管狀螺紋接頭及用于它的潤滑被膜形成用組合物制造技術

提供一種用于對管狀螺紋接頭形成潤滑被膜的組合物，其特征在于，含有：氰尿酸三聚氰胺；堿性芳香族有機酸金屬鹽；和選自松脂系物質、蠟、金屬皂、以及潤滑性粉末中的1種以上。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】管狀螺紋接頭及用于它的潤滑被膜形成用組合物
本專利技術涉及用于鋼管、特別是油井管的連接的管狀螺紋接頭及其表面處理方法。本申請基于2012年8月6日在日本提出的專利申請2012-174117號要求優先權，將其內容援引于此。
技術介紹
用于原油、柴油的挖掘的油井鉆探所使用的配管(tubing)、套管(casing)之類的油井管，一般地使用管狀螺紋接頭進行連接(連結)。以往，油井的深度為2000～3000m，但在近年來的海洋油田等深油井中有時達到8000～10000m。油井管的長度典型地為十多米，用多個套管將內部流動有原油等流體的配管包圍，因此用螺紋接頭連接的油井管的根數會達到一個巨大的數字。對于油井管用的鋼管用螺紋接頭，在使用環境下，由于起因于油井管和接頭自身質量的軸向拉伸力等的載荷、內外面壓力等的復合的壓力、以及地下的熱發揮作用，因此要求即使在這樣嚴酷的環境下也能夠保持氣密性而不破損。油井管的連結所使用的典型的管狀螺紋接頭(也被稱為特殊螺紋接頭)，采取銷-套筒結構。作為具有外螺紋的接頭部件的銷(pin)，典型地形成于油井管的兩端部，作為具有與該外螺紋螺合的內螺紋的相對側的接頭部件的套筒(box)，典型地形成于另一部件即接箍兩側的內表面。如圖1所示，在銷的比外螺紋靠頂端側的端面附近的外周部、和套筒的內螺紋基部的內周面分別設置密封部4a、4b，在銷1頂端的端面和套筒2的對應的最內部分別設置臺肩部(也被稱為扭矩臺肩)5a、5b。密封部4a、4b和臺肩部5a、5b構成管狀螺紋接頭的無螺紋金屬接觸部，該無螺紋金屬接觸部與螺紋部構成管狀螺紋接頭的接觸表面。在下述專利文獻1中示出了這樣的特殊螺紋接頭的一例。為了將該管狀螺紋接頭擰緊，將油井管的一端(銷)插入接箍(套筒)，將外螺紋和內螺紋擰緊，使銷和套筒的臺肩部彼此抵接直到以適當扭矩相互干涉為止。由此，銷和套筒的密封部彼此密合而形成金屬-金屬間密封部，確保螺紋接頭的氣密性。在配管、套管向油井降下的操作時，有時由于各種障礙使一次連結了的螺紋接頭松開，將這些接頭從油井中暫時提起后再次連結并降下。API(美國石油協會)推薦即使進行10次擰緊(makeup)和松開(breakout)也不發生被稱為擦傷(galling)的咬死，并保持氣密性的意義下的抗咬死性。為了謀求抗咬死性和氣密性的提高，在每次進行擰緊時將被稱為「復合脂」的含有重金屬粉的粘稠的液態潤滑劑(潤滑脂)事先涂布于螺紋接頭的接觸表面。在API標準BUL5A2中規定了那樣的復合脂。出于該復合脂的保持性的提高、改善滑動性的目的，至今為止提出了在螺紋接頭的接觸表面實施氮化處理、包括鋅系鍍敷和分散鍍敷的各種鍍敷、磷酸鹽化學轉化處理之類的多種1層或2層以上的表面處理。但是，復合脂的使用如后所述，擔心對環境、人體的不利影響。復合脂含有大量鋅、鉛、銅等重金屬粉。有可能在螺紋接頭的連結時，涂布的脂被沖走、或溢出到外面，特別是由于鉛等的有害重金屬，而對環境、特別是海洋生物造成不利影響。另外，復合脂的涂布操作使操作環境、操作效率惡化，也擔心對人體的有害性。以防止東北大西洋的海洋污染為目的的オスパール(OSPAR)公約(奧斯陸·巴黎公約)在1998年生效，以此為契機，近年來在全球范圍內的針對環境的嚴格規定不斷進展，復合脂也已經在部分地區被限制使用。因此，在氣井、油井的鉆探操作中，為避免對環境、人體的不利影響，已經開始需求能夠不使用復合脂而發揮優異的抗咬死性的螺紋接頭。作為能夠不涂布復合脂地用于油井管的連結的螺紋接頭，本申請人在專利文獻2中提出了形成有粘稠液體或半固體的潤滑被膜的鋼管用螺紋接頭，并且在專利文獻3中提出了形成有固體潤滑被膜的鋼管用螺紋接頭。在先技術文獻專利文獻1：日本特開平5-87275號公報專利文獻2：日本特開2002-173692號公報專利文獻3：WO2009/072486號公報
技術實現思路
在如圖1所示的具備密封部4a、4b和臺肩部5a、5b的特殊管狀螺紋接頭中，通過在連結時銷1和套筒2的密封部4a、4b形成金屬-金屬間密封部來確保氣密性。將這種螺紋接頭的連結時的扭矩圖(縱軸：扭矩，橫軸：旋轉)示于圖2。如該圖所示，在旋轉的同時，最初銷和套筒的螺紋部接觸，扭矩緩緩上升。然后，銷和套筒的密封部接觸，扭矩的上升率增大，不久當銷頂端的臺肩部與套筒的臺肩部抵接并開始干涉(將該干涉開始時的扭矩稱為臺肩扭矩：Ts)時，扭矩急劇增大。當扭矩到達規定的擰緊扭矩時，連結結束。但是，在高深度且施加壓縮應力、彎曲應力那樣的井中使用的特殊螺紋接頭，有時為了不使連結松開而以比通常高的扭矩進行連結。該情況下，銷端面的臺肩部和與其接觸的套筒的臺肩部屈服(將該屈服時的扭矩稱為屈服扭矩：Ty)，如圖2所示，有時這些臺肩部會塑性變形。在以高的扭矩進行連結的螺紋接頭中，Ty-Ts(＝ΔT：扭矩臺肩阻力)大是有利的。但是，在具有粘稠液體或半固體的潤滑被膜的專利文獻1和2中記載的管狀螺紋接頭中，與以往的涂布了復合脂的情況相比，Ty變低，其結果，ΔT變小，有時根據螺紋干涉量的公差不能確定最佳的連結扭矩。再者，圖2中的最佳扭矩意味著，對于達成在密封部中確保氣密性所需的干涉量、結束擰緊而言最佳的扭矩，連同接頭的內徑尺寸、接頭的形式一起預先確定適當的值。本專利技術的課題是提供一種具備潤滑被膜的、即使以高扭矩擰緊也難以發生臺肩部的屈服的管狀螺紋接頭，所述潤滑被膜不含有有害的重金屬，抗咬死性、氣密性、防銹性優異，并且能夠確保大的ΔT。可知即使變更潤滑被膜的組成以使摩擦系數增減，由于Ts和Ty一般表現同樣的行為，因此ΔT也不發生大的變動。例如，如果潤滑被膜的摩擦系數變高，則Ty變高，但Ts也變高(稱為高臺肩)。其結果，在最壞的情況下，發生以規定的連結扭矩未使臺肩部接觸而擰緊沒有完成的稱為無臺肩(noshouldering)的狀況。本專利技術人發現，在具有不含對地球環境帶來負擔的有害重金屬的潤滑被膜的管狀螺紋接頭中，在銷和套筒的至少一方的部件的接觸表面(螺紋部和無螺紋金屬接觸部)，使用含有氰尿酸三聚氰胺(MCA，melaminecyanuricacid)和堿性芳香族有機酸金屬鹽作為必須成分，并且含有選自松脂系物質(包括松脂及其衍生物)、蠟、金屬皂、和潤滑性粉末中的1種以上的組合物形成潤滑被膜，由此能夠得到具有充分的抗咬死性、氣密性、防銹性，同時具有大的ΔT，并且沒有發生無臺肩的危險性的管狀螺紋接頭。在此，本專利技術是一種用于在管狀螺紋接頭形成潤滑被膜的組合物，其特征在于，含有氰尿酸三聚氰胺(以下簡稱為MCA)和堿性芳香族有機酸金屬鹽，并且含有選自松脂系物質、蠟、金屬皂、和潤滑性粉末中的1種以上。MCA的含量相對于組合物的不揮發成分合計量優選為0.5～30質量％。在此，不揮發成分意味著組合物中的溶劑以外的成分。組合物所含的MCA的平均粒徑優選為10～40μm。在此平均粒徑由通過以激光衍射散射法為測定原理的粒度分布測定裝置而求出的體積基準粒度分布的中位徑(50％粒徑：D50)來定義。從被膜形成時的涂布性的觀點出發，為了低粘度化，所述組合物也可以含有揮發性有機溶劑。所述組合物優選實質上(具體為相對于不揮發成分合計量超過1質量％的量)不含有鉛等對人體有害的重金屬。在另一方面，本專利技術是一種管狀本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于對管狀螺紋接頭形成潤滑被膜的組合物，其特征在于，含有：氰尿酸三聚氰胺；堿性芳香族有機酸金屬鹽；和選自松脂系物質、蠟、金屬皂、以及潤滑性粉末中的1種以上。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.08.06 JP 2012-1741171.一種用于對管狀螺紋接頭形成潤滑被膜的組合物，其特征在于，含有：氰尿酸三聚氰胺；堿性芳香族有機酸金屬鹽；和選自松脂系物質、蠟、金屬皂、以及潤滑性粉末中的1種以上，所述潤滑性粉末，是選自石墨、二硫化鎢即WS2、二硫化鉬即MoS2、二硫化錫、氟化石墨、氮化硼即BN、冰晶石和聚四氟乙烯即PTFE之中的1種以上，所述氰尿酸三聚氰胺的含量相對于所述組合物的不揮發成分合計量為0.5～30質量％，所述堿性芳香族有機酸金屬鹽的含量相對于所述組合物的不揮發成分合計量為20～75質量％。2.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，還含有揮發性有機溶劑。3.一種管狀螺紋接頭，由分別具備接觸表面的銷和套筒構成，所述接觸表面包含螺紋部和無螺紋金屬接觸部，所述管狀螺紋接頭的特征在于，在所述銷和所述套筒的至少一方的所述接觸表面，設置有使用權利要求1或2所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：后藤邦夫，田中雄二，
申請(專利權)人：新日鐵住金株式會社，瓦盧瑞克石油天然氣法國有限公司，
類型：發明
國別省市：日本;JP