覆盖有金属性复合沉积物的用于管状部件的连接元件以及获得这样的元件的方法
【专利说明】覆盖有金属性复合沉积物的用于管状部件的连接元件w及获 得这样的元件的方法
[0001] 本发明设及用于管状部件的连接元件，所述连接元件覆盖有特别的金属性复合涂 层。
[0002] 如在本发明中使用的术语"管状部件"意指用于钻探或操作井的任何元件或配件。
[0003] 如在本发明的上下文中使用的术语"连接元件"意指参与连接管状部件与另一个 管状部件的管状部件的任何端部元件。
[0004] 打算将管状部件通过一个或多个连接元件(特别是螺纹、密封表面和邻接肩部)与 另一个管状部件连接，W便构成与该另一管状部件的螺纹管状连接。该管状部件例如可为 相对大长度的管(特别是长度约十米）、长度约几十厘米的管状连接器、用于运样的管的配 件（悬挂装置或吊架、用于适应横截面的零件、或转换接头、安全阀、钻杆连接件或工具接 头、接头等）。
[000引管状部件通常彼此连接W用于进入控井或类似的井中并且构建钻柱、套管柱或衬 管或油管柱或实际上的操作柱。
[0006 ] 与国际标准组织(I SO)发布的I SO标准11960:2004等效的由美国石油协会(API)发 布的API规范5CT管理用作套管或油管的管的规范，并且API规范5B限定了用于运样的管的 标准螺纹。API规范7限定了螺纹连接件，其具有用于旋转钻杆的肩部。
[0007] 具有螺纹连接体的管状部件的制造商还开发了已知为优质连接体的螺纹连接体， 其具有特定几何形状的螺纹，和用于提供服役中的较好性能(特别是就机械强度和密封而 言）的特定方法。例如在专利文献EP 1 631 762，US 7 334 821，US 7 997 627，US 7 823 931,US-2010/301603,US-2011/0025051,US 7 900 975,US 8 038 179,US-2011/241340, EP 0 488 912，EP 0 767 335，EP 1 269 060和US 4 494 777，EP 2501 974和WO-2012/ 025461中描述了运样的优质螺纹连接体和运些特定的方法的实例。
[0008] 将运些螺纹端部W及支撑面和邻接肩部非常精确地机加工W符合对于达到需要 的性能所需的轮廓和几何形状。
[0009] 因此，被非常精细和仔细地机加工的运些端部在它们离开它们的生产线的时间和 它们投入使用的时间之间，而且在两次相继的使用之间尽可能少地被损坏、污染和劣化是 极重要的。将理解的是事实上有必要不仅保护螺纹而且保护任何一个(或多个)支撑面和一 个(或多个)邻接肩部，其各自具有对于螺纹的功能为特定和互补的功能，并且在使用中抵 抗冲撞(碰撞）、腐蚀和灰尘时其一起提供有效的密封。
[0010] 对于连接元件的第一需要的品质为硬度。
[0011] 特别地，邻接肩部暴露于在特别是在被储存在钻探平台（钻探用具)上或在基底上 时的管状部件的处置期间或者在使管状部件的阳部分和阴部分、特别是螺纹在装配前接触 时的操作(对扣操作)期间所产生的碰撞和冲击。
[0012] 另外，邻接肩部必须能够容忍在操作期间的压缩、拉伸和扭曲方面的机械载荷。
[0013] 因此，硬度对于邻接肩部是必要的性质。
[0014] 螺纹也必须具有硬度方面的良好性质。事实上，螺纹必须具有良好的擦伤防护性 质。增加表面硬度允许保护螺纹免于擦伤。
[0015] 另外，增加硬度允许防止材料从一个表面转移到另一个表面。
[0016] 最后，螺纹在装配和拆卸操作期间必须不磨损。
[0017] 密封表面也必须具有足够的硬度，特别是因为密封表面导致用于管状部件的连接 的密封。事实上，密封表面是形状通常为锥形的表面，该表面位于第一管状部件的端部上， 当两个管状部件通过它们各自的端部连接在一起时，该表面导致在第二部件的端部的密封 表面上施加压力。在接触和压力下的运两个锥形表面可用于产生密封并且防止被称作连接 的管状部件的内部区域的区域和在连接的管状部件的外部的区域之间通过流体。当连接时 运些部件可用于参与从井中并且在运些井内部提取油，并且因此在部件内部，可存在非常 高的压力下的液体柱。
[0018] 连接元件还必须在耐腐蚀性和润滑性质方面表现良好。
[0019] 特别地，连接的元件在使用之前(有时在高度侵蚀性的环境中）可储存几年。
[0020] 润滑性质对于螺纹特别重要。邻接肩部也必须被润滑，但是比螺纹的程度小。
[0021] 还应该防护螺纹肩部免于擦伤，特别是在装配和拆卸操作期间。事实上，在井处， 螺纹必须能够经历几个装配和拆卸循环。在高轴向载荷例如待通过螺纹连接来竖直连接的 长度几米(通常10至13米)的管的重量(其特别是在螺纹中导致擦伤风险）下竖直进行装配 操作。因为竖直悬挂待连接的管，运种载荷由于螺纹元件的轴的略微未对准而可局部化，增 加了擦伤的风险。
[0022] 用于上述的管状部件的连接元件通常涂覆有抗腐蚀油脂，在即将将它们连接之前 移除该抗腐蚀油脂。在运样的连接之前，移除了抗腐蚀油脂并且添加了润滑油脂(该操作已 知为钻探用具准备）。然而，现有技术的油脂经受一定数量的与它们的有毒成分的量、它们 所产生的污染和在能够使部件进入井中之前必要的先前步骤的数目相关的缺点。特别地， 传统上采用高压喷水器进行抗腐蚀油脂(也称作储存油脂)的清洁。该操作漫长、不干净，可 能污染附近的其它连接件并且使得使用用于流出物的容纳和再加工罐W符合环境标准成 为必要。
[0023] 专利文献US 6 027 145、EP 1 211 451和EP 1 934 508公开了已知在工厂施加包 含固体润滑剂颗粒的干润滑剂。在工厂使用干润滑剂时的运些情况下，则有必要保护润滑 产物层(用其尽可能多地涂覆部件的端部)免于机械移除和免于污染(砂和碎片），其可对润 滑产物的效力具有不利影响。
[0024] 为此，还已知一旦制造了螺纹端部就在工厂施加的运些产物层旨在提供在储存周 期期间端部的抗腐蚀保护和用于该端部随后的装配的润滑，如特别是在文献W0 2004/ 033951或W0 2008/125740中教导的那样。特别地，润滑必须能够控制连接的装配扭矩的特 性曲线W保证最终的密封。
[0025] 所使用的组合物可由多功能涂层组成，其为抗腐蚀的和润滑的，如W0 2008/ 125740中描述的施加至待连接的每个端部，或施加至如W0 2004/033951中描述的叠加层， 其中一些是润滑剂并且其它的保护免受腐蚀。
[0026] 不论它们是什么，在装配期间，抗腐蚀元件与润滑元件混合并且将改变在不采用 它们的情况下会观察到的润滑行为。通常证实了运些功能之间的联合是非常强和矛盾的。 设计的抗腐蚀行为的改进通常导致润滑能力的劣化，并且反之亦然，润滑能力的改进降低 在储存期间的腐蚀行为。由现有技术解决方案提出的折衷的性能是有限的。
[0027] 此外，通常使用的干抗腐蚀涂层不能保证非常长的抗腐蚀性周期，特别是在高度 侵蚀性环境(例如海洋环境、工业环境、高凝结物环境和/或大的溫度范围）中。
[0028] 因此，存在对于提供连接元件的需求，该连接元件具有硬度、耐腐蚀性和润滑方面 的良好性质，其不经受现有技术的缺点。
[0029] 因此，本发明提供了用于管状部件的连接元件，所述连接元件覆盖有涂层，该涂层 包含由儀一憐合金构成的主层。
[0030] 憐通常占该儀一憐合金的总重量的5重量％至13重量％、优选8重量％至13重 量％、更优选10重量％至12重量％、甚至更优选10.5重量％至11.5重量％。
[0031] 根据本发明的第一实施方案，由儀一憐合金构成的该主层的厚度有利地处于5至 10WI1的范围内。所述厚度允许提供对于连接元件所需要的硬度。
[0032] 根据本发明的第二实施方案，由儀一憐合金构成的该主层的厚度为15至35μπι、优 选20至35μπι、更优选25至30μπι。运样的厚度不仅允许提供对于连接元件所需要的硬度，而且 允许提供对腐蚀的防护。
[0033] MACDERMID公司推荐了运样的儀一憐合金层:商品名NIKLAD XD7647。
[0034] 根据优选的实施方案，该涂层进一步包含另外层，该另外层由包含一种或多种固 体润滑剂化合物的颗粒的儀一憐合金构成，所述另外层置于所述主层上。
[0035] 固体润滑剂是固体和稳定的物质，其插入两个摩擦表面之间，W降低摩擦系数和 减少表面的磨损和损坏。
[0036] 可将运些物质分为由它们的功能机制和它们的结构所限定的各种类别。例如在由 Mr Eric Gard在Ecole Nationale Sup有rieure des
[0037] P自troles et Moteurs(法国）上发表的名称为 "Les lubrifiants solides[Solid lubricants]"的讲义中描述了运些类别：
[0038] 参1类:将其润滑性质归因