BR112014027366B1

BR112014027366B1 - Junta roscada tubular que tem propriedades de montagem de alto torque melhoradas

Info

Publication number: BR112014027366B1
Application number: BR112014027366-9A
Authority: BR
Inventors: Kunio Goto
Original assignee: Nippon Steel Corporation; Vallourec Oil And Gas France
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2020-12-15
Also published as: EP2852785A1; JP5677635B1; AU2013264676B2; BR112014027366A2; CA2872848A1; MX370934B; IN2014DN09878A; JP2015506445A; AR091132A1; CA2872848C; EA201492191A1; CN104334951B; UA110685C2; EP2852785B1; US20150192229A1; PL2852785T3; EP2852785A4; MY185160A; WO2013176281A1; EA026646B1

Abstract

junta roscada tubular que tem propriedades de montagem de alto torque melhoradas. em uma junta roscada tubular composta de um pino 1 e uma caixa 2 tendo, cada um, uma superfície de contato que compreende uma porção roscada e uma porção de contato de metal não roscada que inclui uma porção de vedação e uma porção de ombro, um revestimento de lubrificação sólida 10 que tem uma dureza knoop relativamente alta é formado em uma porção que inclui a porção de ombro da superfície de contato (tal como a porção de contato de metal não roscada que inclui a porção de ombro e a porção de vedação) de pelo menos um dentre o pino e a caixa, e um revestimento de lubrificação sólida 11 que tem uma dureza knoop relativamente baixa é formado pelo menos na porção restante da superfície de contato (tal como a porção roscada). a junta roscada tubular tem uma resistência à escoriação, estanqueidade de gás e propriedades de prevenção de ferrugem excelentes e, visto que ela tem um delta t grande, a junta não é submetida prontamente à deformação das porções de ombro mesmo quando é feita com um torque alto, tornando possível, dessa maneira, realizar a montagem de uma maneira estável.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] Esta invenção refere-se a uma junta roscada tubular para o uso em conexão com tubos de aço e, particularmente, tubos para indústria de petróleo. Uma junta roscada tubular, de acordo com a presente invenção, pode exibir, de modo confiável, uma resistência à escoriação excelente sem a aplicação de uma graxa lubrificante tal como graxa composta que, no passado, foi aplicada às juntas roscadas no momento da montagem de tubos para indústria de petróleo. Como um resultado, uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção pode evitar os efeitos adversos da graxa composta no ambiente global e em seres humanos. Adicionalmente, a junta não sofre prontamente uma deformação mesmo quando a mesma é formada com um torque alto, então uma vedação de metal para metal estável pode ser realizada com uma margem adequada.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] Tubos para indústria de petróleo, tais como tubulação e invólucro usados para cavar poços de óleo para óleo bruto ou gasóleo são tipicamente conectados entre si com o uso de juntas roscadas tubulares. No passado, a profundidade dos poços de óleos era de no máximo 2.000 a 3.000, mas algumas vezes alcança 8.000 a 10.000 metros em poços profundos recentes, tal como em campos petrolíferos em alto mar. O comprimento de tubos para indústria de petróleo é tipicamente por volta de 10 metros, e a periferia de tubulação através da qual o fluido, tal como óleo bruto, flui, é cercada por uma pluralidade de invólucros. Portanto, o número de tubos para indústria de petróleo que são conectados por juntas roscadas alcança um número grande.

[0003] Em seu ambiente de uso, as juntas roscadas tubulares para tubos para indústria de petróleo são submetidas a cargas na forma de forças de tação axiais causadas pela massa de tubos para indústria de petróleo e das próprias juntas, a pressões compostas, tal como, pressões internas e externas, e a calor geotérmico. Portanto, é necessário que as juntas roscadas mantenham estanqueidade de gás sem ser danificadas mesmo em tal ambiente extremo.

[0004] Uma junta roscada tubular típica usada para conectar tubos para indústria de petróleo (também referida como uma junta roscada especial) tem uma estrutura de pino e caixa. Um pino, que é um componente de junta que tem roscas macho é tipicamente formado em ambas as extremidades de um produto tubular petrolífero, e uma caixa, que é um componente de junta de encaixe que tem roscas fêmea que se engatam por rosca com as roscas macho, é tipicamente formada na superfície interna de ambos os lados de um acoplamento, que é um membro separado. Conforme mostrado na Figura 1, uma porção de vedação é fornecida na superfície periférica externa na proximidade da superfície de extremidade no lado mais próximo à extremidade do pino que as roscas macho e na superfície periférica interna da porção base das roscas fêmea da caixa, e uma porção de ombro (também referida como um ombro de torque) é fornecida na superfície de extremidade do pino e na porção mais traseira correspondente da caixa. As porções de vedação e as porções de ombro do pino e da caixa constituem porções de contato de metal não roscadas da junta roscada tubular, e as porções de contato de metal não roscadas e as porções roscadas do pino e da caixa constituem as superfícies de contato da junta roscada tubular. O Documento de Patente 1 identificado abaixo mostra um exemplo desse tipo de junta roscada especial.

[0005] Ao realizar o enroscamento de tal junta roscada tubular, uma extremidade de um produto tubular petrolífero (um pino) é inserida em um acoplamento (uma caixa), e as roscas macho e as roscas fêmea são apertadas até as porções de ombro do pino e da caixa entrarem em contato entre si e interferirem sob um torque adequado. Como um resultado, as porções de vedação do pino e da caixa entram em contato íntimo entre si e formam uma vedação metal a metal, assim a estanqueidade de gás da junta roscada é garantida.

[0006] Devido a vários problemas quando se rebaixa a tubulação ou invólucro em um poço de óleo, uma junta tubular que foi previamente enroscada é algumas vezes rompida, a junta é levada do poço de óleo, é enroscada novamente, e então é rebaixada novamente no poço. O API (Instituto Americano de Petróleo) exige resistência à escoriação de modo que a escoriação severa irreparável referida como atrito não ocorra e a estanqueidade de gás seja mantida mesmo quando o enroscamento e a ruptura são executadas 10 vezes para uma junta para tubulação e 3 vezes para uma junta para invólucro.

[0007] A fim de aumentar a resistência à escoriação e a estanqueidade de gás, um lubrificante líquido viscoso (uma graxa lubrificante) contendo metal pesado em pó e referido como graxa composta foi aplicado previamente às superfícies de contato de uma junta roscada cada vez que o enroscamento foi executado. Tal graxa composta é prescrita por API BUL 5A2.

[0008] Com o objetivo de aumentar a retenção de graxa composta e aprimorar suas propriedades de deslizamento, foi proposto submeter as superfícies de contato de uma junta roscada a vários tipos de tratamento de superfície, tal como tratamento de nitruração, vários tipos de deposição, tal como deposição de zinco ou deposição compósita, e tratamento de conversão química de fosfato para formar uma ou mais camadas nas superfícies de contato. No entanto, conforme descrito abaixo, o uso de graxa composta gera preocupação de um efeito adverso no ambiente e em humanos.

[0009] A graxa composta contém uma grande quantidade de metais pesados em pó, tal como zinco, chumbo e cobre em pó. No momento da montagem de uma junta roscada, a graxa aplicada é removida por lavagem ou removida por compressão à superfície exterior, e há a possibilidade de um efeito adverso no ambiente e especialmente na vida, marinha particularmente devido a metais pesados danosos, tal como chumbo. Adicionalmente, o processo de aplicação de graxa composta piora o ambiente de operação e a eficiência de operação e pode causar mal a humanos.

[0010] Como um resultado do decreto em 1998 da Convenção OSPAR (Convenção Oslo-Paris) com o objetivo de impedir poluição marítima no Atlântico noroeste, recentemente, restrições ambientais rígidas estão dento decretadas em uma escala global, e em algumas regiões, o uso de graxa composta já é regulado. Dessa forma, a fim de evitar um efeito adverso no ambiente e em humanos no processo de escavação de poços de gás e poços de óleo, desenvolveu-se uma demanda por juntas roscadas que possam exibir resistência à escoriação excelente sem usa graxa composta.

[0011] Como uma junta roscada que pode ser usada para conectar tubos para indústria de petróleo sem aplicação de graxa composta, o presente requerente propôs no Documento de Patente 2 identificado abaixo uma junta roscada para tubos de aço que tem um revestimento de lubrificação líquido ou semissólido viscoso formado na mesma, e no Documento de Patente 3 identificado abaixo, propôs-se uma junta roscada para tubos de aço que tem um revestimento de lubrificação sólida formado na mesma.

[0012] O Documento de Patente 4 identificado abaixo revela a formação de uma camada de lubrificante de alto atrito na totalidade da superfície de contato de um pino ou uma caixa e a formação de camada de lubrificante de baixo atrito em porções especificadas da superfície de contato de um pino ou uma caixa (quando a camada de baixo atrito e a camada de alto atrito são dispostas uma sobre a outra, a camada de baixo atrito é a camada superior). As porções especificadas em que a camada de lubrificante de baixo atrito é formada são especificamente uma porção de vedação de metal a metal e crista e raízes de rosca, e é descrito nesse documento que apenas a camada de lubrificante de alto atrito de preferência permanece em uma porção de ombro e flancos de carga de rosca. No entanto, é muito difícil formar a camada de lubrificante de baixo atrito apenas nas cristas, raízes e flancos perfurados de rosca da porção roscada sem formar a mesma nos flancos de carga de rosca.

[0013] O documento WO 2007/063079 descreve uma junta metálica roscada com a superfície da rosca do pino e caixa coberta por um revestimento que compreende uma primeira camada colocada na superfície total do membro do pino, e uma segunda camada colocada em parte das superfícies de qualquer um dos membros do pino ou caixa. Em um primeiro aspecto, o revestimento compreende uma primeira camada com propriedades de alta fricção e antigripagem colocadas na superfície total do membro do pino, e uma segunda camada com propriedades de baixa fricção estabelecidas em partes específicas das superfícies de qualquer um dos membros do pino ou caixa. Preferencialmente, as superfícies específicas são aquelas que estão em contato radial recíproco durante a produção até o pino e a caixa chegarem ao ponto em que os ombros encostam. A segunda camada pode conter politetrafluoroetileno (PTFE). Em um segundo aspecto, a primeira camada com propriedades de alta fricção e antigripagem colocadas na superfície total do membro da caixa. DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR DOCUMENTOS DE PATENTE

[0014] Documento de Patente 1: EP 0488912A2

[0015] Documento de Patente 2: EP 1350834A1

[0016] Documento de Patente 3: EP 2216576A1

[0017] Documento de Patente 4: WO 2007/063079

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0018] Com uma junta roscada especial como essa mostrada na Figura 1 que tem porções de vedação e porções de ombro, a estanqueidade de gás é garantida realizando-se uma vedação de metal para metal entre as porções de vedação do pino e da caixa no momento da montagem.

[0019] A Figura 2 mostra um gráfico de torque (ordenada: torque, abscissa: número de voltas) desse tipo de junta roscada no momento da montagem. Conforme mostrado nessa Figura, conforme o torneamento ocorre, as porções roscadas do pino e da caixa fazem contato inicialmente e o torque aumenta gradualmente. Subsequentemente, as porções de vedação do pino e da caixa fazem contato uma com a outra e a taxa de aumento do torque aumenta. Finalmente, a porção de ombro na extremidade do pino e a porção de ombro da caixa fazem contato uma com a outra e começam a interferir (o torque no início dessa interferência é referido como o torque de acostagem e é indicado como Ts), mediante o qual o torque aumenta abruptamente. A montagem é concluída quando o torque alcança um torque de montagem predeterminado. O torque ideal na Figura 2 significa o torque ideal para concluir a montagem de modo a alcançar a pressão de contato suficiente para garantir a estanqueidade de gás nas porções de vedação entre o pino e a caixa. Um valor prescrito adequado para o torque ideal é definido anteriormente com base no diâmetro interno e no tipo da junta.

[0020] Quando uma junta roscada especial é usada em um poço muito profundo no qual estresses compressivos e estresses de curvatura são aplicados, a montagem é algumas vezes executada com um torque ideal maior do que o usual de modo que o afrouxamento não ocorra com certeza. Nesse caso, a deformação ou uma dentre ou ambas a porção de ombro na superfície de extremidade do pino e a porção de ombro da caixa que faz contato com a mesma pode ocorrer (o torque quando a deformação ocorre é referido como o torque de deformação Ty) e conforme mostrado na Figura 2, a porção de ombro (a porção de ombro de pino no caso ilustrado) é deformada plasticamente. Quando tal deformação ocorre, a taxa de aumento do torque diminui significativamente.

[0021] No caso de uma junta roscada que deve ser montada com um torque alto, é vantajoso que a diferença entre Ty e Ts ou [Ty - Ts] (= ΔT: torque na resistência de ombro) seja grande. Entretanto, com as juntas roscadas tubulares descritas no Documento de Patente 2 ou Documento de Patente 3 que têm um líquido viscoso ou revestimento de lubrificação semissólido ou um revestimento de lubrificação sólida, Ty é reduzido em comparação ao caso em que a graxa composta convencional é aplicada. Como um resultado, ΔT torna-se pequeno e as porções de ombro acabam escoando a um torque de montagem baixo, através do qual algumas vezes não é possível executar a montagem com um torque alto.

[0022] O objetivo da presente invenção é fornecer uma junta roscada tubular que não sofre prontamente a deformação de suas porções de ombro mesmo quando a mesma é feita com um alto torque e que tem um revestimento de lubrificação que não contém metais pesados prejudiciais, que tem resistência à escoriação, estanqueidade de gás e propriedades de prevenção de ferrugem excelentes e que torna possível garantir um ΔT grande.

[0023] Sabe-se que mesmo se a composição de um revestimento de lubrificação for variada de modo a alterar seu coeficiente de atrito, ΔT não varia significativamente porque Ts e Ty geralmente variam da mesma maneira. Por exemplo, se o coeficiente de atrito de um revestimento de lubrificação aumentar, Ty aumenta, mas Ts também aumenta (um fenômeno referido como acostagem alta). Como um resultado, no pior caso, as porções de ombro não entram em contato uma com a outra a um torque de montagem prescrito e ocorre uma condição referida como nenhuma acostagem na qual a montagem não é concluída.

[0024] Os presentes inventores revelaram que com uma junta roscada tubular que tem um revestimento de lubrificação sólida que não contém metais pesados prejudiciais que impõem um fardo para o ambiente global, formando um primeiro revestimento de lubrificação sólida em uma porção da superfície de contato (a porção roscada e a porção de contato de metal não roscada) de pelo menos um dentre um pino e uma caixa, especificamente uma porção da superfície de contato que inclui a porção de ombro que experimenta contato a uma pressão alta e, de preferência, uma porção da superfície de contato que inclui a porção de ombro e a porção de vedação e formando um segundo revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza Knoop menor do que o primeiro revestimento de lubrificação sólida nas outras porções da superfície de contato, um junta roscada tubular é obtida que tem resistência à escoriação, estanqueidade de gás e propriedades de prevenção de ferrugem suficientes enquanto tem um ΔT grande e com a qual não há perigo da ocorrência de nenhuma acostagem.

[0025] Pensa-se que o mecanismo de aumento de ΔT pela diferença na dureza Knoop do primeiro e do segundo revestimentos de lubrificação sólidos é geralmente conforme segue.

[0026] Como um resultado das investigações, os presentes inventores revelaram que quanto maior a dureza de um revestimento de lubrificação sólida, maior é Ty e, inversamente, quanto menor a dureza, menor é Ts. Isso é presumido porque um revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza alta e, portanto, uma resistência a desgaste alta não deforma prontamente no momento do deslizamento sob uma pressão alta e não descarrega prontamente o pó formado pela abrasão, assim o mesmo produz uma superfície de deslizamento que tem uma resistência alta ao deslizamento. Por outro lado, um revestimento sólido que tem uma dureza baixa deforma facilmente no momento do deslizamento mesmo sob uma pressão baixa e desgasta facilmente, então, o deslizamento da superfície de deslizamento ocorre facilmente.

[0027] Em geral, sabe-se a partir dos exemplos tais como deposição de metal (dureza alta) e borracha (dureza baixa) que há uma tendência de um revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza alta ter um coeficiente de atrito baixo e de um revestimento de lubrificação sólida que tem dureza baixa ter um coeficiente de atrito alto. Entretanto, os comportamentos e efeitos descritos acima de um revestimento sólido que tem uma dureza alta ou uma dureza baixa sob uma pressão alta ou uma pressão baixa em uma junta roscada tubular não podem ser explicados apenas pela magnitude do coeficiente de atrito. Pensa-se que o fator que está estreitamente relacionado a Ts e Ty no momento da montagem de uma junta é a magnitude da força de fratura interna de um revestimento sólido durante o desgaste ao invés da quantidade de atrito (a facilidade do deslizamento) da superfície do revestimento.

[0028] O Documento de Patente 4 mencionado acima propõe a formação de um revestimento de lubrificação de atrito alto e um revestimento de lubrificação de atrito baixo. Entretanto, o coeficiente de atrito de um revestimento sólido é dependente da pressão e nem sempre se correlacionada com a dureza do revestimento. Na presente invenção, a dureza que não depende da pressão e se correlaciona à força de fratura interna de um revestimento sólido é empregada para distinguir o primeiro e o segundo revestimentos de lubrificação.

[0029] A montagem de uma junta roscada tubular é executada inserindo-se um pino em uma caixa e, então, girando o pino ou a caixa. Inicialmente, somente as porções roscadas entram em contato para permitir que as roscas engatem de modo roscado e o torque de montagem aumenta gradualmente, conforme mostrado na Figura 2. No estágio final da montagem, as porções de vedação e as porções de ombro começam a entrar em contato. A montagem é concluída quando a pressão de contato prescrita (que é expressa por um torque prescrito tal como o torque ideal) nas porções de vedação entre o pino e a caixa é alcançada.

[0030] De acordo com a presente invenção, por exemplo, conforme mostrado na Figura 5, uma junta roscada tubular tem um primeiro revestimento de lubrificação sólida nas porções de vedação e nas porções de ombro das superfícies de contato de um pino e uma caixa e um segundo revestimento de lubrificação sólida, que tem uma dureza Knoop menor do que o primeiro revestimento de lubrificação sólida, nas outras porções (primariamente as porções roscadas) das superfícies de contato. Nessa junta roscada, antes das porções de vedação e das porções de ombro entrarem em contato, Ts permanece baixo devido ao contato que ocorre pelo segundo revestimento de lubrificação sólida que cobre as porções roscadas e que tem uma dureza baixa e uma força de fratura interna baixa. No estágio final da montagem, quando as porções de vedação e as porções de ombro começam a entrar em contato, o primeiro revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza Knoop maior do que o segundo revestimento de lubrificação sólida e que reveste essas porções participa em contato. Consequentemente, um estado ocorre no qual a força de fratura interna do revestimento é alta e Ty aumenta. Como um resultado, ΔT aumenta. Um aumento em ΔT devido a um aumento em Ty pode também ser alcançado quando o primeiro revestimento de lubrificação sólida mais duro é formado somente nas porções de ombro, que são expostas a uma pressão particularmente alta durante a montagem.

[0031] A presente invenção, que se baseia na revelação acima, é uma junta roscada tubular composta de um pino e uma caixa que têm, cada um, uma superfície de contato que compreende uma porção roscada e uma porção de contato de metal não roscada que inclui uma porção de vedação e uma porção de ombro, caracterizada pelo fato de que um primeiro revestimento de lubrificação sólida está presente em uma porção que inclui a porção de ombro da superfície de contato de pelo menos um dentre o pino e a caixa, um segundo revestimento de lubrificação sólida está presente em pelo menos uma porção da superfície de contato do pelo menos um dentre o pino e a caixa que não tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida, cada um dos revestimentos lubrificantes sólidos, o primeiro e o segundo, são formados a partir de uma resina orgânica ou um polímero inorgânico como um componente formador de filme, a dureza Knoop do primeiro revestimento de lubrificação sólida é maior do que a dureza Knoop do segundo revestimento de lubrificação sólida e quando uma porção existe onde tanto o primeiro quanto o segundo revestimentos de lubrificação sólidos estão presentes, o segundo revestimento de lubrificação sólida é posicionado abaixo do primeiro revestimento de lubrificação sólida.

[0032] A dureza Knoop (abreviada como Hk) é um tipo de dureza de endentação. Conforme mostrado pela equação a seguir, é determinado pela divisão da carga de teste P pela área de superfície de endentação L2 obtida em um teste de dureza de endentação. Hk = P / Cp / L2

[0033] em que, Hk: dureza Knoop. P: carga (kgf), Cp: fator de correção (0,070279) e L2: área de superfície de endentação (mm2).

[0034] O valor da dureza Knoop (Hk) muda consecutivamente em concordância com a dureza, então o mesmo é geralmente usado como um índice quantitativo de dureza que pode medir a dureza de superfície de um revestimento sólido com sensibilidade comparativamente boa. Um método para medir a dureza Knoop é prescrito pelo método de teste de dureza Knoop (JIS B 7734 e JIS Z 2251). Por exemplo, o mesmo pode ser medido com o uso de um testador de microdureza modelo HMV-200 fabricado junto à Shimadzu Corporation sob as condições de 100 gramas por 10 segundos. Na presente invenção, um valor da dureza Knoop medida sob essas condições é empregado.

[0035] A porção da superfície de contato que tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida descrito acima pode ser apenas a porção de ombro, mas, de preferência, é a porção de contato de metal não roscada inteira incluindo a porção de vedação e a porção de ombro.

[0036] O segundo revestimento de lubrificação sólida pode ser fornecido somente na porção da superfície de contato que não tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida ou pode ser fornecido na totalidade da superfície de contato incluindo a porção que tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida. No último caso, há porções nas quais tanto o primeiro revestimento de lubrificação sólida quanto o segundo revestimento de lubrificação sólida são formados. Nesse caso, o segundo revestimento de lubrificação sólida se torna uma camada inferior e o primeiro revestimento de lubrificação sólida é tornado uma camada superior.

[0037] As espessuras do primeiro e do segundo revestimentos de lubrificação sólidos estão, cada uma, de preferência na faixa de 10 a 150 μm. Entretanto, nas porções que têm tanto o primeiro quanto o segundo revestimentos de lubrificação sólidos, a espessura total dos revestimentos é, de preferência, no máximo 200 μm.

[0038] Quando a superfície de contato de somente um dentre o pino e a caixa tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida e o segundo revestimento de lubrificação sólida, não há nenhuma limitação particular na superfície de contato do outro membro e a mesma pode ser não tratada (por exemplo, a mesma pode estar em um estado após o tratamento de superfície preparatório descrito abaixo). Entretanto, a partir dos pontos de vista das propriedades de prevenção de ferrugem e propriedades de lubrificação, de preferência pelo menos uma porção da superfície de contato do outro membro e de preferência a totalidade da superfície de contato do mesmo tem qualquer um dos revestimentos de tratamento de superfície a seguir formados na mesma:

[0039] 1) um revestimento de lubrificação líquido (incluindo um revestimento de lubrificação líquido viscoso e um revestimento de lubrificação semissólido);

[0040] 2) um revestimento de lubrificação sólida (incluindo o primeiro ou o segundo revestimento de lubrificação sólida descrito acima);

[0041] 3) um revestimento sólido de proteção contra corrosão; ou

[0042] 4) um revestimento de múltiplas camadas que combina pelo menos dois dos revestimentos acima.

[0043] O revestimento sólido de proteção contra corrosão é, de preferência, um revestimento sólido com base em uma resina curável por UV.

[0044] A superfície de contato de pelo menos um dentre e, de preferência, ambos o pino e a caixa podem sofrer anteriormente o tratamento de superfície por um ou mais métodos selecionados dentre jateamento, decapagem, tratamento de conversão química de fosfato, tratamento de conversão química de oxalato, tratamento de conversão química de borato, eletrodeposição, deposição de impacto e uma combinação dos mesmos a fim de aumentar a adesão ou retenção do revestimento formado em cima da mesma e/ou aumentar a resistência à escoriação da junta roscada.

[0045] Uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção tem em sua superfície de contato um revestimento de tratamento de superfície que exibe um ΔT grande que é igual ou maior do que este de um revestimento formado de uma graxa lubrificante tal como a graxa composta convencional que contém metais pesados prejudiciais. Portanto, torna possível executar as operações de montagem sem a ocorrência de deformação das porções de ombro ou escoriação mesmo quando a montagem é executada com um torque alto. Adicionalmente, o revestimento pode suprimir a escoriação sob condições severas tal como as operações de perfuração instáveis no mar. Em contraste à graxa composta, o revestimento de tratamento de superfície contém substancialmente nenhum metal pesado prejudicial tal como chumbo, então o mesmo impõe quase nenhum fardo no ambiente global. Uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção suprime a ocorrência de ferrugem e continua a exibir o desempenho de lubrificação mesmo quando a montagem e desmontagem são repetidas enquanto garante a estanqueidade de gás após a montagem.

BREVE EXPLICAÇÃO DOS DESENHOS

[0046] A Figura 1 mostra esquematicamente as porções de contato de metal não roscadas (porções de ombro e porções de vedação) de uma junta roscada especial.

[0047] A Figura 2 é um gráfico de torque típico de uma junta roscada especial no momento da montagem.

[0048] A Figura 3 mostra esquematicamente a estrutura instalada de um tubo de aço e um acoplamento no momento do transporte do tubo de aço.

[0049] A Figura 4 mostra esquematicamente um corte transversal de uma junta roscada especial.

[0050] A Figura 5 mostra um exemplo da estrutura dos revestimentos em uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção.

[0051] As Figuras 6(A) e 6(B) mostram outros exemplos da estrutura dos revestimentos em uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção.

MODOS PARA EXECUTAR A INVENÇÃO

[0052] Abaixo, as modalidades de uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção serão explicadas em detalhes a título de exemplo. Na explicação a seguir, a não ser que especificado de outra maneira, por cento significa por cento em massa.

[0053] A Figura 3 mostra esquematicamente o estado no momento do transporte de uma junta roscada tubular típica. Um pino 1 que tem uma porção roscada macho 3a em sua superfície externa é formado em ambas as extremidades de um tubo de aço A e uma caixa 2 que tem uma porção roscada fêmea 3b em sua superfície interna é formada em ambas as extremidades de um acoplamento B. O acoplamento B é anteriormente conectado a uma extremidade do tubo de aço A. Embora não mostrado no desenho, antes do transporte, um protetor para proteger as porções roscadas é montado no pino do tubo de aço A e na caixa do acoplamento B que não são conectados a outros membros. Esses protetores são removidos antes do uso da junta roscada.

[0054] Conforme mostrado no desenho, com uma junta roscada tubular típica, um pino é formado na superfície externa de ambas as extremidades de um tubo de aço e uma caixa é formada na superfície interna de um acoplamento, que é um membro separado. Há também juntas roscadas tubulares integrais que não usam um acoplamento e no qual uma extremidade de um tubo de aço é tornada um pino e a outra extremidade é tornada uma caixa. Uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção pode ser aplicada a ambos os tipos.

[0055] A Figura 4 ilustra esquematicamente a estrutura de uma junta roscada especial (referida abaixo simplesmente como uma junta roscada), que é uma junta roscada tubular típica usada para conectar tubos para indústria de petróleo. Essa junta roscada compreende um pino 1 formado na superfície externa da extremidade de um tubo de aço A e uma caixa 2 formada na superfície interna de um acoplamento B. O pino 1 tem uma porção roscada macho 3a, uma porção de vedação 4a posicionada nas proximidades da extremidade do tubo de aço e uma porção de ombro 5a em sua superfície de extremidade. Correspondentemente, a caixa 2 tem uma porção roscada fêmea 3b, uma porção de vedação 4b e uma porção de ombro 5b no lado interno da porção roscada fêmea 3b.

[0056] As porções de vedação e as porções de ombro do pino 1 e da caixa 2 constituem as porções de contato de metal não roscadas e as porções de contato de metal não roscadas (ou seja, as porções de vedação e as porções de ombro) e as porções roscadas das mesmas constituem as superfícies de contato da junta roscada. Exige-se que essas superfícies de contato tenham resistência à escoriação, estanqueidade de gás e propriedades de prevenção de ferrugem. No passado, para esse propósito, a graxa composta que contém metais pesados em pó foi aplicada às superfícies de contato ou um revestimento de lubrificação sólida, semissólido ou de líquido viscoso foi formado nas superfícies de contato. Entretanto, conforme declarado acima, o primeiro tem um efeito adverso em humanos e no ambiente e o último tem o problema de que o ΔT é pequeno, então há a possibilidade da deformação de porções de ombro antes da conclusão da montagem quando a montagem é realizada com um torque alto.

[0057] Em uma junta roscada de acordo com a presente invenção, pelo menos um dentre um pino e uma caixa tem um primeiro revestimento de lubrificação sólida em uma porção da superfície de contato do mesmo incluindo pelo menos a porção de ombro e um segundo revestimento de lubrificação sólida em pelo menos uma porção da superfície de contato que não tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida e o primeiro revestimento de lubrificação sólida é um revestimento que tem uma dureza Knoop maior do que o segundo revestimento de lubrificação sólida.

[0058] Abaixo, o primeiro revestimento de lubrificação sólida será referido como um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta e o segundo revestimento de lubrificação sólida será referido como um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa.

[0059] Entretanto, nas localizações próximas às porções roscadas entre as porções roscadas e as porções de vedação da junta roscada, uma porção em que o pino e a caixa não entram em contrato um com o outro mesmo quando a junta roscada está em um estado de montagem é usualmente dotada do objetivo de liberar componentes lubrificantes que são forçados para fora no momento da montagem de uma junta roscada. Em algumas juntas roscadas, uma região sem contato em que o pino e a caixa não entram em contato é intencionalmente fornecida, por exemplo, em uma localização entre as porções de vedação e as porções de ombro. Uma porção em que o pino e a caixa não entram em contato quando uma junta roscada está em um estado de montagem não é incluída nas superfícies de contato e um revestimento de acordo com a presente invenção pode ou não ser fornecido em tal porção.

[0060] O revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é formado somente em uma porção que inclui a porção de ombro da superfície de contato de um dentre ou ambos o pino e a caixa. A porção da superfície de contato que tem o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta pode ser apenas a porção de ombro, mas, de preferência, é a porção de contato de metal não roscada inteira incluindo a porção de vedação e a porção de ombro. Ou seja, o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é, de preferência, formado na porção de vedação e na porção de ombro da superfície de contato. A o segundo ou revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa é formado pelo menos na porção da superfície de contato que não tem o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta. O mesmo pode ser formado na totalidade da superfície de contato. Nesse caso, uma porção da superfície de contato tem dois revestimentos de lubrificação sólidos e o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa é posicionado abaixo do revestimento de lubrificação sólida de dureza alta. É também possível formar o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa apenas na porção em que o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta não é formado (tal como apenas na porção roscada).

[0061] Quando uma porção da superfície de contato de apenas um dentre o pino e a caixa tem o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta e o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa, não há nenhuma limitação particular no tratamento de superfície da superfície de contato do outro membro. Por exemplo, o mesmo tipo ou um tipo diferente de revestimento de lubrificação sólida conforme é usado como o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa ou o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta formado na superfície de contato de um dos membros, um revestimento de lubrificação líquido, um revestimento sólido de proteção contra corrosão ou um revestimento de múltiplas camadas que é uma combinação de dois ou mais dos mesmos pode ser formado em pelo menos uma porção e, de preferência, na totalidade da superfície de contato do outro membro. Um revestimento de lubrificação líquido abrange um revestimento de um óleo lubrificante e um revestimento de lubrificação de líquido viscoso ou semissólido. Alternativamente, a superfície de contato do outro membro pode ser deixada não tratada ou pode ser submetida apenas ao tratamento de superfície preparatório descrito abaixo para a asperização de superfície (tal como o tratamento de conversão química de fosfato).

[0062] A Figura 5 e as Figuras 6(A) e 6(B) mostram várias modalidades possíveis das estruturas de revestimentos formados nas superfícies de contato de um pino e uma caixa. Nessas figuras, dentre as roscas macho formadas na porção roscada do pino 1, as roscas 3a' na extremidade final adjacente à porção de vedação são mostradas como uma rosca incompleta que é vista no início do corte de rosca. Fazendo a rosca na extremidade final do pino uma rosca incompleta, a penetração do pino se torna mais fácil e a possibilidade de danificar a porção roscada da caixa no momento da penetração do pino diminui.

[0063] A Figura 5 mostra uma modalidade na qual as porções de contato de metal não roscadas (as porções de vedação e as porções de ombro) das superfícies de contato tanto do pino quanto da caixa têm um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta 10 e as porções restantes das superfícies de contato do pino e da caixa que são primariamente as porções roscadas têm um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11.

[0064] A Figura 6(A) mostra uma modalidade na qual um dentre o pino e a caixa (o pino na Figura) tem um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta 10 que cobre a porção de contato de metal não roscada e um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11 que cobre a porção restante da superfície de contato da mesma maneira que na Figura 5 e a totalidade da superfície de contato do outro membro (a caixa na Figura) é coberta por um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11.

[0065] A Figura 6(B) mostra uma modalidade na qual um dentre o pino e a caixa (a caixa na Figura) tem um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta 10 que cobre a porção de contato de metal não roscada e um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11 que cobre o restante da superfície de contato da mesma maneira que na Figura 5 e a totalidade da superfície de contato do outro membro (o pino na Figura) é coberta por um revestimento sólido de proteção contra corrosão 12.

[0066] Conforme é entendido pelo versado na técnica, uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção pode ter combinações de revestimentos diferentes daquelas descritas acima. Por exemplo, em qualquer uma das modalidades mostradas na Figura 5 e nas Figuras 6(A) e 6(B), o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11 pode estar presente também debaixo do revestimento de lubrificação sólida de dureza alta 10. Ou seja, a porção de contato de metal não roscada incluindo a porção de vedação e a porção de ombro do pino e/ou da caixa é coberta por duas camadas que consistem no revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa inferior 11 e do revestimento de lubrificação sólida de dureza alta superior 10. Nesse caso, o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11 pode ser formado na totalidade da superfície de contato, mas é também possível formar esse revestimento 11 em uma porção da superfície de contato. Por exemplo, o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa 11 pode ser formado de modo a cobrir da porção roscada para a porção de vedação, através do qual apenas a porção de vedação é coberta pelas duas camadas mencionadas acima 10 e 11 e a porção de ombro é coberta somente pelo revestimento de lubrificação sólida de dureza alta 10. Ademais, o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta 10 pode ser formado apenas na porção de ombro.

[0067] A seguir, vários tipos de revestimentos que podem cobrir as superfícies de contato de uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção serão explicados. A não ser que especificado de outra maneira, por cento em relação ao teor dos componentes de um revestimento significa por cento em massa. Esse teor é substancialmente o mesmo que o teor com base no teor de sólidos totais em uma composição de revestimento para formar o revestimento de lubrificação (o teor total de componentes não voláteis). [REVESTIMENTOS DE LUBRIFICAÇÃO SÓLIDO DE DUREZA BAIXA E DUREZA ALTA]

[0068] Um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é um revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza Knoop que é relativamente alta em comparação a essa de um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa. O mesmo fornece resistência ao deslizamento no estágio final de montagem de uma junta roscada (a partir de quando as porções de ombro do pino e da caixa começam a entrar em contato até as porções de vedação entrarem em contato íntimo com uma interferência prescrita). O mesmo tem o efeito de tornar difícil que a deformação das porções de ombro ocorra mesmo quando a montagem é executada com um torque alto.

[0069] O revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa é um revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza Knoop relativamente baixa. Isso facilita o deslizamento no estágio inicial da montagem de uma junta roscada (de quando as roscas do pino e da caixa entram em contato até as porções de vedação do pino e da caixa começarem a entrar em contato) e tem o efeito de reduzir o Ts.

[0070] Na presente invenção, o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta que fornece o efeito acima é formado de modo a cobrir uma porção da superfície de contato que inclui pelo menos a porção de ombro de pelo menos um dentre o pino e a caixa. De preferência, a totalidade de uma porção de contato de metal não roscada inteira incluindo a porção de vedação e a porção de ombro é coberta pelo revestimento de lubrificação sólida de dureza alta. Quando uma junta roscada tem uma pluralidade de porções de vedação, sua totalidade é, de preferência, coberta pelo revestimento de lubrificação sólida de dureza alta. Entretanto, o objetivo de aumentar o ΔT pode ser alcançado mesmo se somente uma das porções de vedação que sofre primeiro o contato no estágio final da montagem de uma junta roscada for revestida com o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta. A porção na qual o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é formado pode ser adequadamente selecionada em concordância com o formato da junta e das propriedades exigidas.

[0071] Um revestimento de lubrificação sólida que é adequado para o uso na presente invenção é um revestimento que é formado a partir de uma resina orgânica ou um polímero inorgânico como um componente de formação de filme (um aglutinante). Adicionalmente a um componente de formação de filme, um revestimento de lubrificação sólida pode conter vários aditivos comuns tais como partículas de lubrificação e um agente anticorrosivo (um modificador de resistência à corrosão). Variando-se a combinação dos componentes ou dos teores dos componentes, dois tipos de revestimentos de lubrificação sólidos que têm uma dureza Knoop diferente podem ser formados e esses revestimentos são usados como um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta e um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa.

[0072] A fim de aumentar o ΔT de uma junta roscada tubular, é desejável satisfazer a equação a seguir: (dureza Knoop de revestimento de lubrificação sólida de dureza alta) / (dureza Knoop de revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa) > 1,1

[0073] Essa razão é, com mais preferência, pelo menos 1,2 e, com preferência máxima, pelo menos 1,5.

[0074] Essa razão pode ser pelo menos 2,0.

[0075] Ambos os revestimentos de lubrificação sólidos de dureza alta e de dureza baixa podem ser formados dispersando-se uniformemente conforme necessários vários aditivos tais como partículas de lubrificação em uma solução (ou uma dispersão) de um componente de formação de filme e ajustando a viscosidade conforme necessário para preparar uma composição de revestimento, aplicando a composição de revestimento à superfície de contato de pelo menos um dentre o pino e a caixa da junta roscada e secando o revestimento. A composição de revestimento pode ser aplicada por um método conhecido adequado tal como aplicação de escova, imersão, aspersão de ar ou similares.

[0076] As partículas de lubrificação têm o efeito de melhorar as propriedades de lubrificação do revestimento de lubrificação e aumentando a resistência à escoriação. Os exemplos de partículas de lubrificação que têm tal efeito são carbonatos, silicatos, óxidos, carbonetos, nitritos, sulfetos, fluoretos, grafite (incluindo nanopartículas derivadas de carbono tais como nanotubos de carbono e cebolas de carbono), PTFE (politetrafluoroetileno), sabões de metal e similares. Os carbonatos incluem carbonatos de um metal alcalino e um metal alcalino- terroso tal como Na2CO3, CaCO3, MgCO3 e similares. O silicato inclui MxOySiO2 (em que M é um metal alcalino ou metal alcalino-terroso). Os óxidos incluem Al2O3, TiO2, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Fe2O3, Fe3O4, Y2O3 e similares. Os carbonetos incluem SiC, TiC e similares, os nitritos incluem TiN, BN, AlN, Si3N4 e similares e os sulfetos incluem dissulfeto de molibdênio, dissulfeto de tungstênio, PbS e similares. Os fluoretos incluem CaF2, BaF2 e similares. Esses podem ser usados individualmente ou dois ou mais tipos podem ser misturados em conjunto para o uso.

[0077] Não há nenhuma limitação particular no diâmetro de partícula nas partículas de lubrificação, mas tipicamente o mesmo está, de preferência, na faixa de 0,5 a 60 μm. Se o mesmo for menos do que 0,5 μm, as partículas em pó se aglomeram facilmente e torna-se difícil dispersar uniformemente as mesmas em uma camada de revestimento. Como um resultado, o desempenho do revestimento de lubrificação resultante pode se tornar localmente inadequado. Por outro lado, se o diâmetro de partícula exceder 60 μm, não somente a força de um revestimento diminui, mas sua adesão a um substrato diminui e não é algumas vezes possível suprimir a ocorrência de escoriação.

[0078] Adicionalmente às partículas de lubrificação, vários aditivos incluindo um agente anticorrosivo pode ser adicionado ao revestimento de lubrificação sólida dentro de uma faixa que não piora a resistência à escoriação. Por exemplo, um ou mais agentes anticorrosivos selecionados dentre zinco em pó, um pigmento de cromo, sílica e um pigmento de alumina podem ser adicionados para melhorar as propriedades de prevenção de ferrugem do próprio revestimento de lubrificação sólida. Um agente anticorrosivo particularmente preferencial é sílica trocada por íon de cálcio. O revestimento de lubrificação sólida pode conter um pó inorgânico para ajustar as propriedades de deslizamento. Os exemplos de tal pó inorgânico são dióxido de titânio e óxido de bismuto. Esses agentes anticorrosivos, pós inorgânicos e similares (ou seja, os componentes em pó diferente das partículas de lubrificação) podem estar contidos em uma quantidade total de até 20% do revestimento de lubrificação sólida.

[0079] Adicionalmente aos componentes acima, o revestimento de lubrificação sólida pode conter um ou mais aditivos menores selecionados dentre um agente ativo em superfície, um colorante, um antioxidante e similares em uma quantidade de até 5%, por exemplo. Adicionalmente, o mesmo pode conter uma quantidade extremamente pequena (no máximo 2%) de um agente de pressão extrema, um lubrificante líquido e similares.

[0080] Tanto uma resina orgânica quanto um polímero inorgânico (também referido como uma resina inorgânica) pode ser usado como um aglutinante (um componente de formação de filme).

[0081] Uma resina orgânica preferencial é uma que tem resistência ao calor e uma dureza adequada e resistência ao desgaste. Os exemplos de tal resina são resinas termoestáveis tais como resinas epóxi, resinas de poliimida, resinas de policarbodiimida, resinas fenólicas, resinas de furano e resinas de silicone; e resinas termoplásticas tais como poliolefinas, poliestirenos, poliuretanos, poliamidas, poliésteres, policarbonatos, resinas acrílicas, resinas epóxi termoplásticas, resinas de poliamida-imida, poli(éter-éter-cetona) e poliétersulfona. Uma resina que é usada pode ser um copolímero ou uma mescla de duas ou mais resinas.

[0082] Um aglutinante preferencial para um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é uma resina de poli(éter-éter-cetona), uma resina fenólica, uma resina de furano, uma resina de poliamida-imida ou uma resina epóxi.

[0083] Como um solvente para uma resina orgânica, vários solventes de ponto de ebulição baixo que incluem água, hidrocarbonetos (tal como tolueno), álcoois (tal como álcool isopropílico), NMP (N-metil pirrolidona), y-butirolactona e sulfóxido de dimetila podem ser usados individualmente ou na forma de um solvente misturado.

[0084] Um ou mais aditivos podem ser adicionados à solução de resina orgânica e são uniformemente dispersos na mesma para preparar uma composição de revestimento. Ao usar uma resina termoestável como um aglutinante, a partir dos pontos de vista da adesão e resistência ao desgaste do revestimento, após a composição de revestimento ser aplicada a uma superfície de contato da junta roscada, a mesma é, de preferência, aquecida para curar o revestimento. A temperatura de aquecimento é, de preferência, pelo menos 120° C e de maior preferência 150 a 380° C. O tempo de aquecimento pode ser definido com base no tamanho da junta roscada tubular, mas é de preferência pelo menos 20 minutos e de maior preferência 30 a 60 minutos.

[0085] Quando o aglutinante é uma resina termoplástica, uma composição de revestimento com o uso de um solvente pode ser usada. Entretanto, é também possível formar um revestimento de lubrificação sólida termoplástico pelo método de fusão a quente sem o uso de um solvente. No método de fusão a quente, uma composição de revestimento que compreende uma resina termoplástica e partículas de lubrificação é aquecida para fundir a resina termoplástica e uma composição que está em um estado de fluido de viscosidade baixa é aspergida a partir de uma pistola de aspersão que tem uma capacidade de manter a temperatura para manter uma temperatura constante (normalmente ao redor da mesma temperatura como a temperatura da composição em um estado fundido). A temperatura de aquecimento da composição é, de preferência, 10 a 50 °C maior do que o ponto de fusão (a temperatura de fusão ou a temperatura de amolecimento) da resina termoplástica. Esse método é adequado para o uso com uma resina termoplástica que tem um ponto de fusão de 80 a 320 °C e de preferência 90 a 200 °C.

[0086] No método de fusão a quente, o substrato que é revestido (ou seja, a superfície de contato de um pino e/ou uma caixa) é de preferência preaquecido a uma temperatura maior do que o ponto de fusão da resina termoplástica. Como um resultado, uma capacidade de revestimento boa pode ser obtida. Quando a composição de revestimento contém uma quantidade pequena (tal como no máximo 2%) de um agente ativo em superfície tal como siloxano de polidimetila, um revestimento bom pode ser formado mesmo se o substrato não for preaquecido ou se a temperatura de preaquecimento for menor do que o ponto de fusão da resina termoplástica. Após a aplicação, o substrato é resfriado por resfriamento por ar ou resfriamento natural para solidificar a resina termoplástica, resultando na formação de um revestimento de lubrificação sólida em cima do substrato.

[0087] Os polímeros inorgânicos que podem ser usados como um aglutinador na presente invenção são compostos que têm uma estrutura formada a partir das ligações de metal-oxigênio reticuladas tridimensionalmente tais como ligações de Ti-O, Si-O, Zr-O, Mn-O, Ce-O ou Ba-O. Tal composto pode ser formado por hidrólise e condensação de um composto organometal hidrolisável tipificado por um alcóxido de metal (embora outros compostos inorgânicos hidrolisáveis tal como tetracloreto de titânio possam também ser usados). Os alcóxidos de metal podem ser um composto no qual o grupo alcóxi é um grupo alcóxi inferior tal como metóxi, etóxi, isopropoxi, propoxi, isobutoxi, butoxi ou terc-butoxi. Um alcóxido de metal preferencial é um alcóxido de silício ou titânio e um alcóxido de titânio é particularmente preferencial. Dentre esses, o isopropóxido de titânio é preferencial por causa de suas propriedades de formação de filme excelentes.

[0088] Um composto polimérico inorgânico pode conter um grupo alquila que pode ser substituído por um grupo funcional tal como uma amina ou um grupo epóxi. Por exemplo, um composto orgânico como um agente de acoplamento de silano no qual um ou dois dos grupos de alcóxi de um alcóxido de metal são substituídos por um grupo de alquila não hidrolisável que tem um grupo funcional pode ser usado.

[0089] Quando o aglutinante é um composto polimérico inorgânico, uma composição de revestimento pode ser formada dispersando-se partículas de lubrificação em uma solução de um alcóxido de metal ou seu hidrolisado parcial e é aplicada à superfície de contato de pelo menos um dentre um pino e uma caixa. Após a secagem, um revestimento de lubrificação sólida feito de um composto polimérico inorgânico que tem ligações de metal-oxigênio no qual as partículas de lubrificação são dispersas é formado. Após a aplicação, a fim de promover a formação de filme por hidrólise, o tratamento de umidificação pode ser realizado. Esse tratamento pode ser executado deixando o revestimento por um determinado comprimento de tempo no ar, com o ar tendo uma umidade relativa de pelo menos 70% sendo preferencial. O aquecimento é realizado, de preferência, após o tratamento de umidificação. Como um resultado do aquecimento, a hidrólise e a condensação dos hidrolisados e a descarga de álcool que é um subproduto da hidrólise são promovidas, um revestimento seco pode ser formado em um período curto e a adesão do revestimento que é formado é reforçada, levando a um aumento na resistência à escoriação. Esse aquecimento é executado, de preferência, após um solvente ser evaporado. A temperatura de aquecimento está, de preferência, na faixa de 100 a 200 °C que está próxima ao ponto de ebulição do álcool que é formado como um subproduto e é eficaz soprar ar quente no revestimento durante o aquecimento.

[0090] A fim de formar um revestimento de lubrificação sólida que tem uma dureza Knoop alta, por exemplo, uma resina termoestável ou um polímero inorgânico pode ser selecionado como um aglutinante e/ou o teor dos componentes sólidos inorgânicos e particularmente das partículas de lubrificação pode ser aumentado.

[0091] No caso em que não há nenhuma porção na qual um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa e um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta se sobrepõem, conforme mostrado na Figura 5 (por exemplo, quando um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa é formado nas porções roscadas das superfícies de contato e um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é formado nas porções de vedação e nas porções de ombro), qualquer um dos revestimentos de lubrificação sólidos pode ser formado primeiro. Nesse caso, o tratamento de aquecimento para curar os revestimentos pode ser executado por último em uma única etapa. Ou seja, o tratamento de aquecimento é executado após a aplicação das composições de revestimento para formar o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa e o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta.

[0092] Quando há uma porção em que um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa e um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta se sobrepõem (por exemplo, quando um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa é formado na totalidade de uma superfície de contato), primeiro o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa é formado e, então, o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta é formado de modo que o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa se torna uma camada inferior.

[0093] Conforme declarado acima, a espessura de cada um dentre o revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa e o revestimento de lubrificação sólida de dureza alta está, de preferência, na faixa de 10 a 150 μm. Entretanto, quando há uma porção que tem esses dois tipos de revestimentos de lubrificação sólidos, a espessura total dos dois revestimentos é, de preferência, no máximo 200 μm. Quando os dois revestimentos de lubrificação sólidos não se sobrepõem, a espessura de revestimento do revestimento de lubrificação sólida de atrito alto e a espessura de revestimento do revestimento de lubrificação sólida de atrito baixo são de preferência substancialmente as mesmas (tal como dentro de ±15 μm) de modo que uma etapa grande não forme a borda entre os dois tipos de revestimentos. [REVESTIMENTO SÓLIDO DE PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO]

[0094] Conforme declarado acima em relação à Figura 4, em um período até uma junta roscada tubular ser de fato usada, um protetor é frequentemente montado no pino e na caixa que não são usados para a conexão de um tubo de aço e um acoplamento. É necessário que um revestimento sólido de proteção contra corrosão não seja destruído pelo menos pela força aplicada ao montar um protetor, que não dissolva quando for exposto à água resultando da condensação do vapor de água pela ação do ponto de orvalho durante o transporte ou armazenamento e que não amoleça prontamente mesmo a uma temperatura alta que excede 40 °C. Qualquer revestimento que satisfaça essas exigências pode ser usado como um revestimento sólido de proteção contra corrosão. Por exemplo, um revestimento sólido de proteção contra corrosão pode ser um revestimento de uma resina termoestável que contém opcionalmente um agente anticorrosivo.

[0095] O revestimento sólido de proteção contra corrosão preferencial é um revestimento sólido com base em uma resina curável por UV. O sistema de resina curável por UV útil compreende pelo menos um monômero, um oligômero e um iniciador de fotopolimerização.

[0096] Alguns exemplos não limitadores de monômeros incluem ésteres polivalentes (di, tri ou mais valente) de álcoois poliídrico com ácido (met)acrílico, vários compostos de (met)acrilato, N-vinilpirrolidona, N- vinilcaprolactama e estireno. Alguns exemplos não limitadores de oligômeros incluem (met)acrilatos de epóxi, (met)acrilatos de uretano, (met)acrilatos de poliéster, (met)acrilatos de poliéter e (met)acrilatos de silicone.

[0097] Os iniciadores de fotopolimerização úteis são compostos que têm absorção a um comprimento de onda de 260 a 450 nm, os exemplos dos quais são benzoína e seus derivados, benzofenona e seus derivados, acetofenona e seus derivados, cetona de Michler, benzila e seus derivados, monossulfeto de tetraalquiltiuram e tioxanos. É particularmente preferencial usar tioxanos.

[0098] A partir dos pontos de vista das propriedades de deslizamento e força de revestimento, um revestimento sólido de proteção contra corrosão formado a partir de uma resina curável por UV pode conter aditivos selecionados a partir de lubrificantes, cargas fibrosas e agentes anticorrosivos. Os exemplos de um lubrificante são sabões de metal tal como estearato de cálcio e estearato de zinco e resina de politetrafluoroetileno (PTFE). Um exemplo de uma carga fibrosa é carbonato de cálcio acicular tal como Whiskal vendido junto à Maruo Calcium Co., Ltd. Um ou mais desses aditivos podem ser adicionados em uma quantidade de 0,05 a 0,35 parte em massa em relação a uma parte em massa da resina curável por UV. Os exemplos de um agente anticorrosivo são tripolifosfato de alumínio e fosfito de alumínio. Um agente anticorrosivo pode ser adicionado em uma quantidade máxima de cerca de 0,10 parte em massa em relação a uma parte em massa da resina curável por UV.

[0099] Um revestimento sólido de proteção contra corrosão formado de uma agente anticorrosivo é frequentemente transparente. A fim de facilitar a inspeção de qualidade pela inspeção visual ou processamento de imagem do revestimento sólido de proteção contra corrosão que é formado (inspecionando se há ou não um revestimento e inspecionando a uniformidade de desigualdade da espessura de revestimento), o revestimento sólido de proteção contra corrosão pode conter um colorante. O colorante que é usado pode ser selecionado dentre pigmentos, corantes e materiais fluorescentes.

[00100] A quantidade de um pigmento ou corante que é adicionada é, de preferência, no máximo 0,05 parte em passa em relação a uma parte em massa da resina curável por UV.

[0101] Um material fluorescente pode ser quaisquer pigmentos fluorescentes, corantes fluorescentes e fósforo usado em tintas fluorescentes. Um revestimento sólido de proteção contra corrosão que contém um material fluorescente é transparente com ou sem cor sob luz visível, mas quando é irradiado com uma luz negra ou luz ultravioleta e desenvolve uma cor, então é possível verificar se há um revestimento e se há desigualdade na espessura de revestimento. Adicionalmente, já que o revestimento é transparente sob luz visível, é possível observar o substrato, ou seja, a superfície do substrato sob o revestimento de lubrificação sólida. Consequentemente, o revestimento sólido de proteção contra corrosão não interfere com a inspeção de uma porção roscada de uma junta roscada para danos. A quantidade do material fluorescente que é adicionada é, de preferência, cerca de no máximo 0,05 parte em passa em relação a uma parte em massa da resina curável por UV.

[0102] Um colorante preferencial é um material fluorescente e um pigmento fluorescente é particularmente preferencial.

[0103] Após uma composição com base em uma resina curável por UV ser aplicada a uma superfície de contato de uma junta roscada, a superfície aplicada é irradiada com luz ultravioleta para curar o revestimento, resultando na formação de um revestimento sólido de proteção contra corrosão com base em uma resina curável por UV. A irradiação com luz ultravioleta pode ser executada com o uso de um aparelho de irradiação de UV comercialmente disponível que tem um comprimento de onda de saída na faixa de 200 a 450 nm. Os exemplos de uma fonte de luz UV são lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão, lâmpadas de vapor de mercúrio de pressão ultra alta, lâmpadas de xenon, lâmpadas de arco de carbono, lâmpadas de haleto de metal e luz do sol.

[0104] A espessura do revestimento sólido de proteção contra corrosão (a espessura total quando o mesmo compreende duas ou mais camadas de resina curável por UV) está, de preferência, na faixa de 5 a 50 μm e de maior preferência na faixa de 10 a 40 μm. Se a espessura do revestimento sólido de proteção contra corrosão for muito pequena, o mesmo não funciona suficientemente como um revestimento de proteção à corrosão. Por outro lado, se a espessura de revestimento do revestimento sólido de proteção contra corrosão for muito grande, quando um membro protetor for montado, o revestimento sólido de proteção contra corrosão pode ser danificado pela força usada para montar o protetor, fazendo assim com que a resistência à corrosão se torne inadequada.

[0105] Um revestimento sólido de proteção contra corrosão com base em uma resina curável por UV é um revestimento transparente, de modo que a condição do substrato possa ser observada sem a remoção do revestimento e é possível inspecionar as porções roscadas a partir de cima do revestimento antes da montagem. Consequentemente, formando- se o revestimento sólido de proteção contra corrosão na superfície de contato de um pino que tem roscas formadas em sua superfície externa e que é mais facilmente danificado, é possível inspecionar facilmente por danos na porção roscada do pino que é facilmente danificado já que o mesmo é tipicamente formado na superfície externa da extremidade de um tubo de aço ao deixar o revestimento no lugar.

[0106] Por essa razão, tal revestimento sólido de proteção contra corrosão é formado, de preferência, na superfície de contato de um pino e os revestimentos de lubrificação sólidos de dureza baixa e de dureza alta descritos acima são formados, de preferência na superfície de contato de uma caixa.

[0107] Como é o caso descrito acima em relação ao revestimento de lubrificação sólidas, o revestimento sólido de proteção contra corrosão é aplicado, de preferência, pelo revestimento por aspersão. O revestimento por aspersão inclui revestimento por fusão a quente. [TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE PREPARATÓRIO]

[0108] Se as superfícies de contato de uma junta roscada tubular de acordo com a presente invenção nas quais um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta e um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa ou, em alguns casos, um revestimento sólido de proteção contra corrosão devem ser formados forem submetidas ao tratamento de superfície preparatório para a asperização de superfície de modo a aumentar a aspereza de superfície de 3 a 5 μm que é a aspereza de superfície após a usinagem, a adesão de revestimento aumenta e há uma tendência de que os efeitos que são o objetivo do revestimento sejam aprimorados. Consequentemente, o tratamento de superfície preparatório de uma superfície de contato é executado, de preferência, para tornar áspera a superfície antes de formar os revestimentos.

[0109] Ao formar um revestimento em cima de uma superfície de contato que tem uma aspereza de superfície grande, a espessura de revestimento é, de preferência, maior do que Rmax da superfície de contato tornada áspera a fim de cobrir completamente a superfície de contato. A espessura de revestimento quando a superfície de contato é áspera é o valor médio da espessura de revestimento para o revestimento inteiro que pode ser calculado a partir da área, da massa e da densidade do revestimento.

[0110] Os exemplos de tratamento de superfície preparatório para a asperização de superfície são tratamento de jateamento projetando-se um material de jateamento tais como for grânulos que têm um formato esférico ou cascalhos que tem um formato angular, decapagem por imersão em uma solução fortemente ácida tal como uma solução de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico ou fluorídrico a fim de tornar áspera a pele, tratamento de conversão química tal como tratamento de fosfato, tratamento de oxalato e tratamento de borato (como cristais precipitados que têm tipicamente crescimento acicular, a aspereza da superfície cristalina aumenta), eletrodeposição com um metal tal como Cu, Fe, Sn ou Zn ou uma liga desses metais (a superfície pode se tornar um pouco mais áspera devido à deposição preferencial de projeções) e deposição por impacto que pode formar um revestimento depositado poroso. Como um exemplo da eletrodeposição, a deposição de compósito que forma um revestimento depositado que tem partículas sólidas pequenas dispersas no metal tem partículas sólidas pequenas que se projetam a partir do revestimento depositado, então, o mesmo pode ser empregado como um método para transmitir aspereza de superfície. Dois ou mais tipos de tratamento de superfície preparatório podem ser usados em combinação. O tratamento pode ser executado em concordância com os métodos conhecidos.

[0111] Independentemente de qual método é usado para o tratamento de superfície preparatório de uma superfície de contato, a aspereza de superfície Rmax após a asperização de superfície pelo tratamento de superfície preparatório é, de preferência, 5 a 40 μm. Se Rmax for menos do que 5 μm, a adesão e a retenção do revestimento de lubrificação são algumas vezes inadequadas. Por outro lado, se Rmax exceder 40 μm, o atrito aumenta, o revestimento de lubrificação não pode resistir às forças de cisalhamento e às forças compressivas quando o mesmo é submetido a uma pressão alta e se torna mais fácil que danos ao revestimento ou a descamação do revestimento ocorra.

[0112] A partir do ponto de vista da adesão do revestimento de lubrificação, o tratamento de superfície preparatório que pode formar um revestimento poroso, ou seja, o tratamento de conversão química e a deposição por impacto são preferenciais são preferenciais. Nesse caso, a fim de tornar Rmax de um revestimento poroso pelo menos 5 μm, a espessura de revestimento é, de preferência, tornada pelo menos 5 μm. Não há nenhum limite superior particular na espessura de revestimento, mas normalmente o mesmo é no máximo 50 μm e de preferência o mesmo é no máximo 40 μm, o que é adequado. Formando-se um revestimento de lubrificação em cima de um revestimento poroso que é formado por tratamento de superfície preparatório, a adesão do revestimento de lubrificação é aumentada pelo assim chamado efeito âncora. Como um resultado, torna-se difícil que a descamação do revestimento de lubrificação sólida ocorra mesmo quando a montagem e desmontagem são repetidas e o contato de metal com metal direto é eficazmente impedido, levando a uma melhora adicional na resistência à escoriação, estanqueidade de gás e propriedades de prevenção de corrosão.

[0113] O tratamento de superfície preparatório particularmente preferencial para formar um revestimento poroso é o tratamento de conversão química de fosfato (tratamento com fosfato de manganês, fosfato de zinco, fosfato de ferro-manganês ou fosfato de zinco-cálcio) e a formação de um revestimento de zinco ou liga de zinco-ferro pela deposição por impacto. A partir do ponto de vista da adesão, é preferencial um revestimento de fosfato de manganês é preferencial e a partir do ponto de vista da prevenção de corrosão, um revestimento de zinco ou liga de zinco-ferro, que deve fornecer um efeito de prevenção de corrosão sacrificial pelo zinco.

[0114] O tratamento de conversão química de fosfato pode ser executado por imersão ou aspersão de uma maneira convencional. Uma solução de fosfatização ácida típica usada para materiais depositados por zinco pode ser usada como uma solução de tratamento de conversão química. Por exemplo, uma solução de fosfatização de zinco que contém 1 a 150 g/l de íons de fosfato, 3 a 70 g/l de íons de zinco, 1 a 100 g/l de íons de nitrato e 0 a 30 g/l de íons de níquel pode ser usada. Uma solução de fosfatização de manganês usada costumeiramente para uma junta roscada pode também ser usada. A temperatura da solução é da temperatura ambiente a 100 °C e o tempo de tratamento pode ser até 15 minutos em concordância com a espessura de revestimento desejada. A fim de promover a formação de um revestimento, é possível suprir uma solução de modificação de superfície aquosa que contém titânio coloidal à superfície sendo tratada antes do tratamento de fosfato. Após o tratamento de fosfato, a lavagem com água quente ou fira seguida pela secagem é executada de preferência.

[0115] A deposição por impacto pode ser executada pela deposição mecânica na qual as partículas e um material a ser depositado são impactados entre si dentro de um barril de rotação ou por deposição por jateamento na qual as partículas são impactadas contra um material a ser depositado com o uso de um aparelho de jateamento. Na presente invenção, é suficiente executar a deposição apenas das superfícies de contato, então é preferencial empregar a deposição por jateamento que tem a capacidade de deposição localizada. A partir dos pontos de vista da prevenção de corrosão e adesão, a espessura de uma camada de zinco e liga de zinco formada por deposição por impacto é, de preferência, 5 a 40 μm.

[0116] A deposição por jato é executada, por exemplo, por jateamento de um material de jato na forma de partículas que têm um núcleo à base de ferro com sua superfície revestida com zinco ou uma liga de zinco contra uma superfície de contato a ser revestida. O teor de zinco ou uma liga de zinco nas partículas está de preferência na faixa de 20 a 60%, e o diâmetro das partículas está de preferência na faixa de 0,2 a 1,5 mm. Como um resultado da condensação, apenas o zinco ou a liga de zinco que é a camada de revestimento das partículas adere à superfície de contato que é um substrato, e o revestimento poroso é feito de zinco ou a liga de zinco é formado no topo da superfície de contato. A deposição por jato pode formar um revestimento de metal poroso que tem boa adesão a uma superfície de aço a despeito do tipo de aço.

[0117] Como outro tipo de tratamento de superfície preparatório, embora o mesmo não tenha quase nenhum efeito de tornar áspera a superfície, a eletrodeposição específica para formar uma única camada ou múltiplas camadas pode aumentar a adesão entre um revestimento de lubrificação e o substrato, levando ao aprimoramento na resistência à escoriação de uma junta roscada tubular.

[0118] Os exemplos de tal tratamento de superfície preparatório para um revestimento de lubrificação são eletrodeposição com metais, tal como Cu, Sn, e Ni ou ligas dos mesmos. A deposição pode ser deposição de camada única ou deposição de múltiplas camadas com duas ou mais camadas. Os exemplos específicos desse tipo de eletrodeposição são deposição de Cu, deposição de Sn, deposição de Ni, deposição de liga de Cu-Sn, deposição de liga de Cu-Sn-Zn, deposição de duas camadas com deposição de Cu e deposição de Sn, e deposição de três camadas com deposição de Ni, deposição de Cu e deposição de Sn. Em particular, quando uma junta roscada tubular é feita de um aço que tem um teor de Cr que excede 5%, escoriação ocorre de modo extremamente fácil. Nesse caso, é preferencial executar tratamento de superfície preparatório por deposição de camada única com uma liga de Cu-Sn ou uma liga de Cu- Sn-Zn ou deposição de metal de múltiplas camadas com duas ou mais camadas selecionadas dessas deposições de liga e deposição de Cu, deposição de Sn e deposição de Ni tal como deposição de duas camadas com deposição de Cu e deposição de Sn, deposição de duas camadas com deposição de Ni e deposição de Sn, deposição de duas camadas com deposição de Ni e deposição de liga de Cu-Sn-Zn, e deposição de três camadas com deposição de Ni, deposição de Cu e deposição de Sn.

[0119] Esses tipos de deposição podem ser formados pelos métodos apresentados no documento JP 2003-74763 A. No caso de deposição de múltiplas camadas, a camada inferior de deposição (normalmente deposição de Ni), que é referida como deposição por colisão, é de preferência uma camada de deposição extremamente fina que tem uma espessura de no máximo 1 μm. A espessura de deposição (a espessura total no caso de deposição de múltiplas camadas) está de preferência na faixa de 5 a 15 μm.

[0120] Como outro tipo de tratamento de superfície preparatório, é possível formar um revestimento sólido de proteção contra corrosão EXEMPLOS

[0121] Os efeitos da presente invenção serão ilustrados pelos exemplos e exemplos comparativos a seguir. Na descrição a seguir, a superfície de contato de um pino que inclui a porção roscada e a porção de contato de metal não roscada será referida como a superfície de pino e a superfície de contato de uma caixa que inclui a porção roscada e a porção de contato de metal não roscada será referida como a superfície de caixa. A aspereza de superfície é Rmax. A não ser que especificado de outra maneira, por cento significa por cento em massa.

[0122] A superfície de pino e a superfície de caixa de uma junta roscada especial VAMTOP (diâmetro externo de 17,78 cm (7 polegadas), espessura de parede de 1,036 cm (0,408 polegada)) feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1 foram submetidas ao tratamento de superfície preparatório mostrado na Tabela 2. Portanto, um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta e um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa e, em alguns casos, um revestimento sólido de proteção contra corrosão conforme mostrado nas Tabelas 3 e 4 foram formados na superfície de pino e na superfície de caixa.

[0123] As composições de tratamento e revestimento serão descritas abaixo em detalhes. Na Tabela 4, a porção de contato de metal não roscada significa a porção de vedação e a porção de ombro e a porção roscada significa a porção da superfície de contato diferente da porção de vedação e da porção de ombro. Quando diferentes revestimentos foram formados na porção de contato de metal não roscada e na porção roscada, um revestimento de lubrificação sólida foi primeiro formado na porção de contato de metal não roscada e, então, um revestimento de lubrificação sólida separado foi formado na porção roscada. Ao formar um revestimento de lubrificação sólida na porção roscada, o revestimento foi realizado com o uso de uma placa de blindagem de modo que o revestimento de lubrificação não tenha sido formado em cima do revestimento de lubrificação sólida formado anteriormente na porção de contato de metal não roscada. Entretanto, a borda entre esses dois revestimentos não precisa ser clara e o efeito da presente invenção pode ser obtido mesmo se houver uma região de sobreposição de cerca de 1 mm na borda.

[0124] A dureza Knoop Hk de cada revestimento de lubrificação sólida foi medida com um testador de microdureza modelo HMV-200 fabricado junto à Shimadzu Corporation sob condições de 100 g por 10 segundos com o uso de um pedaço de teste que tem um revestimento de lubrificação sólida formado da mesma maneira em cima de uma placa de aço feita do mesmo material.

[0125] Um teste de montagem de torque alto no qual a montagem foi executada com um torque de montagem alto foi executado em juntas roscadas tubulares que foram preparadas da maneira acima para preparar um gráfico de torque como este mostrado na Figura 2 e Ts (torque de acostagem), Ty (torque de deformação) e ΔT (= Ty - Ts, torque na resistência de ombro) foram medidos no gráfico de torque.

[0126] Ts era o torque quando as porções de ombro começaram a interferir. Especificamente, o torque quando a alteração no torque após as porções de ombro interferidas terem começado a entrar na região linear (região de deformação elástica) foi tornado Ts. Ty foi o torque no início da deformação plástica. Especificamente, o torque após Ts foi alcançado e quando a variação no torque com a rotação começou a perder linearidade da região linear foi tornado Ty. Os valores relativos de ΔT (= Ty - Ts) quando ΔT para o Exemplo Comparativo 1 na Tabela 3, no qual a graxa composta convencional foi empregada, foi designado um valor de 100 são mostrados na Tabela 5.

[0127] Um teste de montagem e desmontagem repetido foi executado em cada junta roscada tubular para avaliar a resistência à escoriação. No teste de montagem e desmontagem repetido, a montagem de uma junta roscada foi executada a uma velocidade de montagem de 10 rpm com um torque de montagem de 20 kN-m e, após a desmontagem, o estado de gripagem da superfície de pino e da superfície de caixa foi investigado. Quando riscos de gripagem produzidos pela montagem foram leves e a montagem foi novamente possível após o reparo ter sido realizado, o reparo foi executado e a montagem e desmontagem continuados. A montagem foi realizada 10 vezes. TABELA 1

TABELA 2

R: aspereza de superfície (μm), t: espessura de revestimento (μm) Nota: O tratamento de superfície preparatório para a caixa no Exemplo 2 foi o mesmo que o tratamento de superfície preparatório acima para o pino exceto que a fosfatização de zinco foi substituída por fosfatização de manganês.

EXEMPLO 1

[0128] O tratamento de superfície preparatório a seguir e a formação de revestimento foram executados na superfície de pino e na superfície de caixa de uma junta roscada especial feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1 para formar os revestimentos que têm a estrutura mostrada na Figura 5.

[SUPERFÍCIE DE CAIXA]

[0129] A superfície de caixa foi finalizada por moagem de máquina (aspereza de superfície de 3 μm) e foi, então, submetida à deposição por banho de Ni seguida pela deposição de liga de Cu-Sn-Zn (Cu: 56%, Sn: 36%, um restante de Zn, o mesmo se aplica abaixo) ambas realizadas por eletrodeposição para obter revestimentos depositados que têm uma espessura geral de 5 μm. A aspereza de superfície após esse tratamento de superfície preparatório foi 2 μm.

[0130] Na superfície de caixa que sofreu o tratamento de superfície preparatório, o revestimento de lubrificação sólida 1 mostrado na Tabela 3 (um revestimento de uma resina de poli(éter-éter-cetona) (PEEK) que contém PTFE adicionado como partículas lubrificantes, dureza Knoop Hk de 80, espessura de revestimento de aproximadamente 20 μm) foi formado na porção de contato de metal não roscada (a porção de vedação e a porção de ombro) e, então, o revestimento de lubrificação sólida 3 mostrado na Tabela 3 (um revestimento fluoroplástico com uma dureza Knoop Hk de 35 e uma espessura de revestimento de aproximadamente 20 μm) foi formado na porção roscada (a porção diferente da porção de vedação e da porção de ombro).

[SUPERFÍCIE DE PINO]

[0131] A superfície de pino foi finalizada por moagem de máquina (aspereza de superfície de 3 μm) e foi, então, submetida ao tratamento de conversão química de fosfato por imersão por 6 minutos em uma solução de fosfatização de zinco a 75 a 85° C para formar um revestimento de fosfato de zinco (aspereza de superfície de 10 μm) que tem uma espessura de 12 μm.

[0132] A superfície de pino que sofreu esse tratamento de superfície preparatório foi submetida à formação de revestimento da mesma maneira que para a superfície de caixa. Ou seja, o revestimento de lubrificação sólida 1 foi formado nas porções de contato de metal não roscadas e o revestimento de lubrificação sólida 3 foi formado na porção roscada. Cada revestimento tinha a mesma espessura que a superfície de caixa.

[0133] Conforme pode ser visto a partir da Tabela 5, o valor de ΔT em um teste de torque alto foi tal que a razão de ΔT quando ΔT para Exemplo Comparativo 1 foi designado um valor de 100 (referido abaixo como a razão de ΔT) foi 135%. A razão de ΔT foi aumentada significativamente em comparação a uma razão de ΔT de 48% para o Exemplo Comparativo 2 no qual os revestimentos de lubrificação sólidos formados nas porções de vedação e nas porções de ombro das superfícies de pino e caixa e os revestimentos de lubrificação sólidos formados nas porções roscadas das superfícies de pino e caixa foram opostos àqueles no Exemplo 1.

[0134] Além disso, ΔT no Exemplo 1 foi aumentado por 35% em relação a ΔT para a graxa composta (Exemplo Comparativo 1), que foi usada como um padrão já que se sabe que a mesma exibe um valor satisfatório de ΔT. Isso verificou que a junta roscada do Exemplo 1 poderia ser feita com um torque alto sem a ocorrência de deformação das porções de ombro. No teste de montagem e desmontagem, a montagem e a desmontagem poderiam ser executadas 10 vezes sem a ocorrência de escoriação.

EXEMPLO 2

[0135] O tratamento de superfície preparatório e a formação de revestimento descritos abaixo foram executados na superfície de pino e na superfície de caixa de uma junta roscada especial feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1 para formar os revestimentos que têm a estrutura mostrada na Figura 6(A). [SUPERFÍCIE DE CAIXA]

[0136] A superfície de caixa foi finalizada por moagem de máquina (aspereza de superfície de 3 μm) e foi submetida ao tratamento de superfície preparatório por imersão por 20 minutos em uma solução de fosfatização de manganês a 90 a 95° C para formar um revestimento de fosfato de manganês (aspereza de superfície de 14 μm) que tem uma espessura de 18 μm.

[0137] Na totalidade da superfície de caixa que sofreu esse tratamento de superfície preparatório, o revestimento de lubrificação sólida 3 (fluoroplástico com uma dureza Knoop Hk de 35 e uma espessura de revestimento de aproximadamente 20 μm) foi formado. [SUPERFÍCIE DE PINO]

[0138] A superfície de pino sofreu exatamente o mesmo tratamento de superfície preparatório e formação de revestimento que a superfície de pino do Exemplo 1. A dureza Knoop e a espessura de revestimento foram exatamente as mesmas que para o Exemplo 1.

[0139] Conforme mostrado na Tabela 5, a razão de ΔT em um teste de torque alto foi 116%. Assim, ΔT para o Exemplo 2 foi aumentado por 16% em relação a ΔT para a graxa composta (Exemplo Comparativo 1), que serviu como um padrão. Ou seja, foi verificado que a junta roscada do Exemplo 1 poderia ser feita com um torque alto sem a ocorrência de deformação das porções de ombro. No teste de montagem e desmontagem, a montagem e a desmontagem poderiam ser realizadas 10 vezes sem a ocorrência de escoriação.

EXEMPLO 3

[0140] O tratamento de superfície preparatório e a formação de revestimento descritos abaixo foram executados na superfície de pino e na superfície de caixa de uma junta roscada especial feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1 para formar os revestimentos que têm a estrutura mostrada na Figura 6(B). [SUPERFÍCIE DE CAIXA]

[0141] O tratamento de superfície preparatório da superfície de caixa foi executado da mesma maneira que para a superfície de caixa no Exemplo 1 (moagem e, então, deposição por banho de Ni seguida pela deposição de liga de Cu-Sn-Zn). Na superfície de caixa que sofreu o tratamento de superfície preparatório, o revestimento de lubrificação sólida 2 mostrado na Tabela 3 (um revestimento de uma resina de poliamida- imida (PAI)e um fluoroplástico que contém PTFE e MoS2 como partículas lubrificantes, dureza Knoop Hk de 62, espessura de revestimento de aproximadamente 22μm) foi primeiro formado na porção de contato de metal não roscada e, então, o revestimento de lubrificação sólida 4 mostrado na Tabela 3 (um revestimento de uma resina epóxi que contém grafite como partículas lubrificantes, dureza Knoop Hk de 48, espessura de revestimento de aproximadamente 22 μm) foi formado na porção roscada. [SUPERFÍCIE DE PINO]

[0142] O tratamento de superfície preparatório da superfície de pino foi executado da mesma maneira que para a superfície de pino no Exemplo 1 (moagem e, então, fosfatização de zinco). Um revestimento sólido de proteção contra corrosão com base em uma resina curável por UV foi formado da maneira a seguir na totalidade da superfície de pino que sofreu o tratamento de superfície preparatório.

[0143] A composição de revestimento que foi usada foi preparada adicionando-se fosfito de alumínio como um agente anticorrosivo e uma cera de polietileno como um lubrificante para uma tinta de resina curável à base de resina acrílica epóxi comercialmente disponível (tipo sem solvente) fabricada junto à Chugoku Marine Paints, Ltd. (que contém 94% de uma resina, 5% de um agente anticorrosivo e 1% de um lubrificante com base no teor de sólidos totais). Essa composição de revestimento foi aspergida na totalidade da superfície de pino e, então, irradiada com luz ultravioleta (comprimento de onda de 260 nm) a partir de uma lâmpada de vapor de mercúrio resfriada por ar com uma saída de 4 kW para curar o revestimento. O revestimento que foi formado tinha uma espessura de 25 μm e era incolor e transparente, de modo que a porção roscada macho poderia ser observada com o olho nu ou com uma lupa por cima do revestimento.

[0144] No teste de torque alto, a razão de ΔT foi 110%. Houve também um efeito distinto de aumentar a razão de ΔT em comparação ao Exemplo Comparativo 3 no qual o revestimento de lubrificação sólida formado na porção de vedação e na porção de ombro e o revestimento de lubrificação sólida na porção roscada da superfície de caixa eram opostos ao Exemplo 3. A razão de ΔT foi também grande em comparação ao Exemplo Comparativo 1 que usa a graxa composta convencional. No teste de montagem e desmontagem, a montagem e a desmontagem poderiam ser realizadas 10 vezes sem quaisquer problemas.

EXEMPLO COMPARATIVO 1

[0145] O tratamento de superfície preparatório e o tratamento de lubrificação a seguir foram executados na superfície de pino e na superfície de caixa de uma junta roscada especial feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1.

[SUPERFÍCIE DE CAIXA]

[0146] O tratamento de superfície preparatório da superfície de caixa foi executado da mesma maneira que para a superfície de caixa no Exemplo 1 (moagem e, então, deposição por banho de Ni seguida pela deposição de liga de Cu-Sn-Zn). Uma graxa composta lubrificante líquida viscosa em concordância com API BUL 5A2 foi aplicada à totalidade da superfície de caixa que sofreu o tratamento de superfície preparatório para formar um revestimento de lubrificação. O peso revestido total da graxa composta na superfície de pino e na superfície de caixa foi 50g. A área revestida total foi aproximadamente 1.400 cm2.

[SUPERFÍCIE DE PINO]

[0147] O tratamento de superfície preparatório da superfície de pino foi executado da mesma maneira que para a superfície de pino no Exemplo 1 (moagem e, então, fosfatização de zinco). A graxa composta foi aplicada à totalidade da superfície de pino que sofreu o tratamento de superfície preparatório.

[0148] No teste de montagem e desmontagem, em 10 ciclos de montagem e desmontagem, não houve nenhuma ocorrência de escoriação através do décimo ciclo. Entretanto, a graxa composta contém metais pesados tal como chumbo, então é prejudicial a humanos e ao ambiente.

[0149] No teste de torque alto, a junta tinha um Ty alto de modo que as porções de ombro não sofressem deformação mesmo quando a montagem tivesse sido executada com um torque alto e a mesma exibiu um ΔT grande. ΔT para esse exemplo foi designado um valor de 100 e foi usado para calcular a razão de ΔT.

EXEMPLO COMPARATIVO 2

[0150] O tratamento de superfície preparatório e a formação de revestimento descritos abaixo foram executados na superfície de pino e na superfície de caixa de uma junta roscada especial feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1 para formar os revestimentos que têm a estrutura mostrada na Figura 5. Entretanto, o revestimento de lubrificação sólidas na porção de contato de metal não roscada e na porção roscada foram formados de modo a serem o oposto do Exemplo 1. Ou seja, um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa foi formado nas porções de contato de metal não roscadas e um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta foi formado nas porções roscadas.

[SUPERFÍCIE DE CAIXA]

[0151] O tratamento de superfície preparatório da superfície de caixa foi executado da mesma maneira que para a superfície de caixa no Exemplo 1 (moagem e, então, deposição por banho de Ni seguida pela deposição de liga de Cu-Sn-Zn). Na superfície de caixa que sofreu o tratamento de superfície preparatório, o revestimento de lubrificação sólida 3 na Tabela 3 (um revestimento fluoroplástico com uma dureza Knoop Hk de 35 e uma espessura de revestimento de aproximadamente 20 μm) foi primeiro formado na porção de contato de metal não roscada e, então, o revestimento de lubrificação sólida 1 mostrado na Tabela 3 (um revestimento de uma resina de poli(éter-éter-cetona) (PEEK) que contém PTFE adicionado como partículas lubrificantes, dureza Knoop Hk de 80, espessura de revestimento de aproximadamente 20 μm) foi formado na porção roscada.

[SUPERFÍCIE DE PINO]

[0152] O tratamento de superfície preparatório da superfície de pino foi executado da mesma maneira que para a superfície de pino no Exemplo 1 (moagem e, então, fosfatização de zinco). A mesma formação de revestimento que para a superfície de caixa foi executada na superfície de pino que sofreu o tratamento de superfície preparatório. Ou seja, o revestimento de lubrificação sólida 3 foi formado na porção de contato de metal não roscada e o revestimento de lubrificação sólida 1 foi formado na porção roscada. A espessura de revestimento de cada revestimento foi a mesma que para a superfície de caixa.

[0153] No teste de montagem e desmontagem, não houve nenhuma ocorrência de escoriação em 10 ciclos de montagem e desmontagem. Entretanto, no teste de torque alto, a razão de ΔT foi um valor extremamente baixo de 48% em comparação à graxa composta convencional (Exemplo Comparativo 1). Ou seja, foi novamente confirmado que a razão de ΔT aumenta significativamente se um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa for formado nas porções de vedação e nas porções de ombro e um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta for formado nas porções roscadas. EXEMPLO COMPARATIVO 3

[0154] O tratamento de superfície preparatório e a formação de revestimento a seguir foram executados na superfície de pino e na superfície de caixa de uma junta roscada especial feita de aço de carbono que tem a composição mostrada na Tabela 1 para formar os revestimentos que têm a estrutura mostrada na Figura 6(B). Entretanto, os revestimentos de lubrificação sólidos foram formados na porção de contato de metal não roscada e na porção roscada da superfície de caixa de modo a serem o oposto do Exemplo 3. Ou seja, um revestimento de lubrificação sólida de dureza baixa foi formado na porção de contato de metal não roscada e um revestimento de lubrificação sólida de dureza alta foi formado na porção roscada da superfície de caixa.

[SUPERFÍCIE DE CAIXA]

[0155] O tratamento de superfície preparatório da superfície de caixa foi executado da mesma maneira que para a superfície de caixa no Exemplo 1 (moagem e, então, deposição por banho de Ni seguida pela deposição de liga de Cu-Sn-Zn). Na superfície de caixa que sofreu o tratamento de superfície preparatório, o revestimento de lubrificação sólida 4 mostrado na Tabela 3 (um revestimento de uma resina epóxi que contém grafite como partículas lubrificantes, dureza Knoop Hk de 62, espessura de revestimento de aproximadamente 22 μm) foi primeiro formado na porção de contato de metal não roscada e, então, o revestimento de lubrificação sólida 2 mostrado na Tabela 3 (um revestimento de uma resina de poliamida-imida e um fluoroplástico que contém PTFE e MoS2 como partículas lubrificantes, dureza Knoop Hk de 62, espessura de revestimento de aproximadamente 22 μm) foi formado na porção roscada. [SUPERFÍCIE DE PINO]

[0156] A superfície de pino sofreu o tratamento de superfície preparatório e a formação de um revestimento sólido de proteção contra corrosão curado por UV exatamente da mesma maneira que para a superfície de pino do Exemplo 3.

[0157] No teste de montagem e desmontagem, não houve nenhuma ocorrência de escoriação em 10 ciclos de montagem e desmontagem. Entretanto, no teste de torque alto, a razão de ΔT foi um valor baixo de 74% em comparação ao Exemplo Comparativo 1 no qual a graxa composta convencional foi usada. Adicionalmente, pode ser visto que a razão de ΔT foi 36% menor do que no Exemplo Comparativo 3 no qual o revestimento de lubrificação sólida formado na porção de vedação e na porção de ombro e o revestimento de lubrificação sólida formado na porção roscada da superfície de caixa foram o oposto.

[0158] Conforme descrito acima, foi verificado que se a dureza Knoop de um revestimento de lubrificação sólida formado na porção de vedação e na porção de ombro for maior do que a dureza Knoop de um revestimento de lubrificação sólida formado na porção roscada em concordância com a presente invenção, a razão de ΔT aumenta. Devido ao ΔT ser alto, é possível executar operações de montagem sem a ocorrência de deformação das porções de ombro ou escoriação mesmo no momento da montagem com um torque alto.

[0159] A fim de investigar as propriedades de prevenção de ferrugem das juntas roscadas tubulares fabricadas nos Exemplos 1 a 3, o mesmo tratamento de superfície preparatório conforme mostrado para a caixa na Tabela 2 e a formação dos revestimentos de lubrificação mostrada para a caixa na Tabela 3 foram executados em pedações de teste de cupom preparados separadamente (70 mm x 150 mm x 1,0 mm de espessura). Os pedaços de teste foram submetidos a um teste de aspersão de água salgada (em concordância com JIS Z 2371, que corresponde a ISO 9227, temperatura de 35° C e comprimento de 1.000 horas) e um teste de umidade (em concordância com JIS K 5600-7-2, em concordância com ISO 6270, temperatura de 50° C, umidade relativa de 98%, comprimento de 200 horas) para investigar a ocorrência de ferrugem. Como um resultado, foi confirmado que não houve nenhuma ocorrência de ferrugem em ambos os testes para as juntas roscadas tubulares dos Exemplos 1 a 3.

[0160] Quando uma junta roscada tubular preparada em cada um dos Exemplos 1 a 3 foi testada por um teste de estanqueidade de gás e um teste de uso real em um aparelho de perfuração real, cada uma exibiu propriedades satisfatórias. ΔT foi maior do que para uma graxa composta convencional, então, foi verificado que a montagem pode ser executada de uma maneira estável com um torque de montagem alto.

[0161] A presente invenção foi explicada acima em relação às modalidades que são atualmente consideradas preferenciais, mas a presente invenção não se limita às modalidades descritas acima. É possível fazer modificações dentro da faixa divulgada nas reivindicações em anexo.

Claims

1. Junta roscada tubular composta de um pino (1) e uma caixa (2) que têm, cada um, uma superfície de contato que compreende uma porção roscada (3a, 3b) e uma porção de contato de metal não roscada que inclui uma porção de vedação (4a, 4b) e uma porção de ombro (5a, 5b), CARACTERIZADA pelo fato de que um primeiro revestimento de lubrificação sólida (10) está presente em uma porção que inclui a porção de ombro (5a, 5b) da superfície de contato de pelo menos um dentre o pino (1) e a caixa (2), um segundo revestimento de lubrificação sólida (11) está presente em pelo menos uma porção da superfície de contato do pelo menos um dentre o pino (1) e a caixa (2) não tendo o primeiro revestimento de lubrificação sólida (10), cada um dentre o primeiro e o segundo revestimentos de lubrificação sólidos (10, 11) é formado a partir de uma resina orgânica ou um polímero inorgânico como um componente de formação de filme, sendo que a dureza Knoop do primeiro revestimento de lubrificação sólida (10) é maior do que a dureza Knoop do segundo revestimento de lubrificação sólida (11) e, quando uma porção existe onde tanto o primeiro quanto o segundo revestimentos de lubrificação sólidos (10, 11) estão presentes, sendo que o segundo revestimento de lubrificação sólida (11) é posicionado abaixo do primeiro revestimento de lubrificação sólida (10).

2. Junta roscada tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a porção que inclui a porção de ombro (5a, 5b) da superfície de contato é a porção de contato de metal não roscada da superfície de contato.

3. Junta roscada tubular, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a porção de contato de metal não roscada de pelo menos um dentre o pino (1) e a caixa (2) tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida (10), e a porção roscada (3a, 3b) do pelo menos um dentre o pino (1) e a caixa (2) tem o segundo revestimento de lubrificação sólida (11).

4. Junta roscada tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a superfície de contato de um dentre o pino (1) e a caixa (2) tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida (10) em uma porção da mesma que inclui a porção de ombro (5a, 5b), e o segundo revestimento de lubrificação sólida (11) em pelo menos uma porção da mesma que não tem o primeiro revestimento de lubrificação sólida (10) e a superfície de contato do outro dentre o pino (1) e a caixa (2) tem um revestimento sólido de proteção contra corrosão (12).

5. Junta roscada tubular, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o revestimento sólido de proteção contra corrosão (12) é um revestimento à base de resina curável por UV.

6. Junta roscada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão entre a dureza Knoop do primeiro revestimento de lubrificação sólida (10) e a dureza Knoop do segundo revestimento de lubrificação sólida (11) é pelo menos 1.1.

7. Junta roscada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a superfície de contato de pelo menos um dentre o pino (1) e a caixa (2) sofreu tratamento de superfície por um método selecionado dentre jateamento, decapagem, tratamento de conversão química de fosfato, tratamento de conversão química de oxalato, tratamento de conversão química de borato, eletrodeposição, deposição por impacto e dois ou mais desses métodos antes da formação de revestimento.