生产抗磨损的螺纹管状连接件的组件的制作方法
【专利说明】生产抗磨损的螺纹管状连接件的组件
[0001] 本发明涉及钻探和/或操作烃类井所使用的螺纹连接件，和更精确地借助其中至 少一种包括液体无定形热塑性树脂的固体热塑性涂层的协同结合（association)，就抗磨 损性和气体密封性而言优化连接件的总体性能。
[0002] 术语"螺纹连接件"是指由具有基本上管状形状的两个元件构成的任何组件，这两 个元件能通过拼合（makeup)组装在一起，特别地以构成或者钻探烃类井可使用的短联结 零件（stem)或者操作这类井的翻新（work-over)竖管或竖管，或者在操作井中所使用的套 管柱或管状管柱（string)为目的。
[0003] 每一管状构件包括提供有阳螺纹区或阴螺纹区的一个端部，所述端部拟采用类似 元件的相应端部拼合。一旦按照这一方式连接，则该元件构成了所谓的连接件。
[0004] 连接件中的这种螺纹管状构件在确定的负载下连接，以便满足使用条件造成的 干涉配合和密封要求。进一步地，应当已知，可要求螺纹管状构件经历数个拼合-劈开 (breakout)循环，尤其当在使用中时。
[0005] 使用这种螺纹管状构件的条件导致不同类的负载，所述负载使得需要在这些构件 的敏感部分，例如螺纹区，邻接（abutting)区或密封表面上使用薄膜。
[0006]因此，通常在高轴向负载下进行拼合操作，这是例如由于借助螺纹连接件连接的 长度数米的管道的重量可能因在待连接的螺纹元件轴的轻微失调而恶化导致的。这诱导邻 接的肩部差的风险（密封表面差的加压）和这诱导在螺纹区处和/或在金属/金属密封表 面处磨损（galling)的风险。因此常规地用润滑剂涂布螺纹区和金属/金属密封表面。
[0007] 在目前的设计中，需要选择摩擦系数，使得获得至少等于阈值的抗肩上扭矩值 (torque on shoulder resistance value)。按照这一方式，可避免降低由这类连接件和参 考API油脂确定的最佳拼合扭矩值，和在极端情况下，避免不再能保证邻接的功能。
[0008] -些方法由在没有涂布轴或邻接负载区的情况下，通过优先施加PTFE粘结的涂 层到螺纹上，以便局部生成高的摩擦系数，作为负载区（纵向移动负载区）的函数，差异化 摩擦系数组成（参见例如文献US20090033087)。
[0009] 其他方法由使用基本上粘塑性的涂层，聚焦肩部扭矩小于70%最佳夹紧 (clamping))扭矩值组成（参见例如文献W02008/125740，W02009/072486)。然而，基本上 蜡状的热塑性涂层产生邻接塑化的风险，在它达到最佳夹紧扭矩之前，尤其对于T&C(螺纹 连接）的小尺寸的薄的连接件或者称为"高扭矩"连接件的连接件来说。
[0010] 对于本领域的技术人员来说，可在称为摩擦塑化拼合邻接的阶段期间（即在紧固 阶段最后），在具有固体稠度（consistency)的基体内使用具有抗流变行为的热塑性材料， 通过弹性效应，增加剪切力（参见，例如文献W02010043316)。然而，抗剪切引起过度的加 热，这倾向于在纵向移动负载区内改性基体的流变学粘塑性能，并影响允许数量大的拼合/ 劈开操作的薄膜效果。
[0011] 为了克服该问题，本领域技术人员选择通过表面迀移或者通过在具有高软化点的 固体热塑性基体内浸渍摩擦改性剂，来调节弹性效应，其目的是作为负载区的函数，降低肩 部扭矩值且没有影响抗肩上扭矩，并且提供抗磨损性，甚至在薄膜的断裂超出负载天花板 (ceiling)的情况下（参见，例如文献W02010114168和WO 2012049194)。尽管在起始区内 和在紧固最后出现该效果，但在大量薄片中润滑剂薄膜容易挤出，这是归因于选择构成基 体的热塑性聚合物的因素的组合导致的。软化点或熔点范围优选为80°C -320°C，且比在储 存或使用期间暴露于其下的成分对应的那些的温度高得多，以便防止聚合物因它们的粘性 性质导致的接收灰尘和其他污染物。另外，具有橡胶状热动态行为的诸如酸二聚体的共聚 酰胺之类的聚合物使得该基体高度内聚，这与粘合力相反。
[0012] 或者，专利文献W02009057754和更近来的专利文献W02012060472提出了生产具 有糊状或蜡状稠度的润滑薄膜的薄层（称为"半干燥"薄膜），它包括提供抗摩擦的材料， 所述抗摩擦性取决于接触压力。这些解决方案使用例如软化点范围为60°C _200°C的松香 衍生物或"增粘"固体树脂或氟化妈。然而，制动原理（braking principle)大大地受到局 限，这归因于下述事实：高度粘稠的基体有助于在金属-金属界面处限制滑动，和结果增加 摩擦。另外，薄膜不是固态，这在运输，储存和使用期间是不利的（污染的风险）。
[0013] 基于这一观察结果，本发明通过采用具有差异摩擦系数和热动态行为的两种固体 热塑性涂层面向彼此且与它在连接件的阳端部还是阴端部上无关，以所要求性能的协同效 应为基础。本发明因此提出了获得API 5A3油脂的参考值的100%或更大的抗肩上扭矩，从 而尽可能长地保护在接触的表面之间的润滑剂薄膜，以便确保最佳的润滑性能。
[0014] 特别地，本发明涉及生产螺纹连接件的组件，它包括第一和第二管状构件，其中构 件各自具有旋转轴和各自在它们的端部之一处提供有在构件的外部或内部周围表面上产 生的螺纹区，这取决于螺纹端部的类型是阳型还是阴型，所述端部能通过拼合配合，且在终 端表面内终止，在端部之一上提供的至少一个第一接触表面，和在相应的端部上提供的至 少一个第二接触表面，使得第一和第二接触表面在拼合端部期间接触，其特征在于第一和 第二接触表面可分别各自涂布有第一和第二干燥的热塑性薄膜，其基体可以由一种或多种 热塑性聚合物构成，仅仅第一和第二干燥热塑性薄膜之一进一步包括在25°C下动态粘度范 围为2000-40000mPa. s的液体无定形热塑性树脂。
[0015] 以下列出了任选的互补或替代特征。
[0016] 第一和第二接触表面可以是螺纹区的一部分。
[0017] 第一和第二接触表面可以是在第一和第二管状构件的端部的周边表面上提供的 密封表面。
[0018] 第一和第二接触表面可以是上述端部的终端表面上提供的邻接表面。
[0019] 构成第一和第二干燥薄膜的基体的一种或多种热塑性聚合物可具有半晶结构且 熔点范围为60°C -170°c。
[0020] 一种或多种热塑性聚合物可选自以下确定的列举：含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物， 乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，在两个结晶聚甲基丙烯酸甲酯聚合物 之间具有无定形丙烯酸丁酯聚合物的交替嵌段的共聚物，和基于由二元酸和二胺之间的缩 聚反应获得的二聚体的共聚酰胺的共聚物树脂。
[0021] 一种或多种热塑性聚合物可以是乙酸乙烯酯比例范围为18% -40%，优选等于 28%的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
[0022] 液体无定形热塑性树脂与该聚合物的浓度比范围可以是1. 5-2。
[0023] 液体无定形热塑性树脂可选自以下确定的列举：用甲醇或者用三甘醇酯化的松香 酸衍生物，分子质量小于500g/mol的芳烃树脂，羟化聚酯树脂，聚异丁烯类和聚甲基丙烯 酸烷酯。
[0024] 热塑性干燥薄膜也可包括选自以下确定的列举的一种或多种蜡：烷属烃，微晶蜡， 巴西棕榈蜡，聚乙烯蜡，酰胺蜡和氢化蓖麻油。
[0025] 在热塑性干燥薄膜内蜡的重量比例范围可以是3% -20%。
[0026] 干燥热塑性薄膜也可包括选自由以下确定的列举中的固体润滑剂的颗粒：石墨， 氮化硼，氧化锌，二硫化钼，氟化石墨，硫化锡，硫化铋，硫代硫酸盐，聚四氟乙烯和聚酰胺。
[0027] 在干燥热塑性薄膜内固体润滑剂颗粒的重量比例范围可以是2% -20%。
[0028] 干燥热塑性薄膜也可包括用碳酸钙中和的复杂烷基芳基磺酸盐，其重量比例保持 低于40%。
[0029] 干燥热塑性薄膜也可包括腐蚀抑制剂，优选钙离子交换的二氧化硅，腐蚀抑制剂 的重量比例范围为5% -15wt%。
[0030] 干燥热塑性薄膜也可包括聚二甲基硅氧烷或全氟聚醚油，所述油在20°C下的动态 粘度范围为100-1850mm 2/s，所述油的重量比例范围为2% -10%。
[0031] 在用干燥热塑性薄膜涂布每一表面之前，第一和第二接触表面可以已经通过表面 制备步骤处理，所述表面制备步骤选自喷砂，转化处理和电解沉积。
[0032] 在随后的说明中，参考附图，更加详细地描述本发明的特征和优点，其中：
[0033]图1是由通过拼合连接两个管状构件得到的连接件的示意图；
[0034]图2是两个螺纹管状构件的拼合曲线的示意图；
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