固体覆盖膜形成用组合物以及管状螺纹接头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在用于连接例如油井管等钢管的管状螺纹接头的连结时使用的固体 覆盖膜形成用组合物、以及具有使用该组合物而形成的固体覆盖膜的管状螺纹接头。
[0002] 本申请基于2012年9月12日提出的日本专利申请特愿2012-200118号并主张其 优先权，这里引用其内容。
【背景技术】
[0003] 在为了采掘原油和柴油的油井开采中，可以使用管材（tubing)和套管（casing) 等油井管。油井管一般使用管状螺纹接头进行连接（连结）。以前的油井的深度为2000? 3000m。近年的海洋油田等深油井的深度有时也达到8000?10000m。
[0004] 在使用环境下，起因于油井管以及接头自身质量的轴向拉伸力等载荷、内外面压 力等复合的压力、进而地中的热作用于油井管用管状螺纹接头。因此，油井管用管状螺纹接 头即使在这样苛刻的环境下，也要求不会破损而保持气密性。
[0005] 油井管的连结中使用的典型的管状螺纹接头（也称之为特殊螺纹接头）具有公 扣-母扣结构（pin-box structure)。公扣-母扣结构由在油井管的两端部形成的被称之 为公扣（pin)的构件、和在螺纹接头部件（联结器，coupling)的两侧的内表面形成的被称 之为母扣（box)的构件构成。公扣具有外螺纹。母扣具有内螺纹。在公扣的比外螺纹靠顶 端侧的端面附近的外周部、和母扣的内螺纹的基部的内周面分别形成有密封部。在公扣顶 端的端面和母扣的与之对应的最深部，分别形成有台肩部（也称之为扭矩台肩）。
[0006] 将油井管的一端（公扣）插入螺纹接头部件（母扣）中，紧固外螺纹和内螺纹，直 至公扣和母扣的台肩部彼此抵接而以适当的扭矩相互干涉。由此，公扣和母扣的密封部彼 此之间紧密接触而形成金属-金属间密封，从而确保螺纹接头的气密性。密封部和台肩部 构成管状螺纹接头的无螺纹金属接触部。该无螺纹金属接触部和螺纹部（外螺纹或者内螺 纹）成为连结时相互接触的表面（称为管状螺纹接头的接触表面）。这样的特殊螺纹接头 的一个例子记载于下述专利文献1以及下述专利文献2中。
[0007] 在进行油井管向油井中的下降作业时，由于会发生各种故障，因而有时一旦将油 井管从油井中拉上来，则一度连结的螺纹接头松弛，从而螺纹接头的连结得以解除。螺纹 接头的连结得以解除的油井管有时再次将接头连结而使其下降。API (美国石油协会）要 求即使将螺纹接头的紧固（上扣）以及松弛（卸扣）进行多次，也在不发生被称之为粘扣 (galling)的烧接而保持气密性的意义上具有耐烧接性。例如，管材接头要求10次的耐烧 接性。套管接头要求3次的耐烧接性。
[0008] 在紧固时，为了谋求耐烧接性和气密性的提高，盛行将被称之为"混合润滑脂"的 大量含有重金属粉的粘稠的液状润滑剂（润滑脂润滑油）涂布在螺纹接头的接触表面。在 API标准BUL 5A2中规定了这样的混合润滑脂。
[0009] 为了该混合润滑脂的保持性的提高和滑动性的改善，盛行对螺纹接头的接触表面 实施例如氮化处理、包含锌系镀或分散镀的各种镀覆处理、磷酸盐化学转化处理等1层或2 层以上的表面处理。但是，混合润滑脂的使用如下所述，存在的问题是令人担心对环境和人 体的不良影响。
[0010] 混合润滑脂大量含有锌、铅、铜等重金属粉。特别地，混合润滑脂中含有的铅等有 害的重金属有可能对海洋环境和海洋生物等产生不良影响。另外，混合润滑脂的涂布作业 使作业环境恶化，也令人担心对人体的有害性。
[0011] 近年来，以涉及东北大西洋海洋环境保护的OSPAR条约（奥斯陆-巴黎条约， 0SPAR)在1998年生效为契机，正在进行对地球规模的环境的严格限制。因此，混合润滑脂 也已经在一部分地域限制它的使用。因此，在气井和油井的开采作业中，为了避免对环境和 人体的不良影响，已经要求不使用混合润滑脂而可以发挥优良的耐烧接性的螺纹接头。
[0012] 作为不涂布混合润滑脂而可以在油井管的连结中使用的螺纹接头，专利文献3提 出了在接触表面上形成了含有润滑剂粉末的树脂覆盖膜的油井管用螺纹接头。另外，本申 请人在专利文献4中，提出了在公扣和母扣上分别形成了固体覆盖膜的管状螺纹接头。
[0013] 现有技术文献
[0014] 专利文献
[0015] 专利文献1 :日本特开平5-87275号公报
[0016] 专利文献2 :美国专利第5, 137, 310号说明书
[0017] 专利文献3 :国际公布号WO 96/10710号公报
[0018] 专利文献4 :国际公布号WO 2009/072486号公报
【发明内容】
[0019] 发明所要解决的课题
[0020] 管状螺纹接头直至在油井进行实际连结的期间，由于向现场的输送和保管等，从 出货开始大多需要超过1年的时间。管状螺纹接头在此期间往往曝露于苛刻的环境下。例 如有穿越高温多湿的赤道的海上输送。另外，在中东地区有90°c左右的高温（白天）?冰 点以下（夜间）的气温变化。在北极圈地区有_60°C (冬季）?40°C (夏季）的气温变动。
[0021] 以前的管状螺纹接头当放置在反复曝露于例如从极低温到l〇〇°C左右的高温的环 境这一极其苛刻的冷热循环环境下时，往往因固体覆盖膜的劣化而产生裂纹，或者因固体 覆盖膜的附着力降低而产生剥离。因此，令人担心的问题是不能发挥固体覆盖膜所要求的 性能。
[0022] 具有密封部和台肩部的特殊螺纹接头在连结时，公扣和母扣的密封部通过形成金 属-金属间密封而确保气密性。但是，如果固体覆盖膜部分剥离，则不仅耐烧接性降低，而 且气密性也降低。
[0023] 另外，连结油井管的作业环境也涉及从中东地区之类的40°C以上的高温环境到北 极圈之类的-40°C左右的低温环境的非常广阔范围的温度。因此，连结时的温度即使为极低 温或者极高温这一苛刻的温度，也期待可以发挥充分的耐烧接性。对于这一点，以前的固体 覆盖膜也有性能并不充分的担心。
[0024] 本发明的目的之一在于提供管状螺纹接头的固体覆盖膜形成用组合物、以及使用 该组合物而使冷热循环性能优良的管状螺纹接头，该组合物不含有对地球环境形成负荷的 铅等有害重金属，它在直至实际连结的超过1年的输送和保管的期间，即使经受从极低温 到高温的冷热循环，进而连结时的温度即使为极高温或者极低温，也可以形成能够维持并 发挥耐烧接性、气密性、防锈性的固体覆盖膜。
[0025] 本发明的另一个目的之一在于提供管状螺纹接头的固体覆盖膜形成用组合物、以 及使用该组合物的管状螺纹接头，该组合物不使用对生物环境的有害性高的有机溶剂，仅 使用环境负荷小的材料便能够形成固体覆盖膜。
[0026] 用于解决课题的手段
[0027] 本发明为解决上述课题并实现这样的目的而采用了以下的手段。也就是说，
[0028] (1)本发明的一实施方式涉及一种固体覆盖膜形成用组合物，其特征在于：所述 组合物是在包含水和双极性非质子溶剂的混合溶剂中，含有对所述双极性非质子溶剂至少 具有部分可溶性的粉末状有机树脂而成的组合物；其中，所述粉末状有机树脂在所述混合 溶剂中以溶解状态或者分散状态存在。
[0029] (2)根据上述（1)所述的固体覆盖膜形成用组合物，其中，也可以进一步含有润滑 性粒子。
[0030] (3)根据上述（1)或（2)所述的固体覆盖膜形成用组合物，其中，所述粉末状有机 树脂也可以是选自聚酰胺酰亚胺树脂、环氧树脂以及氟树脂之中的1种以上。
[0031] (4)根据上述（1)?（3)中任一项所述的固体覆盖膜形成用组合物，其中，所述双 极性非质子溶剂也可以是选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲亚砜 以及γ-丁内酯之中的1种以上。
[0032] (5)本发明的一实施方式涉及一种管状螺纹接头，其是由分别具有包含螺纹部和 无螺纹金属接触部的接触表面的公扣和母扣构成的管状螺纹接头，其中，公扣和母扣之中 的至少一方的构件的接触表面具有由上述（1)?（4)中任一项所述的组合物形成的固体覆 盖膜。
[0033] (6)根据上述（5)所述的管状螺纹接头，其中，所述固体覆盖膜也可以具有不含有 润滑性粒子的第一层、和在其上形成的含有润滑性粒子的第二层。
[0034] (7)根据上述（5)或（6)所述的管状螺纹接头，其中，所述固体覆盖膜的膜厚（2层 以上的覆盖膜时为合计膜厚）也可以是5?100 μ m。
[0035] 在本发明中，所谓"双极性非质子溶剂"，是指由在分子内具有电偶极矩的极性分 子构成的有机溶剂，而且是指实质上不具有质子供给性的溶剂。
[0036] 在本发明中，所谓"对双极性非质子溶剂至少具有部分可溶性"，是指在室温或者 加温下，在双极性非质子溶剂中能够以5质量％以上的浓度溶解。
[0037] 发明的效果
[0038] 根据上述的实施方式，在管状螺纹接头的接触表面形成的固体覆盖膜本身自不必 说，用于形成固体覆盖膜的固体覆盖膜形成用组合物也没有环境负荷，或者只包含低环境 负荷的成分。该固体覆盖膜也不含有以前的混合润滑脂中含有的有害的重金属。因此，不 仅可以良好地保持管状螺纹接头的制造环境，而且可以防止连结