抗磨損鉆桿工具接頭和相應(yīng)的鉆桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鉆桿工具接頭和相應(yīng)的鉆桿，更具體地涉及這樣的一種鉆桿工具 接頭和相應(yīng)的鉆桿，其中其具有針對重復(fù)組裝/拆卸（make-up/break-out)操作的優(yōu)化的 表面硬度，以便當(dāng)針對石油、天然氣、頁巖氣、地?zé)岬茹@井中使用的鉆桿旋擰到一起時無需 使用螺桿潤滑脂（screwgrease)，由此是環(huán)境友好的并且提高工作效率。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對石油、天然氣等鉆井中使用的鉆桿通過工具接頭連接。為了使得工具接頭傳 遞在鉆井過程中所需的高扭矩，工具接頭的外徑部分形成為大于桿體的外徑，而工具接頭 的內(nèi)徑部分形成為小于桿體的內(nèi)徑。為此目的，通常而言，在將工具接頭的銷（pin)和銷套 (box)結(jié)合過程中的組裝扭矩值需要幾倍于針對在用于生產(chǎn)石油、天然氣等的井中使用的 套管（casing)或管件（tubing)的組裝轉(zhuǎn)矩值。
[0003] 另一方面，對于針對在用于生產(chǎn)的井中使用的套管或管件的螺紋接頭的銷和銷套 的組裝/拆卸操作的次數(shù)而言，裝拆次數(shù)（triping)不能太多。因此，對于耐磨損（耐磨 痕）評估試驗而言，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO13679限定在對于在套管中的組裝/拆卸操 作的2倍而言以及對于在管件中的組裝/拆卸操作的9倍而言的性能評估中的接受/拒絕 判定。然而，鉆桿需要根據(jù)每種類型的鉆探條件（諸如地質(zhì)地層、井的斜度、深度等）更換 鉆頭。此外，還沒有對于鉆桿的ISO標(biāo)準(zhǔn)限定，但抗磨損性預(yù)計將不少于25次裝拆，以及更 優(yōu)選不少于50次裝拆。
[0004] 對于套管或管件而言，將潤滑脂（或涂布液）施加到螺紋接頭的銷和銷套上用于 抗磨損，并且還采用諸如鍍層的表面處理（參見此后的專利文獻1至7)。然而，由于工具 接頭的清潔造成的散布，由于涂層造成的在井底上的過多潤滑脂的沉積、在工作場所中的 鉆機污染排放等會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，出于環(huán)境的考慮，不使用現(xiàn)有的螺桿潤滑脂 的替代性的表面涂層處理（所謂的"無油脂"或"無涂布液"，即，沒有潤滑脂（也沒有涂布 液）施加到螺紋接頭的銷和銷套上）最近已投入實際使用。
[0005] 已經(jīng)確定下列文獻涉及到所述技術(shù)領(lǐng)域：
[0006] 專利文獻引用清單
[0007] 專利文獻 1 :TO2003-060198
[0008] 專利文獻 2 :w〇2〇〇5-〇983〇o
[0009] 專利文獻3:W〇2〇〇7_〇2697〇
[0010] 專利文獻 4 :W02008-108263
[0011] 專利文獻 5 :JP-A-2003-074763
[0012] 專利文獻6 :美國專利No. 4758025
[0013] 專利文獻7 :美國專利No. 4468309
[0014] 專利文獻1公開了一種管狀構(gòu)件，其中銷和銷套中的至少一個涂覆有銅和錫的合 金，所述合金含有重量百分比為20 %至80 %的銅。
[0015] 專利文獻2公開了一種用于鋼管的螺紋接頭，其中銷和銷套中的至少一個在其表 面處設(shè)有包括粘結(jié)劑、銅粉末和潤滑性粉末的固體潤滑劑涂層，以及銷和銷套中的另一個 涂覆有鋅或鋅合金涂層。
[0016] 專利文獻3公開了一種用于鋼管的螺紋接頭，其中在銷和銷套中的至少一個上形 成Sn-Bi合金鍍層或Sn-Bi-Cu合金鍍層。
[0017] 專利文獻4公開了一種用于鋼管的螺紋接頭，其中銷和銷套中的至少一個覆蓋有 Cu-Zn合金或Cu-Zn-Ml合金的第一鍍層（Ml是選自于Sn，Bi和In中的至少一種）和Sn-M2 合金的第二鍍層（M2是選自于Bi，In，Ni，Zn，Cu中的至少一種元素）。
[0018] 專利文獻5公開了一種用于油井管的接頭，其中包括第一至第n層的Cu-Sn合金 鍍層的第一鍍層形成在銷套上。
[0019] 專利文獻6公開了一種防止磨損的方法，所述方法包括在銷和銷套中的至少一個 上設(shè)置軟金屬涂層，諸如Cu或Zn的非電鍍金屬轉(zhuǎn)化涂層，并在其上涂覆潤滑劑。
[0020] 專利文獻7公開了一種抗磨損的方法，所述方法包括在銷和銷套中的至少一個上 通過離子鍍沉積具有低剪切應(yīng)力值的材料薄膜，所述材料諸如金，銀，鉛，錫，銦，鈀或銅。
[0021] 雖然專利文獻1至7公開固體潤滑劑的實例，但是還沒有發(fā)現(xiàn)在不使用任何潤滑 脂的情況下實現(xiàn)鉆桿工具接頭的不少于25次的重復(fù)組裝/拆卸操作的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 技術(shù)問題
[0023] 然而，根據(jù)目前情況，對于鉆桿工具接頭而言不存在不使用螺桿潤滑脂的替代性 表面涂層處理。
[0024] 此外對于提高抗磨損性以及實現(xiàn)鉆桿工具接頭的增加次數(shù)的重復(fù)組裝/拆卸操 作存在持續(xù)需求。
[0025]因此，本發(fā)明的目的是提供一種鉆桿工具接頭和相應(yīng)的鉆桿，其在不使用為了避 免磨損的任何潤滑脂的情況下可經(jīng)受不少于25次的重復(fù)組裝/拆卸操作，其是環(huán)境友好 的，并且其不使用潤滑劑。
[0026] 解決問題的技術(shù)方案
[0027] 上述技術(shù)問題通過鉆桿工具接頭得以解決，所述鉆桿工具接頭包括：
[0028] 銷，其包括在外表面處的陽螺紋部分；和
[0029] 銷套，其包括在內(nèi)表面處的陰螺紋部分，所述陰螺紋部分在由陽螺紋接觸表面和 陰螺紋接觸表面構(gòu)成的接觸區(qū)域內(nèi)旋擰和緊固到陽螺紋部分，其中陽螺紋接觸表面的至少 一部分或陰螺紋接觸表面的一部分是由硬質(zhì)金屬構(gòu)成的表面層，以及相應(yīng)的陰螺紋接觸表 面的至少一部分或陽螺紋接觸表面的一部分是由軟質(zhì)材料構(gòu)成的表面層，并且其中所述兩 個表面部分在旋擰后是接觸表面。
[0030] 本發(fā)明還涉及鉆桿，所述鉆桿包括：
[0031] 桿體；和
[0032] 銷，其包括在外表面處的陽螺紋部分；和
[0033] 銷套，其包括在內(nèi)表面處的陰螺紋部分，所述陰螺紋部分在由陽螺紋接觸表面和 陰螺紋接觸表面構(gòu)成的接觸區(qū)域內(nèi)旋擰和緊固到同一種類的另一鉆桿的陽螺紋部分；
[0034] 其中陽螺紋接觸表面的至少一部分或陰螺紋接觸表面的一部分是由硬質(zhì)金屬構(gòu) 成的表面層，以及相應(yīng)的陰螺紋接觸表面的至少一部分或陽螺紋接觸表面的一部分是由軟 質(zhì)材料構(gòu)成的表面層，并且其中所述兩個表面部分在旋擰后是接觸表面。
[0035] 多個所述鉆桿在組裝后將包括多個前述鉆桿工具接頭。
[0036] 因此，所述鉆桿工具接頭和鉆桿涉及如此相關(guān)聯(lián)以形成一個單一的總發(fā)明構(gòu)思的 一組發(fā)明。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的鉆桿工具接頭或鉆桿還可以包括可根據(jù)所有可能的實施例相結(jié)合 的以下特征：
[0038] -由相應(yīng)硬質(zhì)金屬和軟質(zhì)材料構(gòu)成的表面層占據(jù)至少90%的接觸區(qū)域表面；
[0039] _陽螺紋接觸表面或陰螺紋接觸表面是由硬質(zhì)金屬構(gòu)成的表面層，并且相應(yīng)的陰 螺紋接觸表面或陽螺紋接觸表面是由軟質(zhì)材料構(gòu)成的表面層；
[0040] -硬質(zhì)金屬的硬度等于或大于600HV，例如等于或大于800Hv;
[0041] _軟質(zhì)材料的硬度等于或大于350Hv，例如等于或大于150Hv;
[0042] _硬質(zhì)金屬與軟質(zhì)材料的硬度比等于或大于2. 8,例如等于或大于5 ;
[0043] -硬質(zhì)金屬基本上由在下述列表內(nèi)選擇的金屬構(gòu)成，所述列表由絡(luò)（Cr)、鎳（N