄膜形式分布在螺紋203的整個(gè)周邊、密封表面207和接合面209上。
液體混合物薄膜的厚度是混合物的粘度的函數(shù)，混合物的粘度則為油和揮發(fā)性溶劑的含量的函數(shù)。油和揮發(fā)性溶劑的含量高，使混合物的粘度降低，因而減小液體薄膜的厚度。
然后，將溶劑完全蒸發(fā)掉，得到厚度基本上均勻的潤滑物質(zhì)層。
液體混合物的干燥時(shí)間與溶劑的蒸發(fā)時(shí)間有聯(lián)系，溶劑蒸發(fā)時(shí)間是溶劑性質(zhì)(例如，庚烷的蒸發(fā)時(shí)間比石油溶劑的蒸發(fā)時(shí)間短)和干燥溫度的函數(shù)。
要涂層的陰螺紋件2放在管接頭202內(nèi)。
管接頭202已經(jīng)以公知方式經(jīng)過磷酸錳處理，磷酸錳涂在兩個(gè)陰螺紋件中每一個(gè)的螺紋204、密封表面208和接合面210上，其精細(xì)的磷酸鹽轉(zhuǎn)換層的厚度大約為0.006mm。
將管接頭202單個(gè)地放入油漆箱中，油漆箱包含噴嘴，可供給液體混合物并將液體混合物小滴噴射在每一個(gè)陰螺紋件的螺紋、密封表面和接合面上。
所產(chǎn)生的液體混合物薄膜的厚度是液體混合物的粘度、噴射壓力、噴嘴直徑和噴射持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。
然后將管接頭從油漆箱中取出，利用循環(huán)的熱空氣干燥，直至溶劑完全蒸發(fā)掉為止。
使用將兩個(gè)陰螺紋件中的一個(gè)陰螺紋件裝在管子101兩個(gè)末端中的一個(gè)末端上的陽螺紋件上，可用標(biāo)準(zhǔn)方法在工廠裝配每一個(gè)管接頭202。
為了防止螺紋件在運(yùn)輸或存貯過程中被磨粒污染，將管接頭202的沒有裝配的第二個(gè)陰螺紋件和在管子201另一端沒有裝配的第二個(gè)陽螺紋件用保護(hù)裝置保護(hù)起來，因?yàn)檫@種污染會(huì)在石油井中使用的過程中使密封性能變壞。
所加的潤滑物質(zhì)具有疏水性質(zhì)和防腐蝕性質(zhì)，可以保護(hù)螺紋件在存貯和運(yùn)輸過程中不被腐蝕。
但是，如果潤滑物質(zhì)被污染，則容易利用高的水壓力或石油溶劑將該潤滑脂層去掉，再用(例如)刷子涂上新的液體混合物薄膜，并使溶劑蒸發(fā)掉。
將著色劑加入潤滑物質(zhì)中，便于檢查清除污染的潤滑物質(zhì)層和重新形成潤滑物質(zhì)層的操作。
另外，可將標(biāo)準(zhǔn)的API型潤滑脂加在涂敷或不涂敷或局部不涂敷潤滑物質(zhì)的螺紋件上。潤滑物質(zhì)完全與API型潤滑脂相適應(yīng)。
對(duì)滑動(dòng)的光澤面不可能進(jìn)行這種修理。
圖19表示利用中請(qǐng)人編輯的VAM目錄940項(xiàng)所述的VAM TOP螺紋連接得到的兩條裝配曲線。螺紋連接的尺寸為51/2″×17磅/英尺(管子外徑139.7mm，管子壁厚度7.72mm)，管子由輕合金鋼制成，經(jīng)過熱處理，等級(jí)為L80(彈性極限為551MPa或更大)。
圖19表示對(duì)于兩個(gè)試驗(yàn)A和B，縱坐標(biāo)上的裝配扭矩T與螺紋圈數(shù)N的函數(shù)關(guān)系。為了容易閱讀，曲線A和B沿著X軸線偏移。
曲線A表示本發(fā)明的螺紋連接陽螺紋件與圖9中的陽螺紋件相同(用帶有例2中組分的潤滑物質(zhì)涂層的加工的梯形螺紋)，而陰螺紋件與圖10所示的陰螺紋件相同(用磷酸錳處理并用帶有例2中組分的同樣的潤滑物質(zhì)涂層的梯形螺紋)。
曲線B表示以API 5A2潤滑脂按標(biāo)準(zhǔn)方法潤滑的參考的螺紋連接。
在曲線A和B中，一旦陽螺紋件與陰螺紋件嚙合，因?yàn)樵诮佑|壓力作用下的螺紋的相應(yīng)表面的滑動(dòng)，裝配扭矩穩(wěn)定增大。因?yàn)橛陕菁y連接的尺寸特性造成的陽螺紋和陰螺紋之間的徑向過盈大，因此裝配扭矩大大增加。
注意，在給定時(shí)間內(nèi)，裝配曲線斜率的增加表示在密封表面207-208之間出現(xiàn)徑向過盈。圖19中的曲線A和B為密封表面之間具有大過盈的螺紋連接的特征曲線。
從點(diǎn)S開始，裝配扭矩幾乎垂直地增加，這表示接合面209/210進(jìn)入接觸。
點(diǎn)F表示最后的裝配扭矩。該扭矩位于這種形式的螺紋連接所具有的最小裝配扭矩(Tmin)和最大裝配扭矩(Tmax)之間。
從外形和從承擔(dān)的扭矩TS和最后扭矩TF來看，對(duì)本發(fā)明的螺紋連接得出的曲線A與對(duì)用API潤滑脂潤滑的螺紋連接得出的曲線B非常相似。這表明，本發(fā)明潤滑物質(zhì)的摩擦系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)API潤滑脂的摩擦系數(shù)相同。
對(duì)于兩條曲線A和B，因?yàn)樗囼?yàn)的螺紋件的具體配對(duì)，承擔(dān)扭矩TS等于這種形式的螺紋連接所特有的最優(yōu)裝配扭矩的大約70％(螺紋之間和密封表面之間的大過盈)。
圖20中的曲線A和B表示與上述圖中的螺紋連接相同和用同樣方法處理的VAM TOP螺紋連接的承擔(dān)扭矩隨著裝拆循環(huán)次數(shù)的變化而變化的函數(shù)關(guān)系(10個(gè)循環(huán)以下)，其中，承擔(dān)扭矩用相對(duì)于最優(yōu)裝配扭矩的相對(duì)值表示，而最優(yōu)裝配扭矩為所述的最小裝配扭矩與最大扭矩之間的平均值。
圖20表示在10次裝拆循環(huán)過程中，承擔(dān)扭矩變化很小，并且本發(fā)明的螺紋連接的承擔(dān)扭矩(曲線A)比用API潤滑脂涂層的螺紋連接的承擔(dān)扭矩(曲線B)更好，甚至當(dāng)在裝拆循環(huán)之間更新涂層也是這樣在曲線A的情況下，承擔(dān)扭矩從第一次裝配時(shí)的為最優(yōu)裝配扭矩的69％變化至第10次裝配時(shí)的58％；而在曲線B的情況下，從第一次裝配的70％變化至第6次裝配的36％。這表明，在10次裝拆循環(huán)后，在本發(fā)明的螺紋連接上保留有足夠的潤滑物質(zhì)，可使螺紋和支承表面上得到穩(wěn)定的潤滑特性。
圖20中的曲線C和D表示對(duì)于與圖20的曲線A和B相同的螺紋連接，初次拆開的扭矩隨著連續(xù)10次裝拆循環(huán)的拆開數(shù)目變化而變化的情況，這種變化是相對(duì)于最后的裝配扭矩表示的。
因?yàn)闆]有擦傷，圖20中的曲線C的第一個(gè)提示(本發(fā)明的螺紋連接)是連接總是可以拆開。
曲線C的最初拆開扭矩在最后裝配扭矩的97％和106％之間變化，再次表明性能穩(wěn)定。
在圖20的曲線D的情況下(API潤滑脂)，最初拆開扭矩在最后裝配扭矩的84％和101％之間變化，表示變化比曲線C的變化稍微大些。
在10次裝拆循環(huán)后螺紋和密封表面的肉眼觀察的最后外觀很好，沒有擦傷痕跡。
下表比較在相同的VAM TOP51/2″17磅/英尺L80等級(jí)的螺紋連接上進(jìn)行圖19和圖20的試驗(yàn)，在進(jìn)行了最大10次循環(huán)時(shí)出現(xiàn)擦傷以前所得到的裝拆循環(huán)次數(shù)。但螺紋元件選擇其螺紋之間的過盈較小，而支承表面之間的過盈較大。

結(jié)果證實(shí)，采用現(xiàn)有技術(shù)的MoS2干燥光澤面導(dǎo)致迅速出現(xiàn)不可接受的擦傷，而從擦傷觀點(diǎn)來看，與采用由API潤滑脂涂層的螺紋連接的結(jié)果比較，采用上述潤滑物質(zhì)可得到滿意的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種耐擦傷的螺紋管連接的陽螺紋件或陰螺紋件(2)，它包括相應(yīng)的陽螺紋或陰螺紋(104，204)，潤滑物質(zhì)的薄層(22)沉積在螺紋連接的螺紋(12、52)的至少是表面(14，16，18，20，54，56，58，60)上，所述表面經(jīng)過處理，可以吸收或吸附所述潤滑物質(zhì)，其特征在于，潤滑物質(zhì)為下列物質(zhì)的均勻混合物a)增稠劑；b)至少一種極端壓力添加劑，該一種或多種極端壓力添加劑的物理和化學(xué)性質(zhì)與增稠劑相適應(yīng)，并包括至少一種稱為化學(xué)EP添加劑的可進(jìn)行化學(xué)作用的極端壓力添加劑，該化學(xué)EP添加劑能夠在Hertz壓力為1000MPa或更大的情況下使用；和c)油；潤滑物質(zhì)的組分的比例選擇得使所述潤滑物質(zhì)的稠度能保證自行潤滑和形成薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的螺紋件，其特征在于，一種或多種化學(xué)EP添加劑和增稠劑均可溶于油中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的螺紋件，其特征在于，增稠劑含有帶明顯極性的化學(xué)分子。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，在120℃或更高，優(yōu)選為160℃或更高的溫度下，增稠劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，所述增稠劑為有機(jī)增稠劑。
6.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，所述增稠劑為無機(jī)增稠劑。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，一種或多種化學(xué)EP添加劑從以磷為基礎(chǔ)、以硫和磷為基礎(chǔ)、以氯為基礎(chǔ)和以改性或不改性的酯類為基礎(chǔ)、改性或不改性的脂肪酸為基礎(chǔ)、或以復(fù)雜酯類為基礎(chǔ)的硫基的或含硫的化學(xué)EP添加劑組成的組中選擇。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，有機(jī)增稠劑為氧化的礦脂蠟，其中使用了多種包括含硫產(chǎn)品、高堿性的磺酸鹽和金屬二硫代磷酸鹽的化學(xué)EP添加劑，并且其中的油為礦物油。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，一種或多種EP添加劑包括至少一種可起物理作用的亞微米級(jí)固體顆粒形式的EP添加劑。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，至少一種EP添加劑具有抗腐蝕性質(zhì)。
11.如權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，潤滑物質(zhì)中的EP添加劑總含量在5～50重量％范圍內(nèi)，優(yōu)選在15～32重量％范圍內(nèi)，另外，EP添加劑包括多種化學(xué)EP添加劑。
12.如權(quán)利要求11所述的螺紋件，其特征在于，潤滑物質(zhì)中的增稠劑含量在5～60重量％范圍內(nèi)，優(yōu)選在8～40重量％范圍內(nèi)；另外，潤滑物質(zhì)中的油含量在30～75重量％范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求11所述的螺紋件，其特征在于，潤滑物質(zhì)中的增稠劑含量在60～80重量％范圍內(nèi)，并且潤滑物質(zhì)中的油含量在5～20重量％范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，一種或多種化學(xué)EP添加劑或添加劑包括氯化石蠟，潤滑物質(zhì)中的增稠劑含量在25～60重量％范圍內(nèi)，潤滑物質(zhì)中的EP添加劑總含量在40～75重量％范圍內(nèi)，而潤滑物質(zhì)中的油含量在0.5～15重量％范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1～14中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，潤滑物質(zhì)層的重量在0.1g/m2～40g/m2范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求1～15中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，經(jīng)過處理可吸收或吸附潤滑物質(zhì)的螺紋的表面(14，16，18，20，54，56，58，60)為從由磷酸鹽層、草酸鹽層和金屬層組成的組中選擇的層(32)的表面。
17.如權(quán)利要求1～16中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，螺紋表面(14，16，18，20，54，56，58，60)經(jīng)過處理，使所述表面具有可控制的粗糙度，以吸收或吸附潤滑物質(zhì)。
18.如權(quán)利要求16或17所述的螺紋件，其特征在于，螺紋表面(14，16，18，20，54，56，58，60)經(jīng)過處理可以吸收或吸附深度為0.003～0.080mm范圍內(nèi)的潤滑物質(zhì)。
19.如權(quán)利要求1～18中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，螺紋件包括至少一個(gè)密封表面(208)，潤滑物質(zhì)也在每一個(gè)密封表面上沉積成薄層(28)。
20.如權(quán)利要求1～19中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，螺紋件包括至少一個(gè)裝配接合面(210)，潤滑物質(zhì)也在每一個(gè)接合面上沉積成薄層(30)。
21.如權(quán)利要求19或20所述的螺紋件，其特征在于，潤滑物質(zhì)沉積在上面成為薄層的所有表面為經(jīng)過處理可吸收或吸附潤滑物質(zhì)的表面。
22.如權(quán)利要求1～21中任一項(xiàng)所述的螺紋件，其特征在于，潤滑物質(zhì)包括重量小于5％的對(duì)耐擦傷性質(zhì)無作用的著色劑。
23.一種包括一個(gè)陽螺紋件和一個(gè)陰螺紋件的耐擦傷的螺紋管連接，每一個(gè)所述螺紋件都包括相應(yīng)的螺紋，所述螺紋一個(gè)裝配在另一個(gè)上，達(dá)到連接的位置，其特征在于，兩個(gè)螺紋件中的至少一個(gè)螺紋件為根據(jù)權(quán)利要求1～22中任一項(xiàng)所述的螺紋件。
24.如權(quán)利要求23所述的螺紋管連接，其特征在于，兩個(gè)螺紋件中只有一個(gè)螺紋件為如權(quán)利要求1～22中任一項(xiàng)所述的螺紋件(2)，另一個(gè)螺紋件(1)至少在螺紋連接(203)的螺紋(51)的表面上，直接沉積有潤滑物質(zhì)薄層(21)，該潤滑物質(zhì)為下列物質(zhì)的均勻混合物a)增稠劑；b)至少一種極端壓力添加劑，該一種或多種極端壓力添加劑的物理和化學(xué)性質(zhì)與增稠劑相適應(yīng)，并包括至少一種稱為化學(xué)EP添加劑的可進(jìn)行化學(xué)作用的極端壓力添加劑，該化學(xué)EP添加劑能夠在Hertz壓力為1000MPa或更大的情況下使用；和c)油；潤滑物質(zhì)的組分的比例選擇得使所述潤滑物質(zhì)具有膏狀稠度，+40℃溫度下的粘度在40～400cSt范圍內(nèi)，具有薄膜形成性質(zhì)并能保證自行潤滑。
25.一種在耐擦傷的螺紋管連接的陽螺紋件或陰螺紋件上形成潤滑物質(zhì)薄層的方法，該螺紋件包括陽螺紋或陰螺紋，潤滑物質(zhì)具有粘接劑膏狀稠度，薄膜形成性質(zhì)并能保證自行潤滑，其中a)制備一種均勻的液體混合物，它由下列物質(zhì)組成·揮發(fā)性溶劑；·增稠劑；·至少一種極端壓力添加劑，該一種或多種極端壓力添加劑的物理和化學(xué)性質(zhì)與增稠劑相適應(yīng)，并包括至少一種可進(jìn)行化學(xué)作用的極端壓力添加劑，該化學(xué)EP添加劑能夠在Hertz壓力為1000MPa或更大的情況下使用；和·油；b)厚度基本均勻的所述液體混合物薄層施加在至少是螺紋連接的螺紋表面上，所述螺紋表面經(jīng)過處理，可以吸收或吸附潤滑物質(zhì)；和c)使揮發(fā)性溶劑蒸發(fā)掉或允許它蒸發(fā)掉。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐擦傷的螺紋連接的螺紋件，其中，潤滑物質(zhì)的薄膜沉積在螺紋連接的至少是螺紋表面上，所述表面經(jīng)過處理可以吸附所述潤滑物質(zhì)。潤滑物質(zhì)為由下列物質(zhì)組成的均勻混合物a)增稠劑；b)一組極端壓力添加劑，該添加劑物理和化學(xué)性質(zhì)與增稠劑相適應(yīng)，并包括至少是稱為化學(xué)EP添加劑的有化學(xué)作用的極端壓力添加劑，該添加劑能在Hertz壓力不低于1000MPa下使用；c)油。潤滑物質(zhì)組分的比例選擇成使所述潤滑物質(zhì)的稠度能保證自行導(dǎo)出潤滑物質(zhì)和形成薄膜。本發(fā)明還涉及形成該薄膜的方法。
文檔編號(hào)C10M169/06GK1468295SQ0181667
公開日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
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