專利名稱：抗卡滯螺紋管式組件以及涂布所述組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于烴井的鉆井和作業(yè)的抗卡滯管式組件，更確切地說涉及這樣的組件的螺紋末端，所述末端為陽螺紋或陰螺紋類型的井能夠連接到另ー組件的相應(yīng)末端以形成連接件。本發(fā)明還涉及通過上扣將兩個(gè)管式組件接合而得到的螺紋連接件。本發(fā)明還涉及用于涂布該抗卡滯管式組件的方法。
背景技術(shù)：
“用于烴井的鉆井和作業(yè)”的組件指的是為基本上管形式的任何元件，該元件將與相同類型的另一元件連接，或者最終構(gòu)成用于鉆烴井的柱或立管，所述立管用于維護(hù)，例如為修井立管，或者用于作業(yè)，例如為生產(chǎn)立管，或者用于作業(yè)井中使用的套管柱或油管柱。 本發(fā)明還適用于鉆柱中使用的組件，例如鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌和稱為鉆桿接頭的加重桿和桿連接件的部分。每個(gè)管式組件包含具有陽螺紋區(qū)的ー個(gè)末端和/或具有陰螺紋區(qū)的ー個(gè)末端，它們各自將通過與另ー組件的相應(yīng)末端上扣而連接，組裝形成連接件。螺紋管式組件在限定的應(yīng)カ下連接以滿足使用條件所施加的過盈配合和密封的要求。根據(jù)用于連接件的合金的類型，應(yīng)カ可以在強(qiáng)度和種類方面變化。碳鋼合金就其腐蝕行為而言通常略為薄弱，但是另一方面表現(xiàn)出更有利的摩擦性能。相反，不銹鋼合金表現(xiàn)出更挑剔的摩擦行為，但是具有很好的耐腐蝕性。在井中，螺紋管式組件可能必須經(jīng)歷多個(gè)上扣-卸扣循環(huán)。上扣操作通常在高的軸向負(fù)荷下進(jìn)行，例如將通過螺紋連接進(jìn)行連接的幾米長的管的重量，它可能由于待連接的螺紋元件的軸線略微錯(cuò)位而局部化；這引起在螺紋區(qū)并在金屬/金屬密封面發(fā)生卡滯的風(fēng)險(xiǎn)。已實(shí)現(xiàn)了用于保護(hù)螺紋區(qū)的多種方案。以往，為了保護(hù)螺紋區(qū)以免在上扣-卸扣操作過程中卡滯，將它們涂抹(strip)防止腐蝕的油脂并用特殊的上扣油脂涂布，例如根據(jù)美國石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API Bul 5A2或5A3的油脂。然而，除了需要現(xiàn)場進(jìn)行附加的涂布操作的缺點(diǎn)以外，這些添加了重金屬和/或有毒金屬例如鉛的油脂的使用具有導(dǎo)致井和環(huán)境的污染的缺點(diǎn)，因?yàn)檫^量的油脂在上扣過程中從螺紋射出。為了改善潤滑劑的保留以及涂層在碳鋼上的粘合，已開發(fā)了磷酸鹽化類型的處理，例如磷酸鋅化、磷酸錳化或混合磷酸鹽化。這些處理在于對鋼的化學(xué)侵蝕，導(dǎo)致形成高粘合性結(jié)晶層，該層提供強(qiáng)化的抗腐蝕保護(hù)。然而，這種類型的表面處理存在不適用于鉻鋼的缺點(diǎn)。它還存在エ業(yè)規(guī)模方面的缺點(diǎn)，這在于難以控制技術(shù)參數(shù)(可能的同質(zhì)性問題)并且必須以昂貴的方式處理流出物。草酸鹽化類型的表面處理基于用草酸進(jìn)行表面侵蝕并用于鋼，它具有比以上針對磷酸鹽化所提及的更顯著的環(huán)境問題的缺點(diǎn)。為了改善潤滑劑的保留以及涂層在碳鋼上的粘合，還使用了通過機(jī)械作用例如噴丸、噴砂和任何其它沖擊エ藝而使用表面改性的方案。然而，觀察到的性能差。
其它工藝，例如鍍鋅和其它衍生物工藝，使用金屬擴(kuò)散。這種工藝在工業(yè)上是笨重的并且是昂貴的，并導(dǎo)致流出物處理問題，因?yàn)樵诒砻嫔洗嬖阡\。更加滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步進(jìn)展在于設(shè)計(jì)稱為“干”潤滑產(chǎn)品的產(chǎn)品，它解決與使用API型油脂有關(guān)的大部分問題。因而，干熱固性滑動(dòng)清漆類型的潤滑劑提供了生態(tài)方面可行的高性能方案。對于包含固體潤滑劑顆粒的環(huán)氧基樹脂尤其如此。還開發(fā)了粘塑類型的體系以獲得更好的結(jié)果。然而，干熱固性或粘塑性滑動(dòng)清漆不總是提供足夠的抗卡滯性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出屬于干滑動(dòng)清漆類型潤滑劑的類別的方案，該潤滑劑是抗卡滯的。
更確切地說,本發(fā)明涉及用于烴井的鉆井或作業(yè)的抗卡滯(galling-resistant) 螺紋管式組件。所述管式組件在其末端之一上具有螺紋區(qū)，根據(jù)該螺紋末端的類型是陽螺紋或是陰螺紋，所述螺紋區(qū)產(chǎn)生于其外周面或內(nèi)周面上；該末端的至少一部分用包含氟尿燒(fIuorourethane)基體的干膜涂布。下面定義附加性的或替代性的任選特征。該氟尿烷基體通過將氟乙烯乙烯基醚交聯(lián)而獲得。固體潤滑劑的顆粒分散于該基體中。固體潤滑劑的顆粒包含來自第1、2、3和4類的至少兩種的潤滑劑的顆粒。將抗腐蝕劑納入到基體中。將合成蠟和/或油納入到基體中。將添加劑納入到基體中以增強(qiáng)力學(xué)性能。將整個(gè)螺紋區(qū)用干膜涂布。將提供于管式組件上的金屬/金屬密封面用干膜涂布。本發(fā)明還涉及螺紋管式連接件，該連接件包含陽螺紋管式組件和陰螺紋管式組件，其中之一上扣到另一個(gè)中。所述螺紋管式組件的至少之一如上所述。本發(fā)明還涉及用于烴井的鉆井或作業(yè)的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，所述管式組件在其末端之一上具有螺紋區(qū)，根據(jù)該螺紋末端的類型是陽螺紋或是陰螺紋，所述螺紋區(qū)產(chǎn)生于其外周面或內(nèi)周面上。該方法包括下列步驟·獲得包含可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的體系；·將該體系以至少20微米的厚度沉積到螺紋區(qū)的至少一部分上；·將氟乙烯乙烯基醚樹脂交聯(lián)成氟尿烷。下面定義附加性的或替代性的任選特征。該體系可以是可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的水性或有機(jī)分散體，所述樹脂優(yōu)選用羧酸基團(tuán)官能化，所述羧酸基團(tuán)用聚合物型仲胺中和。該體系可以為可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的乳液，所述樹脂優(yōu)選用環(huán)氧乙烷基
團(tuán)官能化。該體系可以為溶解于有機(jī)溶劑中的可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂。該體系可以包含硬化劑，優(yōu)選脂族多異氰酸酯類型的。該體系可以包含固體潤滑劑的顆粒。
所述固體潤滑劑的顆粒包含來自第1、2、3和4類的至少兩種的潤滑劑的顆粒。該體系可以包含抗腐蝕劑。該體系可以包含合成蠟和/或油。該體系可以包含增強(qiáng)添加劑。在包含氟乙烯乙烯基醚樹脂的體系的沉積之前可以進(jìn)行表面準(zhǔn)備步驟，該表面準(zhǔn)備步驟選自噴砂、磷酸鹽化和Cu-Zn-Sn的電解沉積。在下面的參照附圖進(jìn)行的說明中，將更詳細(xì)地說明本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是通過上扣將兩個(gè)管式組件連接而得到的連接件的示意圖。圖2是兩個(gè)螺紋管式組件的上扣曲線的示意圖。圖3是本發(fā)明涉及的化學(xué)組成。圖4是測試設(shè)施的示意圖。圖5是另一測試設(shè)施的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I中所示的螺紋連接件包含具有旋轉(zhuǎn)軸線10的第一管式組件和具有旋轉(zhuǎn)軸線 10的第二管式組件，所述第一管式組件具有陽末端1，所述第二管式組件具有陰末端2。兩個(gè)末端I和2分別結(jié)束于端表面7、8，所述表面相對于螺紋連接件的軸線10呈徑向取向并分別具有螺紋區(qū)3和4，所述螺紋區(qū)相互配合用于兩個(gè)組件的通過上扣的相互連接。螺紋區(qū)3和4是常規(guī)的，這在于它們可以是梯形的、自鎖的等螺紋類型。此外，在螺紋區(qū)3、4和陽末端I的端表面7之間，提供金屬/金屬密封面5、6，該表面擬在通過上扣連接兩個(gè)螺紋組件后形成彼此抵靠的緊密過盈接觸。螺紋管式組件的至少之一在末端1、2之一的至少一部分上用包含氟尿烷基體的干膜涂布。該氟尿烷基體通過將氟乙烯乙烯基醚(FEVE)交聯(lián)而獲得，所述FEVE形成含氟聚合物類的一部分。某些含氟聚合物作為涂層在多種基材上的使用從1930年代起就已知了。它們的特征在于出色的耐化學(xué)性和耐熱性，以及出色的耐磨損性。這些涂層是非觸粘的，并且它們也具有有利的抗腐蝕性能。它們尤其包括PVDF (聚偏氟乙烯)、PTFE、PFE (四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物)和PFA (全氟烷基乙烯基醚共聚物)。然而，它們的使用受到限制，因?yàn)楸仨氃诟邷?> 200°C)下使用溶劑以形成膜，該膜最后僅提供低的表面能，并因而提供對于金屬的低黏合性。相反，本申請人已通過使用氟乙烯乙烯基醚樹脂基體在不利的環(huán)境條件下獲得了優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，這些基體具有PTFE摩擦系數(shù)(其自身在O. 05至O. 2范圍內(nèi))的I. I倍或更低倍數(shù)的摩擦系數(shù)。已特別地用可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚基體在膜上進(jìn)行了高度決定性的測試，導(dǎo)致產(chǎn)生氟尿烷。從圖3可以看出，申請人使用的氟乙烯乙烯基醚(FEVE)是可交聯(lián)的交替共聚物， 其主要用于替代聚偏氟乙烯(PVDF)，特別是免除溶劑的使用，特別是在建筑涂層(例如船舶漆)和“卷材涂層” (coil coating)中。為了在此期望的性能，化學(xué)結(jié)構(gòu)特別得以強(qiáng)化。通過提供耐候性(尤其是對于潮濕和腐蝕性條件和UV)以及硬度和耐化學(xué)性，氟乙烯單體有助于增強(qiáng)含氟聚合物的穩(wěn)定性。由于其性質(zhì)，單體的氟原子可同時(shí)降低水或氯化物離子的擴(kuò)散，并降低電離勢，它使得可以獲得更好的耐酸性和耐堿性，并且它使得可以限制游離基的形成。因而，獲得更好的耐溶劑性和耐UV性。乙稀基釀單體所提供的性能為所存在的Rl、R2和R3燒基的函數(shù)。燒基的特征對于Rl為含氟聚合物的透明性、光澤和硬度，對于R2為含氟聚合物的柔性，對于R3或羥基 (-0H)官能團(tuán)為粘合性。應(yīng)當(dāng)注意，R3是用于含氟聚合物在水中和有機(jī)溶劑中的溶解性和交聯(lián)的位點(diǎn)。根據(jù)一種實(shí)施方案，使用包含下列步驟的方法獲得干膜·獲得包含可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的含水分散體；·將該體系以至少20微米的厚度沉積到螺紋區(qū)3或4的至少一部分上；·將氟乙烯乙烯基醚樹脂用HDI型、蜜胺型的親水多官能異氰酸酯型硬化劑交聯(lián)， 以獲得氟尿烷。 在水中的分散通過乙烯基醚基團(tuán)來保證。在二元酸酐在末端羥基上的反應(yīng)后，這些基團(tuán)的一部分被羧酸官能化。這些酸官能團(tuán)然后被聚合物型仲胺中和。氟乙烯乙烯基醚樹脂可以例如為AGC Chemicals銷售的LUMIFL0NFD916或FD1000。得到的羧酸鹽可容易地分散于去離子水中。該含水分散體可以在環(huán)境溫度下(最小5°C)以及在高溫下(最大230°C)使用硬化齊_如可水分散的脂族多異氰酸酯進(jìn)行交聯(lián)，以形成氟尿烷型干涂層。可以使用例如BAYER 銷售的 BAYHYDUR 3100。優(yōu)化的交聯(lián)所需的硬化劑的量以最終涂層中非常輕微小于I的NC0/0H比來確定， 即對于分散體中的 IOOg LUMIFLON FD916，需要 IOg 至 14. 7g 的 BAYHYDUR 3100。LUMIFLON FD916的含水分散體的物理化學(xué)特性顯示于下表中
物理化學(xué)特性Γ
白色乳狀液
~固含量(wt%)40%+ 2%
pH7^9
顆粒尺寸(直徑)50-300nm
最小成膜溫度2TC
酸指數(shù)(mg KOH/g聚合物)15
輕基指數(shù)(mg KOH/g聚合物)85有利地，可以將改性聚二甲基硅氧烷聚醚類型的有機(jī)硅表面活性劑加入FEVE基體以改善載體的潤濕?？梢钥紤]以Lumiflon FD916的干提取物的2. 5質(zhì)量％至10質(zhì)量％范圍內(nèi)的量、更優(yōu)選以2. 5質(zhì)量％至5質(zhì)量％范圍內(nèi)的量加入具有低蒸發(fā)速率的二丙二醇正丁基醚類型的聚結(jié)劑，以通過聚合物型物質(zhì)的外部塑化促進(jìn)聚結(jié)，以降低成膜溫度并改變分散介質(zhì)的表面張力，以便促進(jìn)擴(kuò)散。有利地，可以向FEVE基體加入合成蠟和/或油，以改善成膜能力并降低摩擦。蠟可以為含水分散體，油可以為乳液形式。FEVE和硬化劑的混合物在空氣中和環(huán)境溫度下(25°C )的儲存期間不超過4小時(shí)， 它可以使用氣槍噴射系統(tǒng)進(jìn)行施用。該混合物和待涂布的表面的溫度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地接近，優(yōu)選在20°C至30°C范圍內(nèi)。有利地，在從施用溫度至80°C逐漸升溫而干燥10分鐘之前，還推薦在施用溫度下預(yù)干燥5分鐘的時(shí)間。最終干燥或固化可以在120°C進(jìn)行15分鐘。FEVE體系的在交聯(lián)(更特別是熱交聯(lián))后的氟尿烷涂層的化學(xué)結(jié)構(gòu)為以下所示
權(quán)利要求
1.用于烴井的鉆井或作業(yè)的抗卡滯螺紋管式組件，所述管式組件在其末端(I;2)之一上具有螺紋區(qū)(3 ;4)，根據(jù)該螺紋末端的類型是陽螺紋或是陰螺紋，所述螺紋區(qū)產(chǎn)生于其外周面或內(nèi)周面上，其特征在于該末端(I ;2)的至少一部分用包含氟尿烷基體的干膜涂布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于該氟尿烷基體通過將氟乙烯乙烯基醚交聯(lián)而獲得。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求任意之一的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于所述固體潤滑劑的顆粒分散于該基體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于所述固體潤滑劑的顆粒包含來自第1、2、3和4類的至少兩種的潤滑劑的顆粒。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求任意之一的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于將抗腐蝕劑納入到基體中。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任意之一的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于將合成蠟和/或油納入到基體中。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求任意之一的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于將添加劑納入到基體中以增強(qiáng)力學(xué)性能。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求任意之一的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于將整個(gè)螺紋區(qū)(3；4)用干膜涂布。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求任意之一的抗卡滯螺紋管式組件，其特征在于它包含金屬/金屬密封面，所述密封面用干膜涂布。
10.螺紋管式連接件，該連接件包含陽螺紋管式組件和陰螺紋管式組件，所述組件之一上扣到另一個(gè)中，其特征在于所述螺紋管式組件的至少之一是根據(jù)以上權(quán)利要求之一的。
11.用于烴井的鉆井或作業(yè)的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，所述管式組件在其末端(I ;2)之一上具有螺紋區(qū)(3 ;4)，根據(jù)該螺紋末端的類型是陽螺紋或是陰螺紋，所述螺紋區(qū)產(chǎn)生于其外周面或內(nèi)周面上，其特征在于該方法包括下列步驟 獲得包含可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的體系； 將該體系以至少20微米的厚度沉積到螺紋區(qū)(3 ；4)的至少一部分上； 將氟乙烯乙烯基醚樹脂交聯(lián)以獲得氟尿烷。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系是可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的水性或有機(jī)分散體，所述樹脂優(yōu)選用羧酸基團(tuán)官能化，所述羧酸基團(tuán)用聚合物型仲胺中和。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系是可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂的乳液，所述樹脂優(yōu)選用環(huán)氧乙烷基團(tuán)官能化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系為溶解于有機(jī)溶劑中的可交聯(lián)的氟乙烯乙烯基醚樹脂。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14任意之一的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系包含硬化劑，優(yōu)選脂族多異氰酸酯類型的。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15任意之一的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系包含固體潤滑劑的顆粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于所述固體潤滑劑的顆粒包含來自第1、2、3和4類的至少兩種的潤滑劑的顆粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至17任意之一的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系包含抗腐蝕劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18任意之一的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系可以包含合成蠟和/或油。
20.根據(jù)權(quán)利要求11至19任意之一的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于該體系包含增強(qiáng)添加劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求11至20任意之一的抗卡滯螺紋管式組件的涂布方法，其特征在于在包含氟乙烯乙烯基醚樹脂的體系的沉積之前進(jìn)行表面準(zhǔn)備步驟，該表面準(zhǔn)備步驟選自噴砂、磷酸鹽化和Cu-Zn-Sn的電解沉積。
全文摘要
記載了用于烴井的鉆井或作業(yè)的抗卡滯螺紋管式組件，所述管式組件在其末端(1；2)之一上具有螺紋區(qū)(3；4)，根據(jù)該螺紋末端的類型是陽螺紋或是陰螺紋，所述螺紋區(qū)產(chǎn)生于其外周面或內(nèi)周面上，該末端(1；2)的至少一部分用包含氟尿烷基體的干膜涂布。所述組件的涂布方法。
文檔編號F16L15/04GK102713394SQ201080058437
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者E·加德, E·皮內(nèi)爾, M·佩蒂特, M·古伊德 申請人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社, 瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司