抗磨损钻杆工具接头和相应的钻杆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻杆工具接头和相应的钻杆，更具体地涉及这样的一种钻杆工具 接头和相应的钻杆，其中其具有针对重复组装/拆卸（make-up/break-out)操作的优化的 表面硬度，以便当针对石油、天然气、页岩气、地热等钻井中使用的钻杆旋拧到一起时无需 使用螺杆润滑脂（screwgrease)，由此是环境友好的并且提高工作效率。
【背景技术】
[0002] 针对石油、天然气等钻井中使用的钻杆通过工具接头连接。为了使得工具接头传 递在钻井过程中所需的高扭矩，工具接头的外径部分形成为大于杆体的外径，而工具接头 的内径部分形成为小于杆体的内径。为此目的，通常而言，在将工具接头的销（pin)和销套 (box)结合过程中的组装扭矩值需要几倍于针对在用于生产石油、天然气等的井中使用的 套管（casing)或管件（tubing)的组装转矩值。
[0003] 另一方面，对于针对在用于生产的井中使用的套管或管件的螺纹接头的销和销套 的组装/拆卸操作的次数而言，装拆次数（triping)不能太多。因此，对于耐磨损（耐磨 痕）评估试验而言，国际标准化组织标准ISO13679限定在对于在套管中的组装/拆卸操 作的2倍而言以及对于在管件中的组装/拆卸操作的9倍而言的性能评估中的接受/拒绝 判定。然而，钻杆需要根据每种类型的钻探条件（诸如地质地层、井的斜度、深度等）更换 钻头。此外，还没有对于钻杆的ISO标准限定，但抗磨损性预计将不少于25次装拆，以及更 优选不少于50次装拆。
[0004] 对于套管或管件而言，将润滑脂（或涂布液）施加到螺纹接头的销和销套上用于 抗磨损，并且还采用诸如镀层的表面处理（参见此后的专利文献1至7)。然而，由于工具 接头的清洁造成的散布，由于涂层造成的在井底上的过多润滑脂的沉积、在工作场所中的 钻机污染排放等会对环境产生不利影响。因此，出于环境的考虑，不使用现有的螺杆润滑脂 的替代性的表面涂层处理（所谓的"无油脂"或"无涂布液"，即，没有润滑脂（也没有涂布 液）施加到螺纹接头的销和销套上）最近已投入实际使用。
[0005] 已经确定下列文献涉及到所述技术领域：
[0006] 专利文献引用清单
[0007] 专利文献 1 :TO2003-060198
[0008] 专利文献 2 :w〇2〇〇5-〇983〇o
[0009] 专利文献3:W〇2〇〇7_〇2697〇
[0010] 专利文献 4 :W02008-108263
[0011] 专利文献 5 :JP-A-2003-074763
[0012] 专利文献6 :美国专利No. 4758025
[0013] 专利文献7 :美国专利No. 4468309
[0014] 专利文献1公开了一种管状构件，其中销和销套中的至少一个涂覆有铜和锡的合 金，所述合金含有重量百分比为20 %至80 %的铜。
[0015] 专利文献2公开了一种用于钢管的螺纹接头，其中销和销套中的至少一个在其表 面处设有包括粘结剂、铜粉末和润滑性粉末的固体润滑剂涂层，以及销和销套中的另一个 涂覆有锌或锌合金涂层。
[0016] 专利文献3公开了一种用于钢管的螺纹接头，其中在销和销套中的至少一个上形 成Sn-Bi合金镀层或Sn-Bi-Cu合金镀层。
[0017] 专利文献4公开了一种用于钢管的螺纹接头，其中销和销套中的至少一个覆盖有 Cu-Zn合金或Cu-Zn-Ml合金的第一镀层（Ml是选自于Sn，Bi和In中的至少一种）和Sn-M2 合金的第二镀层（M2是选自于Bi，In，Ni，Zn，Cu中的至少一种元素）。
[0018] 专利文献5公开了一种用于油井管的接头，其中包括第一至第n层的Cu-Sn合金 镀层的第一镀层形成在销套上。
[0019] 专利文献6公开了一种防止磨损的方法，所述方法包括在销和销套中的至少一个 上设置软金属涂层，诸如Cu或Zn的非电镀金属转化涂层，并在其上涂覆润滑剂。
[0020] 专利文献7公开了一种抗磨损的方法，所述方法包括在销和销套中的至少一个上 通过离子镀沉积具有低剪切应力值的材料薄膜，所述材料诸如金，银，铅，锡，铟，钯或铜。
[0021] 虽然专利文献1至7公开固体润滑剂的实例，但是还没有发现在不使用任何润滑 脂的情况下实现钻杆工具接头的不少于25次的重复组装/拆卸操作的技术。
【发明内容】
[0022] 技术问题
[0023] 然而，根据目前情况，对于钻杆工具接头而言不存在不使用螺杆润滑脂的替代性 表面涂层处理。
[0024] 此外对于提高抗磨损性以及实现钻杆工具接头的增加次数的重复组装/拆卸操 作存在持续需求。
[0025]因此，本发明的目的是提供一种钻杆工具接头和相应的钻杆，其在不使用为了避 免磨损的任何润滑脂的情况下可经受不少于25次的重复组装/拆卸操作，其是环境友好 的，并且其不使用润滑剂。
[0026] 解决问题的技术方案
[0027] 上述技术问题通过钻杆工具接头得以解决，所述钻杆工具接头包括：
[0028] 销，其包括在外表面处的阳螺纹部分；和
[0029] 销套，其包括在内表面处的阴螺纹部分，所述阴螺纹部分在由阳螺纹接触表面和 阴螺纹接触表面构成的接触区域内旋拧和紧固到阳螺纹部分，其中阳螺纹接触表面的至少 一部分或阴螺纹接触表面的一部分是由硬质金属构成的表面层，以及相应的阴螺纹接触表 面的至少一部分或阳螺纹接触表面的一部分是由软质材料构成的表面层，并且其中所述两 个表面部分在旋拧后是接触表面。
[0030] 本发明还涉及钻杆，所述钻杆包括：
[0031] 杆体；和
[0032] 销，其包括在外表面处的阳螺纹部分；和
[0033] 销套，其包括在内表面处的阴螺纹部分，所述阴螺纹部分在由阳螺纹接触表面和 阴螺纹接触表面构成的接触区域内旋拧和紧固到同一种类的另一钻杆的阳螺纹部分；
[0034] 其中阳螺纹接触表面的至少一部分或阴螺纹接触表面的一部分是由硬质金属构 成的表面层，以及相应的阴螺纹接触表面的至少一部分或阳螺纹接触表面的一部分是由软 质材料构成的表面层，并且其中所述两个表面部分在旋拧后是接触表面。
[0035] 多个所述钻杆在组装后将包括多个前述钻杆工具接头。
[0036] 因此，所述钻杆工具接头和钻杆涉及如此相关联以形成一个单一的总发明构思的 一组发明。
[0037] 根据本发明的钻杆工具接头或钻杆还可以包括可根据所有可能的实施例相结合 的以下特征：
[0038] -由相应硬质金属和软质材料构成的表面层占据至少90%的接触区域表面；
[0039] _阳螺纹接触表面或阴螺纹接触表面是由硬质金属构成的表面层，并且相应的阴 螺纹接触表面或阳螺纹接触表面是由软质材料构成的表面层；
[0040] -硬质金属的硬度等于或大于600HV，例如等于或大于800Hv;
[0041] _软质材料的硬度等于或大于350Hv，例如等于或大于150Hv;
[0042] _硬质金属与软质材料的硬度比等于或大于2. 8,例如等于或大于5 ;
[0043] -硬质金属基本上由在下述列表内选择的金属构成，所述列表由络（Cr)、镍（N