螺紋管狀組件和所得連接件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及擬用于鉆探或操作烴類井的螺紋管狀組件，所述管狀組件在它的端部(1;2)之一處具有在它的外部或內(nèi)部周圍表面上形成的螺紋區(qū)(3;4)，這取決于螺紋端部是陽型還是陰型，其特征在于端部(1;2)至少部分用干燥薄膜(12)涂布，所述干燥薄膜包括含用液體形式的化合物填充的微囊的熱塑性或熱固性基體(13)。
【專利說明】螺紋管狀組件和所得連接件
[0001]本發(fā)明涉及鉆探和/或操作烴類井所使用的管狀元件，和更精確地涉及這一元件的螺紋端部。這一端部可以是陽型或陰型的，且能連接到類似元件的相應端部，形成連接件。
[0002]本發(fā)明還涉及由通過拼合(makeup)連接在一起的兩個管狀元件得到的螺紋連接件。
[0003]術語“擬用于烴類井的鉆探和操作的管狀元件”是指任何元件，它形狀基本上為管狀，擬連接到相同類型的另一元件上，或者在其他情況下，尤其構(gòu)成用于鉆探烴類井的管柱(string),或擬用于維護的豎管(也稱為翻新(work-over)豎管),或用于操作這些井(如豎管)，或者在操作這些井中所使用的套管柱或管狀管柱。本發(fā)明還可應用于在鉆柱中使用的元件，例如鉆桿，重質(zhì)鉆桿，鉆鋌，和管道連接的部分以及稱為鉆桿接頭的重質(zhì)管道。
[0004]每一管狀組件包括提供有陽螺紋區(qū)或陰螺紋區(qū)的一個端部，所述端部擬采用類似元件的相應端部拼合。一旦連接，則該元件構(gòu)成了所謂的連接件。
[0005]連接件中的這種螺紋管狀組件在確定的負載下連接，以便滿足使用條件造成的干涉配合和密封要求。進一步地，應當已知，可要求螺紋管狀組件經(jīng)歷數(shù)個拼合(makeup)-劈開(breakout)循環(huán),尤其當在使用中時。
[0006]使用這種螺紋管狀組件的條件導致不同類的載荷，所述載荷使得需要在這些組件的敏感部分，例如螺紋區(qū)，鄰接(abutting)區(qū)或密封表面上使用膜層。
[0007]因此，通常在高軸向負載下進行拼合操作，這是例如由于借助螺紋連接件連接的長度數(shù)米的管道的重量可能因在待連接的螺紋元件軸的輕微失調(diào)而惡化導致的。這誘導在螺紋區(qū)處和/或在金屬/金屬密封表面處磨損(galling)的風險。常規(guī)地用潤滑劑涂布螺紋區(qū)和金屬/金屬密封表面。
[0008]此外，常常儲存螺紋管狀組件，然后在不友好(hostile)的環(huán)境內(nèi)拼合。這是例如在鹽霧存在下的近海情況或者在砂子、灰塵和/或其他污染物存在下的陸上情況的情形。因此，需要使用在表面上抗腐蝕的薄膜，所述表面必須通過拼合(螺紋區(qū))或者通過干涉接觸(金屬/金屬密封表面和鄰接區(qū))來協(xié)作(cooperate)。
[0009]然而，由于環(huán)境標準，似乎使用符合API (美國石油組織)標準RP5A3的油脂沒有構(gòu)成長期解決方案，這是因為這些油脂可從管狀組件中擠出(extrude)并釋放到環(huán)境或者井內(nèi)，從而導致堵塞，而堵塞需要特殊的清潔操作。
[0010]為了克服要求長期抗腐蝕性和抗磨損的問題，并滿足環(huán)境特性，開發(fā)了固體干燥薄膜(即，不是糊狀油脂)，所述薄膜既具有潤滑性，又具有保護作用。
[0011]例如為了潤滑功能，開發(fā)了摻入潤滑油到有機基體內(nèi)的干燥薄膜。
[0012]這是采用SMI’s文獻(W02010/114168)的情況，該文獻涉及基于熱塑性EVA共聚物的干燥薄膜，它包括潤滑油，優(yōu)選礦物油以供良好的相容性和具有自修復或自維護性能，以確保在摩擦下薄膜的壽命。然而，這類解決方案限制潤滑油的重量濃度為10%，因為較高的濃度會引起薄膜與基底之間的界面處粘合性損失，和此外，賦予薄膜表面對灰塵、砂子等的粘性。[0013]在剪切下，在最初的高摩擦處，通過直接摻入硅油到抗流動的熱塑性聚合物基體內(nèi)，進行了其他開發(fā)。該原理意味著在接觸情形下，可在螺紋區(qū)內(nèi)維持低的肩部扭矩值(shouldering torque),且沒有影響抗肩上扭矩(torque on shoulder resistance)。本發(fā)明可尤其有助于確定理想的拼合扭矩并確保在拼合過程中連接件的密封。然而，在數(shù)量大的連續(xù)拼合操作之后，這些解決方案沒有提供該優(yōu)點，這些解決方案意味著在起始的拼合工序過程中，對于API5A3油脂，參考值大于或等于100%的抗肩上扭矩來說，可獲得低的肩部扭矩。
[0014]在專利申請W02010/073120中利用了另一路徑，該專利申請涉及共沉積在電化學沉積Ni或Cu或N1-Cu中微-囊化的潤滑油。通過該方式,可在單一的表面處理中結(jié)合抗磨損和潤滑的性能，且沒有求助于附加的潤滑層。然而，不可能使用電化學路徑，在螺紋系統(tǒng)上容易地生產(chǎn)均勻、可再現(xiàn)的沉積物且具有不可忽略不計的成本。
[0015]作為替代方案， 申請人:著眼于使用有機基體的解決方案，為了獲得較寬范圍的配方，而且可使用比較簡單的方法來生產(chǎn)所述配方。
[0016]特別地，本發(fā)明涉及擬用于鉆探和/或操作烴類井的管狀元件，它具有含至少一個螺紋區(qū)的端部，其特征在于該端部至少部分用干燥薄膜(即，在環(huán)境溫度下觸摸起來不粘)涂布，所述干燥薄膜包括含用液體形式的化合物填充的微囊的熱塑性或熱固性基體。
[0017]以下定義了互補或者替代的任選特征。
[0018]該微囊可包括最多85wt%在100°C下，運動粘度小于2000mm2/s的疏水液體化合物。
[0019]該微囊的尺寸范圍可以是直徑1-60 μ m，優(yōu)選范圍是2-10 μ m。
[0020]微囊的膜可由三聚氰胺-甲醛樹脂的至少一個壁，優(yōu)選雙壁構(gòu)成。
[0021 ] 基體可包括范圍為l%_25wt%的微囊。
[0022]該化合物可包括在由下述物質(zhì)定義的組內(nèi):25 °C下運動粘度范圍為100-12500mm2/s和分子質(zhì)量范圍為10000-80000g/mol的線性聚二甲基硅氧烷，在100°C下的運動粘度范圍為5-200mm2/s且分子質(zhì)量范圍為1500-13000g/mol的全氟聚醚，粘度指數(shù)大于或等于100的聚α烯烴或聚亞烷基二醇類型的合成油，與偏苯三酸酯結(jié)合的合成酯(單-，二-或三-酯)，在100°C下運動粘度范圍為15-65mm2/s的酯化α烯烴和二元羧酸共聚物類型的聚合物酯，烷基聚硫醚，硫化烯烴，脂肪酸酯，硫化合成酯，硫化天然甘油三酯，基于烷基芳基磺酸的磺酸鈣，堿度范圍為100-500mg.K0H/g的碳酸磺酸鈣，磷酸酯鹽，含磷的酯，優(yōu)選烷基芳基磷酸酯或膦酸酯，脂肪亞磷酸酯，含胺的衍生物，例如咪唑或三唑衍生物的有機或無機鹽，聚丁烯類，在100°C下的運動粘度范圍為10-1000mm2/s的聚異丁烯類，在100°C下的運動粘度范圍為30-2000mm2/s的烷基聚甲基丙烯酸酯，聚硫醚硅烷或巰基硅烷類，和在礦物油內(nèi)的懸浮三硼酸鉀。
[0023]微囊化的化合物可以是選自有機娃，氟化和合成酯油中的潤滑油。
[0024]基體可包括范圍為1%-15wt%的微囊化潤滑油，優(yōu)選范圍為5%_10wt%。
[0025]基體可以是選自共聚酰胺，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，乙烯丙烯酸丁酯和烯烴類樹脂中的熱塑性聚合物。
[0026]基體可以是選自聚脲，聚氨酯和氟代氨基甲酸酯中的熱固性聚合物。
[0027]基體可包括選自基于α菔烯的萜烯樹脂，用季戊四醇酯化的松香和樹脂酸，用甘油酯化的氫化松香和樹脂酸，和聚合松香中的增粘樹脂。
[0028]基體可包括選自固體潤滑劑，腐蝕抑制劑，臘，增塑劑和抗氧化劑中的一種或更多種添加劑。
[0029]端部的涂布部分可經(jīng)歷選自通過噴砂，轉(zhuǎn)化處理，電解沉積，和非反應性處理形成的組中的表面制備類型。所述螺紋區(qū)全部可用干燥薄膜涂布。
[0030]端部可包括擬用于金屬/金屬接觸的至少一個密封表面，和所述密封表面用潤滑干燥薄膜涂布。
[0031]本發(fā)明還涉及擬用于鉆探和/或操作烴類井的管狀連接件，它包括具有一個端部的至少一個管狀元件，其特征在于所述端部至少部分用干燥薄膜涂布，所述干燥薄膜包括含用液體形式的化合物填充的微囊的熱塑性或熱固性基體。[0032]在隨后的說明書中，結(jié)合參考附圖，更加詳細地描述了本發(fā)明的特征和優(yōu)點:
[0033]圖1是通過拼合連接兩個管狀組件得到的連接件的圖示；
[0034]圖2是兩個螺紋管狀組件的拼合曲線的圖示；
[0035]圖3是用潤滑干燥薄膜涂布的基底的圖示；
[0036]圖4是第一試驗裝置的圖示；
[0037]圖5是第二試驗裝置的圖示；
[0038]圖6是第三試驗裝置的圖示；
[0039]圖7是比較分別含潤滑油和已被微囊化的相同潤滑油的兩種組合物的拼合的曲線的圖示。
[0040]圖1所示的螺紋連接件包括提供有陽端部I的具有旋轉(zhuǎn)軸10的第一管狀組件，和提供有陰端部2的具有旋轉(zhuǎn)軸10的第二管狀組件。兩個端部I和2各自具有終端表面，所述終端表面垂直于它們各自的旋轉(zhuǎn)軸10布置且分別提供有螺紋區(qū)3和4，所述螺紋區(qū)3和4相互協(xié)作以供通過拼合，相互連接兩個組件。螺紋區(qū)3和4可以是梯形，自鎖(self-locking)或其他螺紋類型。此外，在通過拼合連接兩個螺紋組件之后，在接近于螺紋區(qū)3，4的陽端部I和陰端部2上分別提供擬相對于彼此變?yōu)槊芊獾母缮娼佑|(interference contact)的金屬/金屬密封表面5，6。陽端部I具有終端表面7，所述終端表面7鄰接在陰端部2上提供的相應表面8，當兩個組件彼此拼合時。
[0041]在一個變通方案中，終端表面7和相應表面8之間的鄰接可被例如US4822081，USRE30647或US RE34467中描述類型的螺紋區(qū)3，4中的自鎖的干涉協(xié)作替代。
[0042]從圖1和3中可看出，至少一個管狀組件的端部I或2至少部分用干燥薄膜12涂布，所述干燥薄膜包括含用液體形式的化合物填充的微囊9的熱塑性或熱固性基體13。
[0043]術語“干燥薄膜”是指觸摸起來不粘的固體膜。
[0044]更精確地，本發(fā)明涉及對基體來說非均相的物質(zhì)的微囊化或納米囊化，尤其潤滑油，以減少摩擦并提供具有改進的官能性能的干燥薄膜。潤滑的干燥薄膜由摻入微囊的熱塑性或熱固性聚合物基體組成。
[0045]重要的是，清楚本發(fā)明還包括使用微囊化其他活性物質(zhì)，例如下述物質(zhì)，具有熱塑性或熱固性聚合物基體的干燥薄膜:
[0046].已知作為溫度的函數(shù)，具有高度反應性的液體或揮發(fā)性腐蝕抑制劑；
[0047]?感興趣的過堿性(over-base)的磺酸鈣，因為它們具有抗腐蝕和極壓性能；[0048].含硫的油，或酯化和硫化的植物油，因為它們的極壓性能；
[0049].聚硫醚硅烷類或巰基硅烷類，因為它們具有耐磨，抗疲勞和極壓能力；
[0050].磷酸鹽或磷酸酯，因為它們具有耐磨和摩擦改良性能；
[0051].在礦物油內(nèi)懸浮的三硼酸鉀，因為它具有耐摩擦性能。
[0052] 這些活性成分尤其在熱塑性聚合物基體內(nèi)的微囊化意味著對混溶性和反應性的局限可被克服，和在拼合或劈開連接件的過程中，在壓縮/剪切下釋放變得可能，以便延長在時間流逝下的效果，例如在油的情況下，分別延長抗磨損性和潤滑性，或者在腐蝕抑制劑用密封故障的情況下，延長耐腐蝕性。
[0053] 申請人:尤其集中在微囊化潤滑油，其目的是減少摩擦。使用油主要意味著可形成自-潤滑薄膜，特別是具有低成膜動力學的可熱固化薄膜(例如，環(huán)氧樹脂，聚氨酯，單-或雙-組分)。表面摩擦的概念被包括潤滑劑的概念替代，其中在干燥薄膜磨損過程中，所述潤滑劑日益增多地可獲得。在任何情況下，包括油一定不能影響基底的粘合性能，這將有破壞預期的自-潤滑機理的風險。
[0054]因此， 申請人:預見到微囊化液體物質(zhì)，尤其油來減少摩擦。優(yōu)選的潤滑油是包括在下述類中的那些:
[0055].25°C下運動粘度范圍為100-12500mm2/s和分子質(zhì)量范圍為10000-80000g/mol
的線性聚二甲基硅氧烷；
[0056].在100°C下的運動粘度范圍為5-200mm2/s且分子質(zhì)量范圍為1500_13000g/mol
的全氟聚醚；
[0057].粘度指數(shù)大于或等于100的聚α烯烴或聚亞烷基二醇類型的合成油；
[0058].酸值〈0.01mg.KOH/g的合成酯(單_，二-或三-酯)，更特別地偏苯三酸酯；
[0059].在100°C下運動粘度范圍為15-65mm2/s的酯化α烯烴和羧酸共聚物類型的聚合物酯；
[0060]?礦物油和植物油。
[0061]所描述的極壓和耐磨潤滑油優(yōu)選包括在下述類中:
[0062].烷基聚硫醚,主要是二 -四碘代癸基(tertiododecyl)五硫醚；
[0063].硫化烯烴，脂肪酸酯，硫化合成酯，或硫化的天然甘油三酯；
[0064].基于烷基芳基磺酸的磺酸鈣，堿度范圍為100_500mg.KOH/g的碳酸磺酸鈣；
[0065].磷酸或硫代磷酸酯鹽；
[0066].含磷的酯，優(yōu)選烷基芳基磷酸酯或膦酸酯；
[0067].脂肪亞磷酸酯。
[0068]揮發(fā)性腐蝕抑制劑可以在含溶劑或者油狀的溶液內(nèi)，且優(yōu)選包括在下述類中:
[0069].含胺的衍生物，例如咪唑或三唑衍生物的有機或無機鹽。
[0070]可包括在下述類中的其他液體物質(zhì):
[0071].聚丁烯類，在100°C下的運動粘度范圍為10-1000mm2/s的聚異丁烯類；
[0072].在100°C下的運動粘度范圍為30-2000mm2/s的烷基聚甲基丙烯酸酯；
[0073].聚硫釀硅烷或疏基硅烷類；
[0074].在礦物油內(nèi)的懸浮三硼酸鉀。
[0075]通過由聚合物形成的膜或壁和主要是液體的內(nèi)容物構(gòu)成微囊。對于微囊化液體組分或顆粒來說，存在各種化學或物理方法。在本發(fā)明中，使用界面水溶液化學聚合法，合成微囊。這一微乳液方法的特征在于，通過在待囊化的組分表面處，單體的縮聚反應，借助快速聚合，形成壁。
[0076]更具體地，將多官能聚合物溶解在待微囊化的油中。在堿性pH下，在有或無試劑的情況下，將這一溶液分散在水相內(nèi)?？捎蓡误w，例如聚苯乙烯，聚乙烯醇，明膠，阿拉伯膠，聚酰胺，和優(yōu)選氨基塑料，獲得膜或壁。
[0077]氨基塑料具有特別好的硬度和剛度(拉伸強度可超過IOGPa)，以及非常重要的耐磨性。
[0078]優(yōu)選的氨基塑料使用三聚氰胺-甲醛單體作為用于膜的物質(zhì)。與脲-甲醛樹脂相t匕，有關的三聚氰胺-甲醛熱固性樹脂具有可忽略不計的吸水率(高度不可滲透的壁)，和改進的硬度以及耐熱性和耐化學性，這是因為與脲相比，三聚氰胺具有附加的-NH2基，它是二價的且被環(huán)化。
[0079]液體物質(zhì)優(yōu)選是疏水的，例如氟化硅油，但也可以是礦物油或合成酯。有利地，在100°C下，油的粘度必須小于1000mm2/S，在其他情況下，水相囊化將被限制在較高的粘度下。
[0080]調(diào)整三聚氰胺-甲醛樹脂的壁數(shù)意味著可遵守環(huán)境要求(例如耐熱性)，以及釋放內(nèi)容物的壓力約束條件。
[0081]在本發(fā)明中，連續(xù)壁的數(shù)量在1-3的范圍內(nèi)，為的是確保:
[0082].作為拼合區(qū)的函數(shù)和微囊壁數(shù)量的函數(shù)，在寬范圍的剪切/壓縮負載下施加；
[0083]?通過噴灑，使用機械混合器，在攪拌下，和在剪切下的良好的抗剪切性，和結(jié)果微囊良好的完整性；
[0084].可摻入到高熔點熱塑性聚合物基體內(nèi)的微囊化物質(zhì)的良好的最大耐熱性。
[0085]根據(jù)在空氣中的熱重分析，對于具有雙壁三聚氰胺-甲醛樹脂的微囊來說，硅油微囊的熱降解從370°C發(fā)生，和硅油的熱氧化朝較高溫度處位移至少80°C。
[0086]有利地，三壁三聚氰胺-甲醛樹脂具有至少300°C (連續(xù))的耐熱性和數(shù)量級為350°C的耐熱性(局部)。還通過在260°C下加熱后處理三壁微囊，增加三聚氰胺-甲醛樹脂的耐機械性，以便能在較高Hertz的壓力下使微囊斷裂。
[0087]有利地，所得微囊是球形，且它們的尺寸范圍為2_60μπι，和主要地范圍為
2—10 u ITio
[0088]有利地，使用機械混合器，在攪拌下，將運動粘度為1000mm2/S的線性聚二甲基硅氧烷類型的硅油的微囊摻入到基于二聚酸的共聚酰胺類型的熱塑性聚合物基體內(nèi)。
[0089]有利地，在Cu-Sn-Zn的三元電解沉積形式中進行表面制備處理。
[0090]潤滑的干燥薄膜12可覆蓋所有或一部分的螺紋區(qū)3，4。
[0091]潤滑的干燥薄膜12可覆蓋所有或一部分的金屬/金屬密封表面5，6。
[0092]該試驗由評價一定數(shù)量的參數(shù),尤其下述參數(shù)組成:
[0093].在高Hertz負載下,在接觸的表面處的摩擦扭矩(Bridgman試驗)；
[0094].在基底上的粘合力和摩擦系數(shù)(Scratch試驗)；
[0095].抗砂子污染試驗； [0096].耐磨性(pin-on-Vee 試驗);[0097].潮濕狀況下的腐蝕試驗。
[0098]Bridgman試驗可測定在“高級”連接件特定的拼合操作過程中,干燥薄膜的摩擦學特征。更精確地，模擬并測定抗肩上扭矩CSB，也稱為ToSR。這一扭矩來自于在油工業(yè)中使用的高級連接件特定的拼合操作過程。
[0099]圖2中的曲線表達了拼合(或夾持)扭矩作為產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的函數(shù)?？煽闯?，“高級”連接件的拼合扭矩的曲線分成四個部分。
[0100]在第一部分Pl中，螺紋管狀連接件中第一組件中的陽螺紋元件(或銷(pin))的外部螺紋尚不具有對相同螺紋管狀連接件中第二組件中的相應陰螺紋元件(或盒子(box))的內(nèi)部螺紋的徑向干涉。
[0101]在第二部分P2中，陽和陰螺紋元件中螺紋的幾何干涉產(chǎn)生徑向干涉，當拼合連續(xù)時，所述徑向干涉增加(從而產(chǎn)生小但增加的拼合扭矩)。
[0102]在第三部分P3中，在陽螺紋元件的端部的外圍處的密封表面徑向干涉陰螺紋元件的相應密封表面，產(chǎn)生金屬/金屬密封。
[0103]在第四部分P4中，陽螺紋元件的正端面與陰螺紋元件的拼合鄰接的圓形表面軸向鄰接。這種第四部分P4對應于拼合的末端段。
[0104]對應于第三部分P3最后和第四部分P4開始的拼合扭矩被稱為肩部扭矩(CAB)。
[0105]拼合扭矩對應于第四部分P4的最后，它被稱為塑化扭矩(CP)。超出這一塑化扭矩CP時，認為陽型拼合鄰接(陽螺紋元件的端部)和/或陰型拼合鄰接(位于陰螺紋元件的圓形鄰接表面之后的區(qū)域)經(jīng)歷塑性變形，同樣通過塑化密封表面，這可劣化密封表面之間的接觸緊密度方面的性能。
[0106]塑化扭矩CP和肩部扭矩CAB的數(shù)值之間的差異被稱為抗肩上扭矩CSB:CSB=CP-CAB。螺紋管狀連接件在拼合最后處經(jīng)歷最佳的干涉配合，這是螺紋連接件的最佳的機械強度，例如拉伸力，而且在使用中關于意外劈開和針對最佳密封性能的保證。
[0107]螺紋連接件的設計者因此不得不針對給定類型的螺紋連接件定義最佳拼合扭矩值，對于這類連接件的所有連接來說，該數(shù)值必須低于塑化扭矩CP(以便避免鄰接區(qū)的塑化和導致的缺點)且高于肩部扭矩CAB。扭矩小于CAB的終止(Ending)拼合不可能保證陽和陰元件的正確的相對定位和因此在它們的密封表面之間有效的干涉配合。此外，具有劈開的風險。對于相同類型的連接件來說，肩部扭矩CAB的有效值在不同連接件之間波動，因為它取決于陽和陰螺紋與密封表面的直徑和軸向機械加工公差(tolerance)。最佳的拼合扭矩應當顯著高于肩部扭矩CAB。
[0108]抗肩上扭矩CSB值越高,則確定最佳的拼合扭矩的容限(margin)越大,和螺紋連接件越抗操作應力。
[0109]使用Bridgman類型的機器，進行摩擦試驗。這類機器尤其描述于DKuhlmann-Wilsdorf 等人的文章"Plastic flow between Bridgman anvils under highpressures", J.Mater.Res.，第 6 卷,第 12 期,1991 年 12 月中。在圖 5 中闡明了 Bridgman機器的示意和功能性實例。
[0110]這一機器包括:可在選擇速度下，在旋轉(zhuǎn)中驅(qū)動的圓盤DQ ;永久地連接到圓盤DQ的第一面上的第一砧臺(anvil)ECl，優(yōu)選為圓錐類型；永久地連接到與它的第一面相對的圓盤DQ的第二面上的第二砧臺EC2，優(yōu)選為圓錐類型；第一 EPl和第二 EP2壓力元件，例如活塞，它例如可產(chǎn)生選擇的軸向壓力P ;永久地連接到第一壓力元件EPl的一面上的第三砧臺EC3，優(yōu)選為圓錐類型；永久地連接到第二壓力元件EP2的一面上的第四砧臺EC4，優(yōu)選為圓錐類型。
[0111]為了測試潤滑劑組合物，用所述組合物覆蓋與構(gòu)成螺紋元件的材料相同的兩片材料，以便形成第一 SI和第二 S2樣品。接下來，第一樣品SI置于第一 ECl和第三EC3砧臺的自由面之間，和第二樣品S2置于第二 EC2和第四EC4砧臺的自由面之間。接下來，在采用第一 EPl和第二 EP2壓力元件每一個，施加選擇的軸向壓力P (例如數(shù)量級為IGPa)的同時，圓盤DQ在選擇速度下旋轉(zhuǎn)，并測量每一樣品SI, S2經(jīng)歷的拼合扭矩。在Bridgman試驗中，選擇軸向壓力，旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)角，以便模擬Hertz壓力和在拼合末端處鄰接表面的相對速度。使用這一機器，可固定數(shù)對不同的參數(shù)(拼合扭矩，旋轉(zhuǎn)速度)，以便在樣品SI和S2上產(chǎn)生預定的拼合扭矩，和因此檢驗這些樣品SI和S2是否緊密地遵從給定的扭矩曲線，和尤其在磨損之前，它們是否可達到全部圈數(shù)，所述全部圈數(shù)至少等于相對于選擇拼合扭矩而選擇的閾值。
[0112]在本發(fā)明的情況下，升高所選的接觸壓力至lGPa，和升高旋轉(zhuǎn)速度至lrpm。由碳鋼形成試樣，機械加工，然后用下表中列舉的不同的干燥薄膜配方涂布，以及測定抗肩上扭矩(ToSR 或 CSB)。
[0113]圖4中圖示的Scratch試驗允許測定在表面或表面制備上薄膜的粘合力或粘附。這一方法由采用經(jīng)歷過增加負載的球形珠粒，剪切薄膜和使之變形組成，該方法還允許測定兩個主要的摩擦學參數(shù)，亦即 摩擦系數(shù)和對應于出現(xiàn)薄膜內(nèi)聚損失的臨界負載。
[0114]實驗條件使用由直徑5mm的Inconel718形成的球形壓頭,和由粗糙度Ra小于I微米的碳鋼或Z20C13形成的金屬樣品，以及下述參數(shù):負載從ION增加到310N(在15N/s的負載增加速率下)，2mm/s的珠粒位移速率和20s的持續(xù)時間以及40mm的軌道長度。
[0115]砂子清除試驗由下述步驟組成:測定薄膜的耐熱性和特別地對不友好的環(huán)境污染物，尤其表示為“熾熱”的區(qū)域內(nèi)的砂子的粘合性，該性能在拼合過程中可影響摩擦。它涉及軟化點的簡單、重要的表征，根據(jù)所述軟化點，薄膜可能不再使用在壓力下的空氣來清潔。該實驗條件使用由可能地進行了表面制備的粗糙度Ra小于I μ m的碳鋼或Z20C13形成的金屬樣品，所述表面制備可以是磷酸鋅化或者電解Cu-Sn-Zn沉積形式。使用薄膜施涂器，涂布樣品。厚度范圍必須是30-40 μ m。該試驗條件由下述組成:
[0116].施加鑄造用砂(d=l.36)層到最小為60cm2的預先確定的薄膜表面積上；
[0117].在通風的烘箱內(nèi)經(jīng)I小時加熱到范圍為75°C -93°C的試驗溫度；
[0118].使用在壓力下的空氣，在該試驗溫度下清潔；
[0119]?測定殘留的砂子量。
[0120]接受的標準定義為最大0.5%的殘留砂子。
[0121]尤其使用pin-on-Vee試驗，根據(jù)標準ASTM D2670和ASTM D3233，在高速下評價潤滑流體的耐磨性能和極壓性能，但也可在低速下，使用ASTM D2625方法，評價固體潤滑劑。
[0122]改編(adapt)pin-on-Vee試驗，以克服與連接件有關的問題:
[0123].半-密閉的接觸幾何形狀(以捕獲第三潤滑劑主體)；
[0124].適合連接件的壓力-速度范圍(PV圖表)；
[0125]?實施簡單-方向試驗或者拼合與劈開(make-and-break)模擬的交替模型試驗的可能性。
[0126]在圖6中表示的pin-on-Vee試驗的接觸幾何形狀由在兩個V塊料之間的旋轉(zhuǎn)和壓縮中的銷P組成，所述銷P由在有或無磷酸錳化情況下的碳鋼或鋼合金形成，所述V塊料是由用電解Cu-Sn-Zn沉積物或磷酸錳化處理的碳鋼或鋼合金形成的V形狀，且在785N負載，60rpm的銷旋轉(zhuǎn)速度，560MPa的平均接觸壓力和20mm/s的銷滑動速度的試驗條件下，用試驗薄膜涂布。
[0127]這一試驗的目的是,在不需要進行連接件上(on-connection)研究的情況下,模擬并評價各種干燥薄膜的抗磨損性。可使用這一試驗，比較各種薄膜的性能與實際的連接件上(on-connection)試驗。
[0128]參考ASTM D2625-4標準，定義磨損標準，所述標準涉及測量固體潤滑劑薄膜的負載能力，且對應于與數(shù)量級為1130N.mm的起始條件或?qū)τ?85N的負載來說，數(shù)量級為0.15的摩擦系數(shù)相比，扭矩的突然增加。一般地，當施加的負載降低時，觀察到磨損，而與材料和構(gòu)造無關。
[0129]潮濕介質(zhì)的腐蝕試驗由在25°C下的6.5-7.2的pH范圍下，在氣候室內(nèi)，在35°C的溫度下，在25°C下的密度范圍為1.029-1.036的50g/L鹽水溶液中進行并在1.5mL/h的平均速率下回收的中性鹽霧試驗組成。然后在沒有生銹情況下完整的樣品在暴露之后，必須對應于ISO標準9227的ReO等級。該方法提供驗證在有或無腐蝕保護膜(在金屬材料上的金屬或有機涂層)的情況下，維持相匹配質(zhì)量的金屬材料的方式。耐水性試驗由根據(jù)在氣候室內(nèi)進行的DIN標準50017，對樣品進行加速腐蝕試驗組成。這一試驗包括每天一個循環(huán)，由通過在下述條件下:35°C，90%相對濕度8小時冷凝，沉積水蒸氣，然后允許樣品干燥組成。在7個循環(huán)之后，進行檢驗，觀察被涂層保護的基底是否被腐蝕了。
[0130]優(yōu)良的抗性必須對應于ISO標準4628的等級，亦即沒有腐蝕，沒有起泡，沒有龜裂，通過用鋅磷酸化(8-20g/m2的磷酸鹽沉積物)處理或者用中間層為Ni的三元Cu-Sn-Zn合金的電解沉積物處理的碳鋼板沒有成薄片(flaking)。
[0131] 申請人:尤其評價了線性聚二甲基硅氧烷類型的硅油和更特別地由WACKER以商標WACKER FLUID AK和由BLUESTAR以商標RH0D0RSIL FLUID銷售的各種分子量等級。
[0132] 申請人:然后比較了具有全氟聚醚油的性能，它尤其以商標F0MBLIN由SOLVAYS0LEXIS 供應。
[0133]所研究的薄膜可包括具有粘塑性和抗流動行為的一種或更多種熱塑性有機聚合物，例如基于二聚酸的共聚酰胺樹脂或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，增粘樹脂，蠟，固體潤滑齊U，和腐蝕抑制劑。
[0134]該薄膜也可包括熱固性聚合物，它為100%固體或者在含水分散體內(nèi)。
[0135]在有或無表面處理，例如在碳鋼情形下，磷酸化等處理，或者在鋼合金情況下，含Woods鎳的子層的電解Cu-Sn-Zn沉積處理下，施加薄膜到碳鋼或輕質(zhì)合金鋼樣品上。所研究的薄膜厚度范圍為20-45 μ m。
[0136]接下來，研究者檢驗了在以下描述的螺紋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中潤滑油的釋放效果。通過氣動噴霧施加薄膜。所得干燥薄膜的厚度范圍為30-80 μ m。
[0137]對于這一研究來說,我們主要使用pin-on-Vee試驗(得自Falex試驗)，測定在壓力下，釋放在微囊內(nèi)包含的潤滑油對耐久性的影響，在基于熱塑性有機聚合物的薄膜內(nèi)，使用Scratch試驗,測定釋放在微囊內(nèi)包含的潤滑油對動態(tài)粘合和抗摩擦或磨損力的影響，和最后使用Bridgman ToSR試驗，測定釋放在微囊內(nèi)包含的潤滑油對抗肩上扭矩值的影響。
[0138]參考油是動態(tài)粘度為1000mmVs的線性聚二甲基硅氧烷類型的潤滑油。
[0139]參考油在沒有加熱后處理的情況下，在三聚氰胺-甲醛樹脂內(nèi)的雙壁膜中微囊化。
[0140]使用機械攪拌器，在基于酸二聚體的共聚酰胺類型的熱塑性有機聚合物中分散參考油或微囊化的參考油。在表1中描述了該薄膜的參考組成。
[0141]
【權(quán)利要求】
1.擬用于鉆探和/或操作烴類井的管狀元件，它具有含至少一個螺紋區(qū)(3;4)的端部(1; 2)，其特征在于端部(1; 2)至少部分用干燥薄膜(12)涂布，所述干燥薄膜包括含用液體形式的化合物填充的微囊的熱塑性或熱固性基體(13)。
2.權(quán)利要求1的元件，其中微囊包括最多85被％在100°C下運動粘度小于2000mm2/s的疏水液體化合物。
3.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中微囊的尺寸范圍為直徑1-60μ m,優(yōu)選范圍為.2—10 um.
4.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中微囊膜由至少一個壁，優(yōu)選雙壁構(gòu)成，所述壁由三聚氰胺-甲醛樹脂形成。
5.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中基體包括范圍為1%_25被％的微囊。
6.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中該化合物包括在由下述物質(zhì)定義的組內(nèi):25°C下運動粘度范圍為100-12500mm2/s且分子質(zhì)量范圍為10000-80000g/mol的線性聚二甲基硅氧烷，在100°C下的運動粘度范圍為5-200mm2/s且分子質(zhì)量范圍為1500-13000g/mol的全氟聚醚，粘度指數(shù)大于或等于100的聚α烯烴或聚亞烷基二醇類型的合成油，與偏苯三酸酯結(jié)合的合成酯(單_，二-或三-酯)，在100°C下運動粘度范圍為15-65mm2/s的酯化α烯烴和二元羧酸共聚物類型的聚合物酯，烷基聚硫醚，硫化烯烴，脂肪酸酯，硫化合成酯，硫化天然甘油三酯，基于烷基芳基磺酸的磺酸鈣，堿度范圍為100-500mg.KOH/g的碳酸磺酸鈣，磷酸酯鹽，含磷的酯，優(yōu)選烷基芳基磷酸酯或膦酸酯，脂肪亞磷酸酯，含胺的衍生物例如咪唑或三唑衍生物的有機或無機鹽，聚丁烯類，在100°C下的運動粘度范圍為10-1000mm2/S的聚異丁烯類，在100°C下的運動粘度范圍為30-2000mm2/s的烷基聚甲基丙烯酸酯，聚硫醚硅烷或巰基硅烷類，和在礦物油內(nèi)的懸浮三硼酸鉀。
7.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中微囊化的化合物是選自有機硅，氟化和合成酯油中的潤滑油。
8.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中基體包括范圍為l%_15wt%的微囊化潤滑油，優(yōu)選范圍為5%-10wt%。
9.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中基體是選自共聚酰胺，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，乙烯丙烯酸丁酯和烯烴類樹脂中的熱塑性聚合物。
10.權(quán)利要求1-8任何一項的元件，其中基體是選自聚脲，聚氨酯和氟代氨基甲酸酯中的熱固性聚合物。
11.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中基體包括選自基于α菔烯的萜烯樹脂，用季戊四醇酯化的松香和樹脂酸，用甘油酯化的氫化松香和樹脂酸，和聚合松香中的增粘樹脂。
12.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中基體包括選自固體潤滑劑，腐蝕抑制劑，蠟，增塑劑和抗氧化劑中的一種或更多種添加劑。
13.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中端部的涂布部分經(jīng)歷選自通過噴砂，轉(zhuǎn)化處理，電解沉積，和非反應性處理形成的組中的類型的表面制備。
14.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中所述螺紋區(qū)(3;4)全部用干燥薄膜(12)涂布。
15.前述任何一項權(quán)利要求的元件，其中所述端部(I;2)包括擬提供金屬/金屬接觸的至少一個密封表面，和所述密封表面用潤滑干燥薄膜(12)涂布。
16.擬用于鉆探和/或操作烴類井的管狀連接件，它包括具有端部(1;2)的至少一個管狀元件，其特征在于所述端部(1;2)至少部分用干燥薄膜(12)涂布，所述干燥薄膜(12)包括含用液體形式的化合物填充的微囊的熱塑性或 熱固性基體(13)。
【文檔編號】C08K7/22GK103917734SQ201280049935
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】E·加德, E·皮內(nèi)爾, M·派逖特 申請人:瓦盧萊克油氣法國公司, 新日鐵住金株式會社