專利名稱：用于鉆探或加工烴井的管狀部件的螺紋端和得到的連接件的制作方法
用于鉆探或加工烴井的管狀部件的螺紋端和得到的連接件本發(fā)明涉及用于鉆探和加工烴井(hydrocarbon well)的防磨損管狀部件,并且更確切地涉及該部件的螺紋端，所述端為陽型或陰型并且能夠連接于另一個部件的對應端以形成連接件。本發(fā)明還涉及由通過上扣(makeup)而結(jié)合兩個管狀部件所得到的螺紋連接件。本發(fā)明還涉及涂布該防磨損的管狀部件的方法?！坝糜阢@探和加工烴井”的部件是指這樣的任何元件:其基本為管狀，意圖連接于另一個相同類型的元件或者另外最終構(gòu)成用于鉆探烴井的柱或意圖用于維護的提升器，例如檢查提升器，或用于加工的提升器，例如開采提升器，或者用于加工井中的套管柱或油管柱。本發(fā)明還可用于鉆柱中使用的部件，例如鉆管、重型質(zhì)量鉆管、鉆環(huán)和管連接件的部分以及作為鉆具接頭而已知的重型質(zhì)量管。每個管狀部件包含具有陽螺紋區(qū)的一端和/或具有陰螺紋區(qū)的一端，每一端意圖通過上扣而連接于另一部件的對應端，組件界定了螺紋管狀連接件。螺紋管狀部件在規(guī)定的負荷下連接以滿足由工作條件提出的對于過盈配合和密封的要求。由此所得到的螺紋管狀連接件在上扣端經(jīng)受最佳的過盈配合，這是對于螺紋連接件的最佳機械強度例如就拉伸力而言、還有就工作中的意外斷開而言、和對于最佳密封性能的度量。因此對于給定類型的連接件，螺紋連接件的設計者有義務界定最佳上扣扭矩的值，所述值對于所有該連接件類型的組件必須低于塑化扭矩CP (以避免相接點塑化和引起的缺點)并且高于肩部扭矩、CAB。完成上扣至低于CAB的扭矩不能保證陽和陰元件的正確相對位置，并且因此對于它們的密封表面不能保證合適的過盈配合。因此，最佳上扣扭矩應該實質(zhì)上高于肩部扭矩CAB。因此，塑化扭矩CP與肩部扭矩CAB之間的差值越大，用于界定最佳上扣扭矩的余地就越大，并且就工作負荷而言螺紋連接件將越強。為了滿足這類規(guī)格，必須使用這樣的涂料:所述涂料可以獲得大于或等于根據(jù)美國石油協(xié)會API RP 5A3用傳統(tǒng)正規(guī)化潤滑劑得到的塑化扭矩與肩部扭矩之間的差值。而且，涂料必須提供具有好的防磨損性的連接件并且使得完成一定量的上扣和斷開循環(huán)而對界面接觸的 表面沒有改變。這意味著對于多于500MPa并且優(yōu)選多于800MPa的接觸壓力而言，高壓剪切強度必須等于或好于符合API (美國石油協(xié)會)標準RP 5A3的油脂的高壓剪切強度。將螺紋管狀部件進行連接然后在就腐蝕而言嚴格的條件下使用。再次，希望使用可以盡可能抵制腐蝕的出現(xiàn)的涂料。該腐蝕使螺紋和密封區(qū)的幾何結(jié)構(gòu)惡化。腐蝕有許多起源，通常與在熱、潮濕、海上等的地區(qū)中管狀部件的運輸和/或儲存有關。更確切地，本發(fā)明意圖解決所有或一些上述的技術要求。本發(fā)明涉及用于鉆探或加工烴井的管狀部件的螺紋端，取決于螺紋端為陽型或者陰型，所述端包含在其的外或內(nèi)周表面上產(chǎn)生的螺紋區(qū)。所述端的至少一部分涂布有包含有機基質(zhì)的干膜，在所述有機基質(zhì)中離子交換顏料以3-30重量％的比例分散。任選的特征，其為補充的或者替代的，在下面定義。顏料可以包含選自由以下組分界定的類別的陽離子交換顏料:鈣、鋅、鈷、鍶、鋰、鎂或釔離子交換無定形二氧化硅，鈣、鑰或鈉離子交換沸石，和鈣或鈰離子交換膨潤土。
顏料可以包含陰離子交換顏料，例如釩酸根離子交換水滑石。有機基質(zhì)可以具有與對于根據(jù)API標準RP 5A3的油脂所獲得的相等或比其大的至少500MPa的接觸壓力下的剪切強度。同時，有機基質(zhì)可以具有比對于根據(jù)API標準RP5A3的油脂所獲得的大或與其相等的肩部扭矩阻力值。有機基質(zhì)可以為熱塑性基質(zhì)。有機基質(zhì)可以選自由以下組分界定的類別:聚酰胺、聚乙烯蠟、基于酸二聚物的共聚酰胺、酯化松香(esterified colophanes)、職烯樹脂、苯乙烯-職烯樹脂、聚醚醚酮、聚氟燒(polyfIuoroalkyls)和聚醚砜。有機基質(zhì)可以包含聚乙烯蠟。有機基質(zhì)可以包含共聚酰胺樹脂。有機基質(zhì)可以為熱固性基質(zhì)。有機基質(zhì)可以包含聚氨酯。聚氨酯基質(zhì)可以通過使用多異氰酸酯型固化劑將在含水分散體中或在溶劑基質(zhì)中的氟氨基甲酸酯聚合物固化而得到。聚氨酯基質(zhì)可以通過使用多異氰酸酯型固化劑將固體聚酯多醇固化而得到。

聚氨酯基質(zhì)可以通過UV固化然后通過混合丙烯酸類-氨基甲酸酯共聚物的濕法聚合而得到。端部在用干膜將其涂布前可以通過選自由砂磨、轉(zhuǎn)化處理和電解沉積組成的組的表面準備步驟來預處理。有機基質(zhì)可以進一步包含固體潤滑劑的顆粒。有機基質(zhì)可以進一步包含腐蝕抑制劑。螺紋區(qū)可以至少部分涂布有干膜。螺紋端可以包含金屬/金屬密封表面，所述密封表面涂布有干膜。本發(fā)明還涉及螺紋管狀連接件，其包含彼此上扣的陽螺紋端和陰螺紋端，根據(jù)本發(fā)明，至少一個螺紋端涂布有干膜。涂布有干膜的端可以是陰螺紋端。參照附圖，在下面的描述中將更詳細地描述本發(fā)明的特征和優(yōu)點。

圖1是由通過上扣而連接兩個管狀部件所得到的連接件的圖解視圖；圖2是兩個螺紋管狀部件的上扣曲線的圖解視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明在管狀涂布部件的表面涉及的化學機理的圖解視圖；圖4是試驗裝置的圖解視圖。圖1中所示的螺紋連接件包含伴隨著旋轉(zhuǎn)軸10具有陽端I的第一管狀部件，和伴隨著旋轉(zhuǎn)軸10具有陰端2的第二管狀部件。兩個端I和2各自在終止表面結(jié)束并且分別具有螺紋區(qū)3和4，所述終止表面相對于螺紋連接件的軸10為徑向方向，所述螺紋區(qū)3和4相互協(xié)作而用于兩個部件通過上扣的相互連接。螺紋區(qū)3和4可以為梯形、自鎖等螺紋類另IJ。而且，在通過上扣而連接兩個螺紋部件后分別在接近于螺紋區(qū)3，4的陽端和陰端上提供意圖彼此過盈接觸的金屬/金屬密封表面5，6。最后，陽端I在終止表面7結(jié)束，當兩個端彼此上扣時，所述終止面7相對于提供在陰端2上的對應的表面8而相接。申請人還開發(fā)了另一個實施方案，其中在本情形中通過兩個接觸面7和8形成的相接由螺紋區(qū)3，4的自鎖過盈協(xié)作所代替-參見US-4822081、US RE30467和US RE34467。如在圖1和3中看到的那樣，至少一個螺紋管狀連接件在其中一個端的至少一部分、稱為基材11上涂布有包含含離子交換顏料的有機基質(zhì)的干膜12。干膜12可以至少部分覆蓋螺紋區(qū)3，4。干膜12可以至少部分覆蓋金屬/金屬密封表面5，6。在圖1中所示的實施方案中，干膜12形成于螺紋區(qū)4的中心區(qū)。在漆類涂料中使用離子交換顏料作為腐蝕抑制劑是新近的，并且積極地有助于逐漸替代已知極其有毒的傳統(tǒng)腐蝕抑制劑、例如鉻酸鋅。已經(jīng)優(yōu)先地在具有含水和/或溶劑基質(zhì)的有機涂料中研究了離子交換顏料的保護機理。離子交換顏料的作用機理可以描述為基于兩個不同步驟的電化學方法，引起: 在涂層12中存在的侵蝕性離子的吸附； 在表面上的不溶的保護層的形成導致基材11與涂層12之間的界面13的鈍化。申請人:特別注意到陽離子交換二氧化硅、和更特別地注意到鈣離子交換二氧化硅，其產(chǎn)生非常好的結(jié)果。在鋼基材11的情形中并且對于包含水、氧和氫氧根離子的潮濕環(huán)境，保護機理詳述于圖3中。金屬鐵原子通常通過電化學機理Ia氧化成鐵離子Fe2+，并且在第二步驟中可以在區(qū)A在陽極腐蝕點被氧化成鐵離子Fe3+。由于有機涂層12的滲透性，因此氧和水可以存在于涂層與基材11之間的界面13，在那里借助于在區(qū)C處的陽極反應，氧通過電化學機理Ib而還原成氫氧根離子0H_。由于涂層的堿度，二氧化硅可以通過電化學機理2a而溶解成硅酸根離子。離子交換顏料的該可溶部分可以在涂 層與基材11之間的界面13處通過電化學機理3a與鐵離子反應’形成娃酸鐵的保護層4a。在該反應的同時，在侵蝕性H+離子吸附在二氧化硅表面后的存在于二氧化硅顏料表面的鈣離子通過電化學機理2b而被釋放，其在反應時通過電化學機理3b與硅酸根離子反應，以在金屬4b的表面處在堿性區(qū)形成硅酸鈣的膜。硅酸鈣的顆?？膳c硅酸鐵的那些一起沉淀，以通過在金屬表面處的混合氧化物的層的形成而增強不溶的保護層。對于不同于鐵的金屬原子例如鋅，通過在犧牲陽極腐蝕點ZnSiO3保護層的形成，該提出的機理也是有效的。當以著重于耐腐蝕性的目的而已經(jīng)進行了磷酸鹽化型的表面準備或電解沉積時，包括鋅。因為它們的結(jié)構(gòu)，陽離子交換二氧化硅也提供其他優(yōu)點: 顏料表面的高堿性的性質(zhì)意味著涂層中的酸化合物被中和(低堿度的涂層對于保護機理是不利的); 對于更小的數(shù)量，與常規(guī)無機腐蝕抑制劑顏料相比的低密度和高比表面積提供更好的效率； 它們的通用性意味著廣泛種類的粘結(jié)劑，例如熱塑性樹脂或熱固性樹脂，可用于含水的、溶劑或熱熔基質(zhì)中?？墒褂玫年栯x子交換顏料是合成的鈣、鋅、鈷、鍶、鋰、鎂或釔離子交換無定形二氧化硅顏料，鈣、鑰或鈉離子交換沸石，或者鈣或鈰離子交換膨潤土。關于陰離子交換顏料，更特別地用含有氯化物離子的侵蝕性電解質(zhì)、例如釩酸根陰離子交換水滑石而發(fā)生陰離子交換反應。
有機基質(zhì)的選擇優(yōu)選定向于以下的有機基質(zhì):具有大于或等于對于符合API標準RP 5A3的油脂獲得的至少500MPa的接觸壓力下的剪切強度和具有大于或等于對于符合API標準RP 5A3的油脂獲得的肩部扭矩值。至少500MPa的接觸壓力下的剪切強度與肩部扭矩值相關。大的高壓剪切強度由肩部扭矩值獲得，該后者在Bridgman型機器上使用試驗相對于API油脂的參考扭矩而確定。在本申請中在下面詳細描述試驗。已經(jīng)研究了第一類別有機基質(zhì)，即熱塑性材料并且更特別地是聚酰胺、聚乙烯蠟、基于酸二聚物的共聚酰胺、酯化松香、萜烯樹脂、苯乙烯-萜烯樹脂、聚醚醚酮、聚氟烷和聚醚砜。已經(jīng)研究了第二類別有機基質(zhì)，即熱固性材料并且更特別地是聚氨酯。設想了獲得聚氨酯的幾種方法: 使用多異氰酸酯型固化劑將在含水分散體中或在溶劑基質(zhì)中的氟氨基甲酸酯聚合物固化； 使用多異氰酸酯型固化劑將固體聚酯多醇固化； 通過UV聚合然后濕法聚合將在含水分散體中或在溶劑基質(zhì)中的混合丙烯酸類-氨基甲酸酯共聚物固化。申請人:最初在鈣離子交換二氧化硅、并且更特別地在由供應商GRACEDAVIS0N在商品名SHIELDEX AC5下出售的合成鈣離子交換無定形二氧化硅上進行腐蝕試驗。申請人:測量由鈣離子交換二氧化硅在各種熱塑性基質(zhì)中提供的腐蝕保護，所述基質(zhì)還可能包含補充的添加劑例如潤滑劑或腐蝕抑制劑。類似地，在一些情形中，在試驗樣品接受干膜涂布前，它們最初經(jīng)受選自由砂磨，轉(zhuǎn)化處理例如磷酸鹽化， 或電解沉積例如Cu-Sn-Zn組成的組的表面準備步驟。腐蝕試驗由在人工氣候室中在以下條件下進行的鹽噴霧試驗組成:35°C，用在25°C具有1.029-1.036密度，在25°C具有6.5-7.2的pH的50g/L鹽水溶液，并且在1.5mL/h平均速率下回收。沒有生銹的完整的樣品然后必須在暴露后對應于ISO標準9227的ReO等級。該方法提供了證實有或沒有腐蝕保護涂層的金屬材料的相當量得到保持的方式。耐水性試驗由將樣品經(jīng)受在人工氣候室中進行的根據(jù)DIN標準50017的加速腐蝕試驗組成。該試驗，包括I個循環(huán)/天，由在以下條件下通過冷凝而沉積水蒸氣所組成:350C，90%相對濕度8小時，然后使得樣品干燥。7個循環(huán)后，進行檢驗以查看是否由涂料保護的基材被腐蝕。優(yōu)異的耐性必須對應于ISO標準4628中的分級:通過鋅磷酸鹽化(8_20g/m2磷酸鹽沉積)處理的或者通過具有Ni中間層的三元Cu-Sn-Zn合金的電解沉積處理的碳鋼板沒有腐蝕、沒有起泡、沒有裂化、也沒有剝落。將得到的結(jié)果與用傳統(tǒng)有機或無機腐蝕抑制劑、即過堿化的磺酸鈣衍生物和水合鋅鈣鍶正磷硅酸鹽而得到的那些進行比較。首先，申請人測量碳鋼表面的腐蝕保護，所述碳綱表面用電解的Cu-Sn-Zn沉積處理、然后用包含各種傳統(tǒng)無機腐蝕抑制劑顏料(樣品A、B、D)和SHIELDEX (樣品C)的粘塑型單組分基質(zhì)例如聚乙烯蠟(均聚物)涂布。以下的表I表明，與已知的顏料或蠟腐蝕抑制劑相比，鈣離子交換二氧化硅的使用可以將耐腐蝕性增加至少50%。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆探或加工烴井的管狀部件的螺紋端(I ;2)，取決于螺紋端為陽型或者陰型，所述端包含在其的外或內(nèi)周表面上產(chǎn)生的螺紋區(qū)(3 ;4)，其特征在于，端(I ；2)的至少一部分涂布有包含有機基質(zhì)的干膜，其中所述基質(zhì)中離子交換顏料以3-30重量％的比例分散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的管狀部件的螺紋端，其特征在于，顏料包含選自由以下組分界定的類別的陽離子交換顏料:鈣、鋅、鈷、鍶、鋰、鎂和/或釔離子交換無定形二氧化硅，鈣、鑰和/或鈉離子交換沸石，和鈣和/或鈰離子交換膨潤土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的管狀部件的螺紋端，其特征在于，顏料包含由釩酸根離子交換水滑石組成的陰離子交換顏料。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)具有至少500MPa的接觸壓力下的剪切強度和比對于符合API標準RP 5A3的油脂所獲得的大或與其相等的肩部扭矩阻力值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)是熱塑性基質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)選自由以下組分界定的類別:聚酰胺、聚乙烯蠟、基于酸二聚物的共聚酰胺、酯化松香、萜烯樹脂、苯乙烯-萜烯樹脂、聚醚醚酮、聚氟烷和聚醚砜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)包含聚乙烯蠟。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)包含共聚酰胺樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)是熱固性基質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)包含聚氨酯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的管狀部件的螺紋端，其特征在于，聚氨酯基質(zhì)通過使用多異氰酸酯型固化劑將在含水分散體中或在溶劑基質(zhì)中的氟氨基甲酸酯聚合物固化而得到。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的管狀部件的螺紋端，其特征在于，聚氨酯基質(zhì)通過使用多異氰酸酯型固化劑將固體聚酯多醇固化而得到。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的管狀部件的螺紋端，其特征在于，聚氨酯基質(zhì)通過UV固化然后通過混合丙烯酸類-氨基甲酸酯共聚物的濕法聚合而得到。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，端部(I；2)在用干膜涂布前通過選自由砂磨、轉(zhuǎn)化處理和電解沉積組成的組的表面準備步驟來預處理。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)進一步包含固體潤滑劑的顆粒。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，有機基質(zhì)進一步包含腐蝕抑制劑。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，螺紋區(qū)(3；4)至少部分涂布有干膜。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的管狀部件的螺紋端，其特征在于，其包含金屬/金屬密封表面，所述密封表面涂布有干膜。
19.一種螺紋管狀連接件，包含彼此上扣的管狀部件的陽螺紋端和陰螺紋端，其特征在于，至少一個螺紋端根據(jù)前述權(quán)利要求之一。
20.根據(jù)權(quán)利要求 19的螺紋管狀連接件，其特征在于，涂布有干膜的端是陰螺紋端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鉆探或加工烴井的管狀部件的螺紋端(1；2)，取決于螺紋端為陽型或者陰型，所述端包含在其的外或內(nèi)周表面上產(chǎn)生的螺紋區(qū)(3；4)，端(1；2)的至少一部分涂布有包含有機基質(zhì)的干膜，在所述有機基質(zhì)中離子交換顏料以3-30重量%的比例分散；和由通過上扣而連接兩個對應端得到的連接件。
文檔編號F16L57/00GK103119106SQ201180026840
公開日2013年5月22日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者E·加德, E·皮內(nèi)爾, M·佩蒂特 申請人:瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司, 新日鐵住金株式會社