摩擦系数适于管式螺纹接头的组件中的螺纹元件的润滑组合物的制作方法

专利名称：摩擦系数适于管式螺纹接头的组件中的螺纹元件的润滑组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于例如石油领域的管式螺纹接头的组件，更具体地说，本发明涉及
包含螺丝接合部的管式螺纹接头的组件中的螺纹元件部分的润滑。
背景技术：
本文中所使用的术语"组件"是指拟通过螺纹装配到另一组件以与该其它组件构 成管式螺纹接头的任何元件或附件。组件可以是例如长度相对长(特别是约十几米长)的 管、数十厘米长的管式套管、用于这些管的附件(悬起设备或悬架、零件更换件或四通、安 全阀、钻杆连接器或工具接头等)。 这种组件可用于例如钻井或井作业。在这种情况下，将各组件装配在一起，以降到 烃井或类似的井中，并且构成钻杆柱、套管柱、衬垫柱、或生产管柱(作业柱)。
在组件(管或套管)末端制成的螺纹元件必须首先受到保护以防止在运输和井场 存储期间腐蚀，因此它们在离开制造车间时传统上涂布有保护油或油脂。
在井中，它们可能不得不经历多个上扣(紧固)和卸扣(拧松)操作。上扣操作 由分布图(或曲线)定义，该分布图表达了随着所进行的旋转圈数变化的上扣转矩。对应 于具有锥形螺纹的高级螺纹接头的上扣转矩分布图的实例图示于图1中。可以看出，上扣 转矩分布图可大体分为四个部分。在第一部分P1中，管式螺纹接头的第一组件的阳螺纹元 件(或"销")的外螺纹尚未涉及与同一管式螺纹接头的第二组件的相应阴螺纹元件的内螺 纹(或"母螺纹")的任何径向紧固(过盈配合)。在第二部分P2中，阳螺纹元件和阴螺纹 元件螺纹的几何过盈产生径向紧固，其随着上扣操作的进行而成比例地增大(产生小但却 不断增大的上扣转矩)。在第三部分P3中，阳螺纹元件端部外周处的密封面与阴螺纹元件 相应的密封面径向过盈，从而产生金属/金属密封。在第四部分P4，阳螺纹元件的前端表面 与阴螺纹元件螺丝接合部的环形表面轴向对接。第四部分P4对应于最终的上扣阶段。
对应于第三部分P3结束和第四部分P4开始时的上扣转矩CAB称为台肩转矩。对 应于第四部分P4结束时的上扣转矩CP称为塑化转矩。超过塑化转矩CP时，认为阳螺丝接 合部(阳螺纹元件的端部)和/或阴螺丝接合部(设置在阴螺纹元件的环形接合表面之后 的区域)是塑性形变体，这可引起密封面之间接触的密封性能的劣化。塑化转矩CP与台肩 转矩CAB的值之差称为台肩抵抗转矩并记为CSB(CSB = CP-CAB)。 管式螺纹接头在上扣结束时是最佳紧固体，其标志最佳机械强度的螺纹装配—— 例如就张力和使用情况下的偶然卸扣而言——以及最佳密封性能。因而促使螺纹接头的设 计者对于给定类型的螺纹接头限定最佳上扣转矩值，该最佳上扣转矩值对于该类型接头的 所有部件而言，都必须低于塑化转矩CP(以避免接合部的塑化以及由此导致的缺点)并高 于台肩转矩CAB。在低于CAB的转矩下终止上扣实际上不能确保阳元件和阴元件的准确相 对定位以及进而它们彼此抵对的密封面的合适紧固。由于台肩转矩CAB的有效值取决于 阳元件和阴元件的螺纹有效直径和密封面，因此其随着相同类型接头的部件不同而显著波动，并且适宜的是最佳上扣转矩显著大于台肩转矩CAB。因此，台肩抵抗转矩CSB的值越大，
则限定最佳上扣转矩可有的余地越大并且螺纹接头越能经受操作中出现的力。 为了保护敏感部分例如螺纹，以免在上扣和卸扣操作过程中粘扣，螺纹传统上除
去保护油脂而涂布有专用的上扣油脂例如符合API RP 5A3(以前是API Bull.5A2)的油
脂。除了需要在井中进行二次涂布操作的缺点以外，这种载有重金属和/或有毒金属、例
如铅的油脂的使用还具有引起井和环境污染的缺点，因为过量的油脂在上扣期间从螺纹排出。 已经提出了其它类型的保护。 因而US 6933264提出用单涂布代替用油脂进行的两个连续的涂布，该单涂布使 用单层糊状或蜡质稠度(称为半干)的润滑剂在制造螺纹元件的车间中实施，所述润滑剂 包含至少一种具有化学作用的极压添加剂。所述薄层构成半干涂层，其具有以下缺点需要 机械保护以防止在运输和存储期间受到灰尘或砂颗粒的污染。 其它专利文献例如US 4414247、 US 4630849、 US 6027145、 US 6679526B2、 US 2004/0166341A1和WO 2004/033951提出用各种固态保护涂层代替油脂，该固态保护涂层 在制造螺纹元件的车间中涂覆，所述固态保护涂层包含附着到基材的固体基体，所述固体 基体中分散有固体润滑剂的颗粒，在固体润滑剂中，更优选提及的是二硫化钼MoS2。
WO 2006/104251涉及具有粘性润滑层的螺纹接头，所述粘性润滑层用干固体涂层 覆盖。该涂层不是润滑性的。该润滑层不是固体。 还提出了污染小很多的固态保护涂层。固态保护涂层通过具有粘塑性特性、特别 是基于热塑性材料的润滑基体形成，所述润滑基体载有至少两种不同类别的固体润滑剂的 颗粒。该涂层解决了其它涂层在连续上扣和卸扣操作、特别是在工地条件下的所述操作中 遇到的问题，以及保护螺纹元件免受腐蚀的问题。而且，固态保护涂层提供高质量的润滑。 不幸的是，本发明的申请人意识到，在使用条件下特别是在工地上，其润滑过好以至于不能
依照管式螺纹接头预定的上扣转矩分布图紧固该管式螺纹接头的阳端和阴端。换言之，上 述涂层大大降低了在重赫兹载荷(称为"极压"载荷)和低摩擦速度下上扣结束时螺丝接 合部处的摩擦量，从而使塑化转矩过早达到，并导致台肩抵抗转矩值远低于API RP 5A3油 脂所得的参考值。进而可能必须降低针对该类型的接头和参考油脂API制订的最佳上扣转 矩值，并且在极端情形下，接合部的功能可能无法保障。

发明内容
因此本发明的目的是改善上述情况，并且更准确地说是提供润滑(或涂层)组合 物，该组合物具有经选择的摩擦系数，该摩擦系数使得可获得选择的台肩抵抗转矩值，所述 台肩抵抗转矩值由具有涂布了 API RP 5A3标准油脂的螺纹元件的相同螺纹接头获得的值 限定，以便可使用最佳上扣转矩标准值(用API RP 5A3油脂确定的标准值)。
为此，提出用于螺纹接头上扣的成膜润滑组合物，该组合物用于用膜覆盖管式螺 纹接头的组件的螺纹元件的螺丝接合部和至少一个螺纹，所述膜对下层的螺丝接合部和螺 纹具有粘着性，所述螺丝接合部将在最终的上扣阶段抵靠在所述管式螺纹接头的另一组件 的另一接合部上，并且所述润滑组合物包含(任何类型的)基体。 用于螺纹接头上扣的该润滑组合物的特征在于其还包含至少一种制动添加剂(用于在保持受润滑模式的同时将摩擦系数调节至较高的值)，所述制动添加剂分散在所 述基体中并选择成赋予所述组合物以作为润滑性补充的经选择的摩擦系数，该摩擦系数使
得获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩值。 换言之，本发明提出用于螺纹接头上扣的润滑组合物，其"制动"效果可根据部分 覆盖有该润滑组合物的螺纹接头在紧固操作结束时必须经受的赫兹应力来选择。可根据摩 擦速度选择制动效果。 根据所考虑的应用要求，该组合物可为整体形式且更具体地为固体形式从而以熔 融态进行喷涂，或以分散体或乳液的形式稀释在有机化合物或水中。 本发明的用于螺纹接头上扣的润滑组合物可根据多种变化方案实施，其中的至少 某些特征可组合在一起，尤其是-制动添加剂可例如选择成可获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩值，该阈值本身 等于例如API RP 5A3型油脂的台肩抵抗转矩参考值的70X，但可大于或等于所述参考值 的100% ;-制动添加剂由矿物或有机颗粒的分散体和/或溶液构成，所述颗粒具有相对高 的裂解力值(即需要中或高剪切值或应力以使其发生裂解)和/或强的颗粒相互作用或颗 粒间吸引键和/或中到高的莫氏硬度(但无研磨特征)和/或抵抗或对抗移动的流变行 为； >例如各制动添加剂至少选自铋的氧化物、钛的氧化物、胶体二氧化硅、炭黑和丙 烯酸类聚合物； >制动添加剂以重量计的组成可例如如下
三氧化二铋 25-99%
二氧化钛 1-75% ; > .在第一变化方案中，制动添加剂组合物可例如仅为炭黑； >在第二变化方案中，制动添加剂组合物可例如仅为热解小球胶体二氧化硅；-固体润滑剂的颗粒可与制动添加剂一起分散在基体中； >固体润滑剂的颗粒可包含第1类、第2类、第3类和第4类中至少一类(优选至 少两类)润滑剂的颗粒； 參例如固体润滑剂的颗粒可包含至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种 第1类固体润滑剂的颗粒； 參作为变化方案，固体润滑剂的颗粒可包含至少一种第1类固体润滑剂的颗粒和 至少一种第4类固体润滑剂的颗粒； 參作为变化方案，固体润滑剂的颗粒可包含至少一种第1类固体润滑剂的颗粒、 至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种第4类固体润滑剂的颗粒；
參作为变化方案或补充方案，固体润滑剂的颗粒可至少包含至少一种选自氮化硼 和氧化锌的第1类固体润滑剂的颗粒； 參作为变化方案或补充方案，固体润滑剂的颗粒可包含至少一种选自氟化石墨、
锡的硫化物和铋的硫化物的第2类固体润滑剂的颗粒； 參作为变化方案或补充方案，固体润滑剂的颗粒可至少包含作为第4类固体润滑 剂的聚四氟乙烯的颗粒；
>固体润滑剂的颗粒可包含至少一种球形或管形几何形状的富勒烯的分子；
-基体可为不触粘的固体稠度并且可具有塑性或粘塑性类型的流变特性； >基体可具有8(TC至400°C的熔点； >基体可包含至少一种热塑性聚合物，例如聚乙烯或丙烯酸类粘合剂；-基体可包含至少一种热固性粘合剂，例如环氧树脂、聚氨基甲酸酯、有机硅、醇酸
氨基甲酸脂和甲醛酚类树脂(formoph6noliques);-基体可包含至少一种矿物粘合剂，例如碱金属硅酸盐；-基体可包含至少一种螯合物类型的粘合剂，例如有机钛酸盐或硅酸盐；-基体可为不触粘的固体稠度，并且可包含至少一种粘弹性的粘合剂，例如弹性体
或胶乳； _基体可包含至少一种金属皂，例如硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸锂、硬脂酸铝或硬 脂酸铋；-基体可包含至少一种植物、动物、矿物或合成来源的蜡或树脂。树脂可包含松香 酯以提高在基材上的附着并减少起皮；-基体可包含至少一种腐蚀抑制剂，例如磺酸钙的衍生物或钙氧化产物；
-基体可包含至少一种IO(TC下的运动粘度至少等于850mm7s的液体聚合物，例 如聚甲基丙烯酸烷基酯、聚丁烯、聚异丁烯或聚二烷基硅氧烷；
-基体可包含至少一种着色剂；-基体可包含至少一种旨在促进对表面的附着和涂层的均匀性的表面活性剂(表 面张力改性剂)，例如有机硅或有机硅衍生物，其可改性或不改性并且可官能化或不官能 化；-基体可包含至少一种抗氧化剂；
-热塑性基体以重量计的组成可例如如下 聚乙烯均聚物 5-96% 巴西棕榈蜡 2-30% 硬脂酸锌 2-30% 磺酸钙衍生物 0-50% 聚甲基丙烯酸烷基酯 0-15% 着色剂 0-1% 抗氧化剂 0-1% ;-在变化方案中，水性乳液形式的热塑性基体以重量计的组成可例如如下 聚乙烯乳液 0-50% 丙烯酸类乳液 10-80% 磺酸钙衍生物 1-40%
聚甲基丙烯酸烷基酯 1-40% 硬脂酸锌乳液 10-50% ;-固体润滑剂以重量计的组成可例如如下 氟化石墨 65-99% 氧化锌 1-35% ;
-在第一变化方案中 氟化石墨 氮化硼 聚四氟乙烯
-在第二变化方案中 锡的硫化物 氮化硼 聚四氟乙烯
-在第三变化方案中 铋的硫化物 氮化硼 聚四氟乙烯
-在第四变化方案中
-在第五变化方案中
-在第六变化方案中
-在第七变化方案中
-其本身以重 热塑性基体 固体润滑剂 制动添加剂
十的组成可例如如下
十的组成可例如如下
固体润滑剂以重量计的组成可例如如下
20-99%
0- 30%
1- 80% ; 固体润滑剂以重』
20-99%
0- 30%
1- 80% ; 固体润滑剂以重』
20-99%
0- 30%
1- 80% ;
固体润滑剂的组成可仅为氟化石墨； 固体润滑剂的组成可仅为锡的硫化物； 固体润滑剂的组成可仅为铋的硫化物； 固体润滑剂的组成可仅为氧化锌； 计的组成可例如如下 45-93% 1-25% 5-20% ;
-在变化方案中，基体可具有糊状稠度(即具有滴点)。在该情况下，润滑组合物 可包含至少一种具有化学作用的极压添加剂。 本发明还提出管式螺纹接头的组件的螺纹元件，所述螺纹元件包含至少一个螺纹 和螺丝接合部，在上扣操作结束时所述管式螺纹接头的另一组件的另一接合部抵靠在所述 螺丝接合部上，其中至少所述螺纹和所述螺丝接合部用薄层覆盖，所述薄层附着到螺纹和 螺丝接合部的表面，并且所述薄层由前述类型的润滑组合物形成。 本发明的螺纹元件可根据多种变化方案实施，其至少某些特征可组合在一起，特 别是-它可至少部分覆盖有厚度为10 ii m至50 ii m的润滑组合物；-它还可包含密封面，所述密封面能在上扣操作之后与另一螺纹元件的相应密封 面紧密密封接触，并且所述密封面覆盖有所述润滑组合物；
-其螺丝接合部可为环形接合表面；-其覆盖有润滑组合物的表面可具有使它们适于吸附或吸收所述润滑组合物的几 何、物理和/或化学特性；以及 _其表面可先用具有保护其免受腐蚀的功能的涂层或膜涂布。 本发明还提出包含阳螺纹元件和阴螺纹元件的管式螺纹接头，其中至少之一是前 述类型的螺纹元件
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其它特征和优点将通过下面的详细描述和附图而变得更加明晰，其中
图1图示了上扣转矩分布图(转矩随圈数变化)的实例， 图2图示了在沿着纵轴XX截取的截面图中，VAM TOP型管式螺纹接头的第一组件 的阴元件的实施方案， 图3图示了在沿着纵轴XX截取的截面图中，VAM TOP型管式螺纹接头的第二组件 的阳元件的实施方案， 图4图示了在沿着纵轴XX截取的截面图中，由图2和图3所示的阳元件和阴元件
装配形成的VAM TOP型管式螺纹接头的实施方案，以及 图5是Bridgman型机器的实施方案的功能简图。 附图不仅可用于完善本发明，并且适宜时可还有助于定义本发明。
具体实施例方式
本发明的目的是提出用于螺纹接头上扣的成膜润滑组合物(或涂层)，该组合物 具有经选择的摩擦系数，该摩擦系数使得在管式螺纹接头的组件的螺纹元件上获得至少等 于阈值的台肩抵抗转矩值，所述阈值对应于尤其通过该台肩抵抗转矩值定义的上扣转矩分 布图。 以下将考虑组件用于烃井的钻井或开采，并且其装配有VAM (注册商标)系的有套 管的或整体型管式螺纹接头的至少一个阳螺纹元件或阴螺纹元件或者其等同物。然而本 发明不限于该类型的用途，也不限于前述类型的管式螺纹接头。本发明实际上涉及任何类 型的管式螺纹接头组件，而不论其用途如何，条件是其包含具有至少一个螺纹和螺丝接合 部的至少一个阳螺纹元件或阴螺纹元件，所述螺纹和螺丝接合部必须通过相同的润滑组合 物(或涂层)润滑。转速在螺纹啮合后上扣开始时可为大约10-30转/分钟，而在上扣结 束时最大为2-5转/分钟。直径通常为50-400mm，线速度在上扣开始时为约0. 3ms—、至上 扣结束时为0. 005ms—、而且，在密封和接合区域上，接触压力在上扣开始时低而在上扣结 束时非常高。从上扣开始到结束，螺纹间的摩擦路程长。在密封和接合区域上，摩擦路程非 常短(上扣结束时)。润滑组合物将经受上扣结束时的极压(例如约1. 5GPa)和低速，同 时减少粘合剂磨损和螺纹蠕变。速度大大降低和赫兹应力增大下的摩擦增大是值得关注 的。与其它试验相反，Bridgmann试验适合于测试所考虑的润滑组合物，所述其它试验例如 在Amsler机器上进行的试验，它们与上扣领域无关，因为它们涉及的是连接的上扣期间不 存在的滚动接触。具有密封和接合区的上扣极其特有的这些要求使得拟用于其它用途的润 滑组合物被立即弃用。 如图2和3所示，组件Tl或T2包含以螺纹元件(或端)为末端的物体或运行部 件PC，所述螺纹元件为EF处所示的阴元件或EM处所示的阳元件。 阴螺纹元件EF (见图2)包含至少一个内螺纹FI和螺丝接合部BVF，该螺丝接合部 BVF为例如环形内表面的形式(在VAM TOP型螺纹接头的情况下为圆锥形凸面)，其位于内 螺纹FI的下游。 阴螺纹元件EF的自由端在此处用作参照。因此，在该自由端之后的任何东西均称 为在其下游。在图2所示的实例中，内螺纹FI位于自由端的下游但在螺丝接合部BVF的上游。 此处所使用的术语"内"是指位于表面上的部分(或表面)，所述表面朝着阴螺纹 元件EF的纵轴XX。 如图2中所示，阴螺纹元件EF可任选地包含介于内螺纹FI和螺丝接合部BVF之 间的金属/金属密封面SEF。 阳螺纹元件EM(见图3)包含至少一个外螺纹FE和螺丝接合部BVM，该螺丝接合部 BVM为例如环形端面的形式(在VAM TOP型螺纹接头的情况下为圆锥形凹面)，其位于外螺 纹FE的上游自由端上。 阳螺纹元件EM的自由端在此处用作参照。因此，在该自由端之后的任何东西均称 为在其下游。 此处所使用的术语"外"是指位于表面上的元件(或表面)，所述表面朝着与阳螺 纹元件EM的纵轴XX径向的径向方向上。 如图3中所示，阳螺纹元件EM可任选地包含介于螺丝接合部BVM和外螺纹FE之 间的金属/金属密封面SEM。 要注意的是，与外螺纹FE相同，内螺纹FI可分成一个或多个单独的螺纹部分，所
述多个单独的螺纹部分彼此轴向和/或径向隔开并位于圆柱形或圆锥形的表面上。 如图4中所示，管式螺纹接头JF通过将第一组件Tl的阴螺纹元件EF上扣至第二
组件T2的阳螺纹元件EM进行装配而形成。该上扣由图l所示类型的上扣转矩分布图定
义，并且其特征在于台肩转矩CAB、塑化转矩CP和台肩抵抗转矩CSB (它们各自的定义已在
本说明书的引言部分中给出)。 实现上扣的条件是至少螺丝接合部BVF和/或BVM与内螺纹FI和/或外螺纹FE 以及阴螺纹元件EF和/或阳螺纹元件EM可能的金属/金属密封面SEF和SEM已经先用本 发明的润滑(涂层)组合物涂布。涂层(或组合物)优选分别在阴和/或阳螺纹元件EF 和EM的制造车间中沉积在它们之上。 本发明的润滑组合物具有成膜特征。它能在基材上形成附着到其上的薄层(膜)。 该润滑组合物包含其中分散有至少一种制动添加剂的基体。将从下面看到，这种润滑组合 物将在称为螺丝接合部的塑化摩擦的阶段期间(即在紧固阶段结束时)提供"受润滑的制 动"特性。 基体，又称为粘合剂，其使得可将活性成分固定到给定位置或将活性成分携带到 给定位置。它还充当不均匀体系的内聚剂并可以具有补充其所结合或携带的活性成分功能 的作用。它可为任何类型并且具体而言具有不触粘的固体稠度或者糊状稠度(即具有滴 点)。然而优选的是，其具有塑性或粘塑性类型的流变特征和润滑特征。
本文中所使用的术语"固体稠度"是指不为液体、气体或糊状的稠度(或状态)。 更准确地说，当基体(或膜)的熔点高于与存储或使用时各成分所暴露的温度相应的温度 时，该基体(或膜)在这里被认为是处于固态(或稠度)，以便避免它们由于其粘性特征而 捕获气氛中的灰尘和/或污染与所述基体(或膜)接触的表面和/或由于上扣/卸扣操作 期间的迁移、外流或挤出而污染环境。 管式螺纹接头的上扣和卸扣操作中所涉及的摩擦机理由于所遇到的摩擦速度的 巨大改变而变得复杂。实际上，速度在上扣过程中可相对大而在上扣结束时(或紧固阶段)
12或卸扣开始时(拧松阶段)几乎为零。另一方面，赫兹应力在相同的摩擦期间非常大，进而 导致限制性条件。 术语"赫兹应力(或压力)"用于表示通过接触表面(从而在其上引起弹性形变) 所施加的载荷除以所述表面的面积而得到的结果。当涉及高水平的赫兹应力时，固体非塑 性材料可经历内部剪切作用，由于材料疲劳而降低它们的使用寿命，而固体塑性材料则根 据流体定律经历所述剪切，产生摩擦表面。 为了解决由于上述动力学应力而引起的问题，有利的是使用具有以下性质的基
体，所述基体的性质包括塑性特性，并允许应力下的粘性流动，同时满足所遇到的全部速度
状况。通过多种成分形成的基体在多种剪切作用的存在下具有甚至更好的性能。实际上，
所述基体可使其它活性成分保持在适当的位置并有助于产生稳定的转移膜。 为了获得粘塑性类型的流变特性，可例如使用固态基体，该固态基体包含形成部
分或全部粘塑性聚合物的至少一种热塑性聚合物(或树脂)，例如聚乙烯或丙烯酸类粘合
剂。聚乙烯是有利的，因为它不产生与熔融状态下的高水平粘度相联系的涂覆问题，而其它
粘塑性聚合物如聚酰胺-6、聚酰胺-ll和聚丙烯的情形正是如此。在聚乙烯中，更有利的是
使用熔点高于105t:的聚乙烯。然而可使用熔点为8(TC至40(TC的基体。 术语热塑性是指可熔性聚合物，所述可熔性聚合物能够可逆地通过加热分别在温
度Tg和Tm(玻璃化转变温度和熔点)下软化然后熔化，并通过冷却而固化然后玻璃化。热
塑性聚合物在没有化学反应的情况下发生形变，这与热固性聚合物相反。在本发明中使用
热塑性聚合物以在摩擦应力下获得粘性流动，同时以静态方式保持稳定干燥(不触粘)的
固体结构。相反，通常，热固性聚合物在应力下没有或几乎没有粘性性质。 应注意的是，当基体必须具有固体稠度和高强度的机械特性时，它可包含热固性
类型的粘合剂，例如环氧树脂、聚氨基甲酸酯、有机硅、醇酸氨基甲酸酯或者甲醛酚类树脂。
在该类型基体的变化方案中，还可使用矿物粘合剂，例如硅酸盐，或者螯合物，如有机钛酸
盐或硅酸盐。在这些情况下，组合物也是不触粘的。 基体还可以具有不触粘的固体稠度并且可具有粘弹性特性。在该情况下，它可包 含弹性体或胶乳。 为了满足在准静态条件下有限的润滑应力以及非常高的摩擦载荷，可将至少一种 类型的固体润滑剂分散在基体中。 本文中所使用的术语"固体润滑剂"是指一种固体稳定体，其在介于两个摩擦表面 之间时，可降低摩擦系数并降低对表面的磨损和破坏。所述物体可分为由其作用机理和其 结构定义的不同类别。 _第1类其润滑性质是由于其结晶结构的固体，其在低剪切应力下具有某些结晶 面断裂性质，这种固体例如石墨、氧化锌(ZnO)或氮化硼(BN); _第2类如下所述的固体，该固体的润滑性质一方面是如第l类所示由于其结晶 结构，另一方面是由于其组成中与金属表面反应的化学元素，从而赋予在表面上固定的补 充性质，这有利于建立相对稳定的润滑转移层，这种固体例如二硫化钼Mc^、氟化石墨、锡 的硫化物、铋的硫化物或二硫化鸨；-第3类如下所述的固体，该固体的润滑性质是由于其与金属表面的化学反应性 能产生润滑性的可解离的或塑性的络合化合物，这种固体例如某些硫代硫酸盐型化合物，或者Desilube Technologies Inc.出售的Desilube 88;以及-第4类其润滑性质是由于在摩擦应力下、特别是在进行剪切时的塑性或粘塑性
性质的固体，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯、聚丙烯、聚縮醛或聚酰胺。 该分类例如描述在Mr Eric Gard(法国Ecole Nationale Sup6rieuredes
P6troles et Moteurs)的标题为"Les lubrifiants solides (固体润滑剂)，，的文献中。 除了上述类别外，还有富勒烯这一特别种类，其根据命名法1-3分作第1类的亚
类。富勒烯是单层或多层的、球形或管形的分子，其具有减少摩擦并在摩擦表面上产生稳定
的转移膜的性质。可例如使用碳富勒烯或金属二硫化物类型的富勒烯。 本领域的普通技术人员已知的是，在干燥且液体动力润滑操作条件下为固体的润
滑剂，当分散在流体或粘塑性材料中时，往往变得以稳定的方式固定在表面上，从而改变表
面的摩擦特性。它们通过化学或物理-化学键合转移并结合到表面上，这导致高水平的耐
磨性和摩擦性质的改善。根据固体的性质，这向表面赋予抗磨保护、在由高表面应力产生的
极压(赫兹应力)下的耐受性和抗磨性、以及在宽范围载荷和摩擦速度下的低摩擦系数。这
种产生转移膜的性质用于表面反复受力的摩擦类型，例如在管式螺纹接头的上扣和卸扣操
作期间产生的摩擦。 本发明的组合物可仅包含单一的一种固体润滑剂，例如单独的氟化石墨，或单独 的锡的硫化物，或单独的铋的硫化物或者单独的氧化锌。 然而，组合使用至少两种属于不同类别的固体润滑剂可以实现协同作用以及进而 非常高水平的润滑性能。本文中所使用的术语"协同作用"是指其中具有基础性质的固体润 滑剂的组合导致性能水平高于这些固体润滑剂单独使用时的基础性质的效果之和的情形。
优选用在本发明中的固体润滑剂至少包括迄今为止尚使用得很少的第2类化合 物，例如氟化石墨和锡或铋的硫化物。它们不同于传统的固体润滑剂产品，例如石墨(可促 进腐蚀的发生)、二硫化钼(已知是不稳定的，特别是在水分的存在下，并且已知其释放出 硫的氧化物或者硫化氢，硫的氧化物对钢具有腐蚀性，硫化氢可使钢对延迟的氢引起的应 力开裂(称为"硫化物应力开裂"或SSC)敏感)或者二硫化钨，因为它们对金属的结合能 力更强且它们在极压下的性能水平显著更高。当与其它类别的固体润滑剂协同使用时，它 们可实现特别显著的性能水平。 上述第2类化合物可以以颗粒的形式与来自第1类、第3类和第4类中至少一类 的固体润滑剂的颗粒一起使用。从而可使用至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种 第4类固体润滑剂的颗粒，或者至少一种第1类固体润滑剂的颗粒和至少一种第2类固体 润滑剂的颗粒，或者至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种第3类固体润滑剂的颗 粒，或者至少一种第1类固体润滑剂的颗粒、至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种 第4类固体润滑剂的颗粒。 与第2类/第4类的协同作用相比，使用联合了第1类、第2类和第4类的体系观 察到在工地条件下的上扣和卸扣周期数增加50% 。 例如，第l类固体润滑剂的颗粒可为氮化硼或氧化锌的颗粒。同样作为例子，第 2类固体润滑剂的颗粒可为氟化石墨、锡的硫化物、钨的硫化物或铋的硫化物的颗粒。第3 类的颗粒可为Desilube 88 (由DesilubeTechnologies Inc.出售)。同样作为例子，第4 类固体润滑剂的颗粒可为聚四氟乙烯(PTFE)的颗粒。使用下列组合实现了尤其高性能的协同作用氟化石墨(第2类)/PTFE(第4类)/氮化硼(第l类)、二硫化锡(第2类)/ PTFE(第4类)/氮化硼(第1类)、硫化铋(第2类)/PTFE(第4类)/氮化硼(第l类)、 以及CFx(第2类)/Zn0(第1类)/PTFE(第4类)。 如前所示，本发明的润滑组合物除了基体(或粘合剂)以及可能的固体润滑剂的 颗粒以外，还包含至少一种制动添加剂(或颜料)。各制动添加剂(或颜料)分散在基体 中。 制动添加剂(或颜料)根据管式螺纹接头的上扣转矩分布图进行选择，该制动添 加剂(或颜料)分别部分覆盖所述管式螺纹接头的阳和阴螺纹元件EM和EF中的至少一个。 更准确地说，所述制动添加剂选择为赋予所述组合物以作为润滑性质的补充的经选择的摩 擦系数，所述摩擦系数使得可得到至少等于阈值的台肩抵抗转矩值CSB。
例如如果为台肩抵抗转矩值CSB所选择的参考值为由部分覆盖有API RP 5A3(或 API Bull.5A2)型油脂的给定管式螺纹接头的上扣转矩分布图所定义的台肩抵抗转矩值， 则对于该相同的管式螺纹接头而言，台肩抵抗转矩值CSB的阈值可选择为至少等于该参考 值的70%。当然，根据用途的类型，可优选具有使得能获得如下台肩抵抗转矩值CSB的组 成，该台肩抵抗转矩值CSB接近参考值的70% (作为比其更高或与其相等的值)，或者甚至 接近该参考值的100%，甚至高于该参考值的100%。 在本申请中选择70%的值以保持足够的裕度，从而可使用允许高品质紧固的最低 上扣转矩。 在某些应用中，当然可选择小于参考值的70%的台肩抵抗转矩阈值。然而，它们 不足以用于其中管式螺纹接头在相对高水平的转矩下进行上扣的应用。实际上在该情形 中，无法再使用标准标称转矩对螺纹接头进行上扣(带有具有API标准油脂的螺纹元件涂 层)，除非在某些情况下冒如下风险阳和阴两个螺纹元件EM和EF中的至少一个的螺丝接 合部分别经历塑性(不可逆)形变或者不满足正确的上扣准则(台肩转矩CAB与最佳转矩 之比)。 应理解各制动添加剂根据特定的物理性质进行选择，使得可向本发明的组合物赋 予在受润滑的条件下根据管式螺纹接头的上扣转矩分布图使在上扣操作中所施加的移动 制动的能力，并因此实施。实际上，相对摩擦并由介入的第三体(这里是润滑组合物)隔开 的两种材料的性质是由于至少两个因素第三体的流变特性和包含在该第三体组合物中的 某些固体化合物的特性。
包含在第三体组合物中的某些固体化合物的特性根据某些参数变化-液体动力或粘塑性介质中的第三体的浓度， _由莫氏硬度值表征的固体化合物颗粒的硬度或粉碎能力，-用或大或小的力使固体化合物的晶体裂解的能力，这主要取决于晶体结构，-取决于固体化合物的颗粒的形式和表面能的颗粒相互作用，以及这些颗粒间的
键合能力(借助于范德华型键的原子间吸引，其随着颗粒的化学性质而变化)；倾向于抵抗
移动的相互作用，以及-某些分子量非常高的有机添加剂的相反的流变特性(或相反的触变性)，使得可 对抗剪切力并因而对抗移动。 各制动添加剂因此优选通过矿物或有机颗粒的分散体和/或溶液形成，这些颗粒根据需要而具有相对高的裂解力值(即需要中或高剪切值或应力以使其发生裂解作用)和 /或强的颗粒相互作用或颗粒间吸引键和/或中到高(但无研磨特征)的莫氏硬度和/或 抵抗或对抗溶液中移动的流变特性。 可向润滑组合物中混入制动添加剂，该制动添加剂具有不同的对制动共同有用的 特定的物理性质。因此，在热塑性(或粘塑性)基体的情况下，可例如(非限定)以不损害 管式螺纹接头的螺纹元件的方式使用二氧化钛和三氧化二铋的组合，所述二氧化钛的结构 特性为制动(具有高抗裂解性)，所述三氧化二铋的莫氏硬度为中等。使用该组合，可实现 在约70%至约80%之间的台肩抵抗转矩值CSB。 作为非限制性实例，制动添加剂以重量计的组成可例如如下
三氧化二铋 25-99%
二氧化钛 1-75%。 当然，还可使用除铋氧化物和钛氧化物以外的其它制动添加剂，特别是组合使用。 例如，胶体二氧化硅、如热解小球型胶体二氧化硅和炭黑就属于这种情况，所述胶体二氧化 硅的颗粒尺寸为数十纳米(其具有高水平的颗粒相互作用和高莫氏硬度)，炭黑具有相同 的颗粒特性(具有非常高水平的颗粒相互作用)。单独使用胶体二氧化硅类型的制动添加 剂，可实现在约90%至约100X之间台肩抵抗转矩值CSB。组合使用炭黑类型的制动添加剂 和aerosil⑧类型的另一种制动添加剂(Degussa出售)，可获得在约110%至约130%之 间的台肩抵抗转矩值CSB。单独使用炭黑类型的制动添加剂，可获得在约120%至约140% 之间的台肩抵抗转矩值CSB。还可使用丙烯酸类聚合物类型的制动添加剂。
下面将考虑润滑组合物包含固体基体、一种或多种固体润滑剂和一种或多种制动 添加剂。然而本发明还涉及称为半干的润滑组合物，该润滑组合物包含糊状基体和至少一 种具有化学作用的极压添加剂(具体如US 6933264所述)以及一种或多种本文中所描述 类型的制动添加剂。 重要的是注意三种类型的成分在润滑组合物中的各自的比例主要取决于所使用 的固体基体的类型(热塑性、热固性等)。例如，当固体基体是热塑性类型时，润滑组合物可 包含比例在约45%至约93%之间的基体、比例在约1%至约25%之间的固体润滑剂以及比 例在约5%至约20%之间的制动添加剂。 作为纯示例性的和非限制性的实例，热塑性基体以重量计的组成可例如如下 聚乙烯均聚物 5-96% 巴西棕榈蜡 2-30% 硬脂酸锌 2-30% 磺酸钙衍生物 0-50% 聚甲基丙烯酸烷基酯 0-15% 着色剂 0-1% 抗氧化剂 0-1%。 仍然作为纯示例性的和非限制性的实例，水性乳液形式的热塑性基体以重量计的 组成可例如如下 聚乙烯乳液 0-50%
丙烯酸类乳液 10-80%
16
磺酸钙衍生物 1-40%
聚甲基丙烯酸烷基酯 1-40%
硬脂酸锌乳液 10-50%。 而且应理解三种类型的成分在润滑组合物中相对于彼此的不同比例的变化具体 取决于其将部分覆盖的管式螺纹接头的类型以及该管式螺纹接头将经受的应力，特别是在 工作场所条件下的应力。 润滑组合物的三种类型的成分(固体基体、固体润滑组合物和制动添加剂)各自 以重量计的组成可例如通过用在计算机上运行的数据处理程序进行的理论模拟和在以名 称Bridgman机器而为本领域的普通技术人员(摩擦学领域的普通技术人员)所知晓的机 器上进行的摩擦试验来进行确定。所述类型的机器具体描述在D. Kuhlmann-Wilsdorf等的 文章"Plasticf lowbetween Bridgman anvils under high pressures''(J. Mater. Res.，第 6巻，No. 12， 1991年12月)中。 Bridgman机器的功能简图示于图5中。该机器包含-盘DQ，其可驱动为以所选择的速度旋转，-第一砧EC1 ，优选为圆锥型，其不动地固定至盘DQ的第一面，-第二砧￡02，优选为圆锥型，其不动地固定至盘09与其第一面相反的第二面，-第一和第二压力元件EPl和EP2，例如活塞，其能施加所选择的轴向压力P，-第三砧￡03，优选为圆柱型，其不动地固定至第一压力元件￡ 1的一面，以及-第四砧￡04，优选为圆柱型，其不动地固定至第二压力元件￡ 2的一面。 为了测试润滑组合物，使用组合物覆盖两片与构成螺纹接头的材料相同的材料，
以形成第一和第二样品Sl和S2。然后将第一样品Sl插入第一和第三砧EC1和EC3的自由
面之间，并将第二样品S2插入第二和第四砧EC2和EC4的自由面之间。然后在用各第一和
第二压力元件EP1和EP2施加所选择的轴向压力P(例如为约1.5GPa)的同时以所选择的
速度旋转盘DQ，测量各样品Sl、 S2经受的上扣转矩。 在Bridgman试验中选择轴向压力、旋转速度和旋转角以模拟接合表面在上扣结 束时的相对速度和赫兹压力。 由于这种机器，可建立许多不同的对(上扣转矩、旋转速度)以测量样品Sl和S2 上相应的上扣转矩，并从而验证所述样品Sl和S2是否近似遵循给定的上扣转矩分布图，并 且具体而言验证它们能否实现至少等于阈值的台肩抵抗转矩值CSB，所述阈值相对于所述 分布图选择。应理解的是用Bridgman机器进行的试验使得可建立样品的测量转矩与台肩 抵抗转矩CSB百分比之间的关联，所述样品涂布有本发明的润滑组合物，所述台肩抵抗转 矩CSB百分比在涂布有相同的润滑组合物的螺纹元件的上扣操作中获得。
为了改善本发明组合物某些所选择的性能，其基体可包含附加成分，例如以下非 穷举性列出的化合物。 因此，通过加入金属皂型的化学化合物可改善组合物中基体的塑性，其中f丐、锂、 铝、铋和锌的皂(或硬脂酸盐)在工地条件下的上扣和卸扣操作次数方面以及碎屑再聚集 性能的改善方面获得优异结果。术语"金属皂"用于表示可熔的化合物，例如碱金属和碱土 金属等金属的皂。例如，可使用金属皂，如硬脂酸锌，其与某些腐蚀抑制剂具有协同效应。
例如，为了改善组合物所提供的润滑作用，特别是为了优化其在上扣-卸扣操作期间阻断碎屑并使碎屑再聚集的性能，其基体可包含天然脂肪类物质例如植物、动物、矿物 或合成来源的蜡。术语"蜡"用于表示各种来源(矿物、特别是来自汽油蒸馏，植物，动物或 合成)的具有润滑性质的可熔物质，其具有或多或少的糊状或硬稠度，并且熔点和滴点可 根据其性质而大幅变化的。例如，可使用巴西棕榈蜡。当包含树脂(矿物、植物或合成)，例 如萜烯树脂或其衍生物时，该基体可具有增大的粘附性。 应注意，根据所必需的腐蚀抑制剂的含量，可观察到碎屑捕集或再聚集性能的劣 化。为了弥补该缺点，可使用高粘度聚合物如聚甲基丙烯酸烷基酯(PAMA)、聚丁烯、聚异丁 烯和聚硅氧烷。因而，使用R0HMAX以名称VISC0FLEX6-950出售的、IO(TC下的运动粘度为 850mm7s的PAMA可获得优异的碎屑再聚集结果。 例如，为了改善对组合物所覆盖的表面的保护以防止各种类型的腐蚀，其基体可 包含腐蚀抑制剂。术语"腐蚀抑制剂"用于表示通过化学、电化学或物理化学机理向施加到 表面的液体或固体材料赋予保护所述表面的能力的添加剂。例如，可使用磺酸钙的衍生物 或钙氧化产物，特别是在蜡、石油树脂或石蜡形成的介质中缔合氧化钙和磺酸钙而生成的 腐蚀抑制剂中的一种，例如LU服IZOL以名称人1(^@ 2211￥和八1^0乂@606出售的产品。然 而也可以同样地使用其它化合物，例如胺、氨基硼酸盐、季胺、在聚a烯烃上过碱化的磺酸 盐、磷硅酸锶、磷硅酸锌和硼酸盐羧酸盐型的腐蚀抑制剂。 通过将所选择的腐蚀抑制剂与按照其它腐蚀_阻断机理发挥作用的化合物联用 可进一步改善耐腐蚀性。如上所述，硬脂酸锌特别表现出与腐蚀抑制剂的协同性质，同时极 大地有助于基体的润滑特性。 抗腐蚀保护的主要试验是在用锰进行过磷酸盐化处理的板(8-20g/m2的磷酸盐沉 积)上进行的盐雾试验，该试验根据ISO 9227标准进行并依照ISO EN 2846-3用指数Re评 价。通过引入以在水中的简单分散体的形式使用的纳米尺寸(平均200纳米)的氧化锌颗 粒，可实现根据上述标准进行的盐雾试验中的性能水平的改善(腐蚀出现时间提高20% )。
例如，为了使组合物能提供对表面凹凸产生的位点的稳定阻断并阻断表面损伤所 涉及的过程及其传播，同时在表面产生可裂解类型的连续结构，组合物可包含至少一种球 形几何形状的富勒烯的分子。术语"富勒烯"用于表示单层或多层结构的、具有封闭或开放 管或者封闭球形式的结构的分子材料。球形富勒烯在单层构造中为数十纳米的尺寸，而在 多层构造中超过约IOO纳米。应注意的是，由于它们的尺寸和它们相互作用的能力，富勒烯 可通过引入对移动具有粘性阻力的附加现象而对介质的流变具有决定性影响。
例如为了允许对处理表面进行目视鉴定，组合物的基体可包含至少一种着色剂。 可使用任何类型的已知的有机着色剂，条件是其含量不会劣化摩擦性能的水平。可例如以 约1%的比例使用着色剂。 例如，为了保护涂层免受由于例如热或UV射线暴露而引起的氧化劣化，组合物的 基体可包含至少一种抗氧化剂。多酚化合物、萘胺衍生物和有机亚磷酸盐构成抗氧化剂的 主要类别。例如可使用Ciba-Geigy的产品11^八^乂@ L150 (多酚和氨基抗氧化剂体系)和 IRGAF0S⑧168(三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸盐)的组合。 可发现对阳和阴螺纹元件EM和EF的待润滑部分分别进行表面准备是有利的。实 际上，上扣和卸扣试验表明为了实现恰当的转移膜的建立，优选通过以下方式对待涂布的 表面进行改性以使其能吸附或吸收润滑组合物机械处理例如喷砂处理或喷丸处理；或者借助在表面上的基于结晶化的矿物沉积物的反应性或非反应性处理的物理或化学表面改
性、化学侵蚀如使用酸的化学侵蚀、使用锌或锰的磷酸盐化处理、或导致表面化学转化层的
草酸盐化处理。在这些表面处理中，磷酸盐化是优选的，因为其可实现良好的结合表面以及
基础抗腐蚀保护，所述结合表面导致耐摩擦并且非常稳定的转移膜的建立。
而且，可能需要实施附加的表面准备，其具体而言由以下步骤构成使用纳米材料
浸渍表面的孔隙，该纳米材料的尺寸使其能够引入孔隙中。所述浸渍操作的目的是借助具
有钝化作用的材料阻断并饱和孔隙所产生的位点，以保护该表面免受腐蚀，同时保持良好
的涂层粘附性。 以下给出组合物的两个非限制性实例。这些实例同样适用于依照Vallourec & Mannesmann Tubes的0CTG部门编辑的技术规格的VAM TOP HC型管式螺纹接头，其由低合 金钢(L80级)制成，标称直径为177. 8mm(7英寸)且单位长度质量为43. 15kg/m(291b/ft)。 在涂覆涂层(组合物)之前，例如用锌对阳螺纹元件进行磷酸盐化(层的重量为4-20g/m2)， 并且用锰对阴螺纹元件进行磷酸盐化(层的重量为8-20g/m2)。将阳和阴螺纹元件EM和EF 分别预热至13(TC，然后使用热喷涂向其涂覆35ym厚的润滑组合物的层，所述润滑组合物 保持在15(TC下的熔融态，其以重量计的组成如下
-CLARIANT以名称^(:0^入乂@ ￡ 520出售的聚乙烯9%，
_巴西棕榈蜡15%，
_硬脂酸锌15%， -RO薩X以名称VISCOPLEX⑧6-950出售的PAMA :5%， -LUBRIZOL以名称ALOX 606出售的磺酸钙衍生物40%，-氟化石墨3. 5%，-氧化锌1 % ， _二氧化钛5%， _三氧化二铋5%， _有机硅1%，禾口 -Ciba-Geigy出售的抗氧化剂 IRGAN0X⑧L150 0.3%IRGAF0S⑧168 0.2%。 在该实例中，基体为粘塑性类型，固体润滑剂由氧化锌和氟化石墨组成，且制动添
加剂由二氧化钛(具有高裂解力)和三氧化二铋(中等莫氏硬度)形成。 在变化方案中，组合物包含1-60重量％，优选5-30 X的松香酯树脂，例如LES
DERIVES RESINIQUES ET TERPENIQUES (DRT)公司的DERTOLYNE P2L。 组成可为 _巴西棕榈蜡14% _硬脂酸锌14%-树脂Dertolyne P2L :20% -Viscoplex 6-950 (聚甲基丙烯酸烷基酯)8% -Halox SZP 391 ( f丐和锶的磷硅酸盐)29% _氟化石墨7%
19
-Bi203:5%
-PTFE:2%
-氮化硼1% 在变化方案中，可例如通过热喷涂向分别预热至130°C的阳和阴螺纹元件EM和EF 涂覆35ym厚的润滑组合物的层，所述润滑组合物保持在15(TC下的熔融态，其以重量计的 组成如下 -CLARIANT以名称匕1(:(^入乂@ ￡ 520出售的聚乙烯26%，
-巴西棕榈蜡10%，
_硬脂酸锌20%， -RO薩X以名称VISCOPLEX⑧6-950出售的PAMA :5%， -LUBRIZOL以名称ALOX⑧606出售的磺酸f丐衍生物30%，-氟化石墨3. 5%， _二氧化钛5%， -Ciba-Geigy出售的抗氧化剂 IRGAN0X L150 0.3% IRGAF0S 168 0.2%。 在该变化方案中，基体也是粘塑性类型的，固体润滑剂由氟化石墨组成，并且制动 添加剂由二氧化钛组成。 上述以熔融态喷涂的工序包括使润滑组合物在高温下保持液相，并借助恒温喷 枪对其进行喷涂。将该润滑组合物加热至比其熔点高l(TC至5(TC并喷涂到温度预热至高 于熔点的表面以提供良好的表面覆盖。 代替使用以熔融态喷涂的工序，可例如将润滑组合物以水乳液的形式喷涂。乳液 和基材可处于环境温度，进而需要干燥时间。通过将润滑组合物预热至6(TC至8(TC和/或 将表面预热至5(TC至15(TC，可以显著减少所述干燥时间。 本发明不限于前面仅以示例方式描述的润滑组合物和螺纹元件(阳或阴)，而是
涵盖本领域的普通技术人员可想到的落在所附权利要求范围内的全部变化方案。 因此，本发明还涉及除前面描述的(VAM TOP)以外的其它类型的螺纹元件。例如，
其还涉及具有内接合部的管式螺纹接头的螺纹元件，其带有套管(例如NEW VAM、VAM ACE、
DINOVAM、VAM HW ST型)或是整体的，其为"嵌入式"或"半嵌入式"(例如VAM SL、VAM MUST、
丽HP、丽HTF型)。 本发明还涉及由API 7规格或某些制造商特有的更严格的规格所定义的管和其 它旋转钻井组件的螺纹接头的元件(例如但不限于高级螺纹接头VAM EIS、VAM TAURUS、 TORQMASTER TM4和这些接头的改型及更新)。 而且，前面的说明书主要描述了包含固体稠度基体、 一种或多种固体润滑剂和一 种或多种制动添加剂的润滑组合物。然而本发明还涉及半干的润滑组合物，该润滑组合物 包含糊状基体、至少一种具有化学作用的极压添加剂以及一种或多种制动添加剂。
权利要求
用于螺纹接头上扣的成膜润滑组合物，该组合物适于用固态膜覆盖管式螺纹接头(JF)的组件(T2、T1)的螺纹元件(EM、EF)的螺丝接合部(BVM、BVF)和至少一个螺纹(FE、FI)，所述固态膜对所述螺纹(FE、FI)和所述螺丝接合部(BVM、BVF)具有粘着性，所述螺丝接合部(BVM、BVF)用于在最终的上扣阶段抵靠在所述管式螺纹接头(JF)的另一组件(T1、T2)的另一接合部(BVF、BVM)上，并且所述润滑组合物包含基体，其特征在于所述润滑组合物还包含至少一种制动添加剂，所述制动添加剂分散在所述基体中并选择成赋予所述组合物以作为润滑性补充的经选择的摩擦系数，该摩擦系数使得获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩值。
2. 根据权利要求1的润滑组合物，其特征在于所述制动添加剂安排成使得可以获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩值，该阈值等于API RP 5A3型油脂的台肩抵抗转矩参考值的70%。
3. 根据权利要求l的润滑组合物，其特征在于所述制动添加剂安排成使得可以获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩值，所述阈值等于针对所述管式螺纹接头(JF)获得的API RP5A3型油脂的台肩抵抗转矩参考值的100%。
4. 根据权利要求1至3中之一的润滑组合物，其特征在于所述制动添加剂由矿物或有机颗粒的分散体和/或溶液构成，所述颗粒具有相对高的裂解力值和/或强的颗粒相互作用或颗粒间吸引键和/或中到高的莫氏硬度和/或抵抗或对抗移动的流变行为。
5. 根据权利要求4的润滑组合物，其特征在于各制动添加剂选自至少包括铋的氧化物、钛的氧化物、胶体二氧化硅、丙烯酸类聚合物和炭黑的组。
6. 根据权利要求5的润滑组合物，其特征在于制动添加剂以重量计的组成如下三氧化二铋 25-99%二氧化钛 1-75%。
7. 根据权利要求5的润滑组合物，其特征在于所述制动添加剂的组成仅为炭黑。
8. 根据权利要求5的润滑组合物，其特征在于所述制动添加剂的组成仅为热解小球胶体二氧化硅。
9. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述润滑组合物包含与所述制动添加剂一起分散在基体中的固体润滑剂的颗粒。
10. 根据权利要求9的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒包含第1类、第2类、第3类和第4类中至少一类润滑剂的颗粒。
11. 根据权利要求10的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒包含至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种第1类固体润滑剂的颗粒。
12. 根据权利要求10的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒包含至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种第4类固体润滑剂的颗粒。
13. 根据权利要求10的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒包含至少一种第1类固体润滑剂的颗粒、至少一种第2类固体润滑剂的颗粒和至少一种第4类固体润滑剂的颗粒。
14. 根据权利要求10至13中之一的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒至少包含至少一种选自氧化锌和氮化硼的第1类固体润滑剂的颗粒。
15. 根据权利要求10至14中之一的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒包含至少一种选自氟化石墨、锡的硫化物、铋的硫化物和二硫化钨的第2类固体润滑剂的颗粒。
16. 根据权利要求10至15中之一的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒至少包含作为第4类固体润滑剂的聚四氟乙烯的颗粒。
17. 根据权利要求10至16中之一的润滑组合物，其特征在于所述固体润滑剂的颗粒至少包含至少一种球形或管形几何形状的富勒烯的分子。
18. 根据权利要求1至17中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体为固体稠度，不触粘并且具有选自塑性类型和粘塑性类型的流变特性。
19. 根据权利要求18的润滑组合物，其特征在于所述基体具有8(TC至40(TC的熔点。
20. 根据权利要求18和19之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种热塑性聚合物。
21. 根据权利要求20的润滑组合物，其特征在于所述热塑性聚合物选自至少包括聚乙烯和丙烯酸类粘合剂的组。
22. 根据权利要求1至17中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种热固性粘合剂。
23. 根据权利要求22的润滑组合物，其特征在于所述热固性粘合剂选自至少包括环氧树脂、聚氨基甲酸酯、有机硅、醇酸氨基甲酸酯和甲醛酚类树脂的组。
24. 根据权利要求1至17中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种矿物粘合剂。
25. 根据权利要求1至17中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种螯合物类型的粘合剂。
26. 根据权利要求1至17中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体为固体稠度，不触粘并且包含至少一种具有粘弹特性的粘合剂。
27. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种金属皂。
28. 根据权利要求27的润滑组合物，其特征在于所述皂选自至少包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸锂、硬脂酸铝和硬脂酸铋的组。
29. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种植物、动物、矿物或合成来源的蜡。
30. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种腐蚀抑制剂。
31. 根据权利要求30的润滑组合物，其特征在于所述腐蚀抑制剂选自至少包括磺酸钙的衍生物和*丐氧化产物的组。
32. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种IO(TC下的运动粘度至少等于850mm7s的液体聚合物。
33. 根据权利要求32的润滑组合物，其特征在于所述液体聚合物选自至少包括聚甲基丙烯酸烷基酯、聚丁烯、聚异丁烯和聚二烷基硅氧烷的组。
34. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种着色剂。
35. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种旨在促进对表面的结合和涂层的均匀性的表面活性剂。
36. 根据前述权利要求之一的润滑组合物，其特征在于所述基体包含至少一种抗氧化剂。
37. 根据权利要求1至36中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体以重量计的组成如下聚乙烯均聚物 5-96%巴西棕榈蜡 2-30%硬脂酸锌 2-30%磺酸钙衍生物 0-50%聚甲基丙烯酸烷基酯 0-15%着色剂 0-1%抗氧化剂 0-1%。
38. 根据权利要求1至36中之一的润滑组合物，其特征在于水性乳液形式的热塑性基体以重量计的组成如下聚乙烯乳液 0-50%丙烯酸类乳液 10-80%磺酸钙衍生物 1-40%聚甲基丙烯酸烷基酯 1-40%硬脂酸锌乳液 10-50%。
39. 根据权利要求9至38中之一的润滑组合物，其特征在于固体润滑剂以重量计的组成如下氟化石墨 65-99%氧化锌 1-35%。
40. 根据权利要求9至38中之一的润滑组合物，其特征在于固体润滑剂以重量计的组成如下氟化石墨 20-99%氮化硼 0-30%聚四氟乙烯 1-80%。
41. 根据权利要求9至38中之一的润滑组合物，其特征在于固体润滑剂以重量计的组成如下锡的硫化物 20-99%氮化硼 0-30%聚四氟乙烯 1-80%。
42. 根据权利要求9至38中之一的润滑组合物，其特征在于固体润滑剂以重量计的组成如下铋的硫化物 20-99%氮化硼 0-30%聚四氟乙烯 1-80%。
43. 根据权利要求9至38中之一的润滑组合物，其特征在于该组合物以重量计的组成如下热塑性基体 45-93%固体润滑剂 1-25%制动添加剂 5-20%。
44. 根据权利要求1至8中之一的润滑组合物，其特征在于所述基体具有糊状稠度，并且所述基体包含至少一种具有化学作用的极压添加剂。
45. 管式螺纹接头(JF)的组件(T2、T1)的螺纹元件(EM、EF)，所述螺纹元件(EM、EF)包含至少一个螺纹(FE、FI)和螺丝接合部(BVM、BVF)，在上扣结束时所述管式螺纹接头(JF)的另一组件(T1、T2)的另一接合部(BVF、BVM)抵靠在所述螺丝接合部(BVM、BVF)上，其特征在于至少所述螺纹(FE、FI)和所述螺丝接合部(BVM、BVF)用薄层覆盖，所述薄层附着到螺纹(FE、FI)和螺丝接合部(BVM、BVF)的表面，并且所述薄层由前述权利要求之一的润滑组合物形成。
46. 根据权利要求45的螺纹元件，其特征在于所述螺纹元件至少部分覆盖有厚度为10 ii m至50 ii m的润滑组合物。
47. 根据权利要求45和46中之一的螺纹元件，其特征在于所述螺纹元件还包含密封面(SEM、 SEF)，所述密封面(SEM、 SEF)能在所述上扣操作之后与另一螺纹元件(EF、 EM)的相应密封面(SEF、SEM)紧密密封接触，并且所述密封面(SEM、SEF)覆盖有所述润滑组合物。
48. 根据权利要求45至47中之一的螺纹元件，其特征在于所述螺丝接合部(BVM、BVF)为环形接合表面。
49. 根据权利要求45至48中之一的螺纹元件，其特征在于所述覆盖有润滑组合物的表面具有使它们适于吸附或吸收所述润滑组合物的几何、物理和/或化学特性。
50. 根据权利要求45至49中之一的螺纹元件，其特征在于所述表面可用具有保护其免受腐蚀的功能的涂层或膜预先涂布。
51. 包含阳螺纹元件和阴螺纹元件的管式螺纹接头，其特征在于所述螺纹元件中的至少一个是权利要求45至50中之一的螺纹元件。
全文摘要
本发明涉及用于覆盖管式螺纹接头(JF)的组件(T1)的螺纹元件(EF)的螺丝接合部(BVF)和至少一个螺纹(FI)的粘着性薄润滑组合物。所述螺丝接合部在最终的拧紧阶段抵靠在所述管式螺纹接头(JF)的另一组件(T2)的另一接合部(BVM)上。所述润滑组合物包括其中分散有至少一种制动添加剂的基体，所述制动添加剂选择成向其赋予作为润滑性补充的经选择的摩擦系数，该摩擦系数使得获得至少等于阈值的台肩抵抗转矩值。
文档编号C10N30/12GK101715479SQ200880016585
公开日2010年5月26日 申请日期2008年4月4日 优先权日2007年4月11日
发明者E·加尔, E·皮内尔, N·博丹 申请人:瓦卢莱克曼内斯曼油气法国公司;住友金属工业株式会社