NO337895B1 - Ny behandlingsmetode og designmetode for rørforbindelser - Google Patents

Description

NY BEHANDLINGSMETODE OG DESIGNMETODE FOR RØRFORBINDELSER

Foreliggende oppfinnelse angår generelt overflatebehandling av gjengede forbindelser for olje- og gassbrønnhus og -rør med metall/metall-forbindelser. Mer spesielt angår oppfinnelsen oppsetting av et forhold mellom fosfofylitt (Zn2Fe (PO4) 2-4H20) og hopeitt (Zn3 (PO4) 2-4H20) i en sinkfosfatbehandling av en gjenget forbindelse for å gi forbedret re-sistens mot opprivning eller friksjon.

Foringsrørseksjoner, forlengingsrør (liner) og andre olje-feltrørelementer benyttes ofte ved boring, komplettering og produksjon av en brønn. Foringsrørseksjoner kan for eksempel plasseres i en brønnboring for å stabilisere formasjonen eller for å beskytte en formasjon mot forhøyet brønnborings-trykk (for eksempel brønnboringstrykk som overskrider et for-mas j onstrykk).

Foringsrørseksjoner kan kobles i en ende-mot-ende modus via gjengede forbindelser som er konstruert for å gi en tetning mellom et indre av de sammenkoblede foringsrørseksjonene og et ringrom som er dannet mellom de ytre vegger av foringsrør-seks j onene og veggene av brønnboringen. Tetningen kan være en metall/metall-forsegling dannet nær forbindelsen. Eksempler på slike metall/metall-forseglinger er beskrevet i US 5423579 i navnet til Blose et al. og 2893759 i navnet til Blose, begge ansett som del av foreliggende beskrivelse. Metall-mot-metall-tetninger som benyttes i de gjengede forbindelser for relativt tynnveggede oljefeltrør, kan ha grunne tetningsvinkler på mindre enn 10 grader, målt fra senterlin-jen av den gjengede forbindelse, for å bruke de tynne vegger i røret på mest effektiv måte.

Oljefeltrør med stor diameter kan på grunn av det relativt høye D/t forhold (forholdet mellom den nominelle ytre diameter i røret og den nominelle veggtykkelse for røret) lide av ovalitet eller andre eksentrisiteter på grunn av fremstil-lingsvariabler eller skade fra uriktig behandling. Når metall/metall-pakninger benyttes for gjengede forbindelser i en forbindelse med stor diameter, blir gjengekonstruktøren ofte tvunget til å øke interferensen mellom pakningsoverflåtene ved tilskruing (det vil si når forbindelsene skrues sammen) for å sikre at en eksentrisitet i røret ikke ødelegger tetningen. Tetningsinterferens måles typisk i tusendels tomme diametralinterferens per tomme nominell rørdiameter. Forseg-lingsinterferenser kan ligge innen området 0,0025" til 0,0045" per tomme nominal rørledningsdiameter. For eksempel kan en metall/metall-tetning på rør med 16" nominell diameter ha en interferens ved sammenskruing på 0,040" til 0,072" når det gjelder diameteren.

Som benyttet her betyr oljefeltrør med stor diameter generelt rør med en nominell diameter på større enn eller lik 9,375 tommer selv om fordelene ved oppfinnelsen ikke nødvendig er begrenset til rør med denne dimensjon.

Videre er det nå generelt krevd av firmaer som borer olje- og gassbrønner, at de gjengede forbindelser med stor diameter er i stand til flere sammenskruing/demontering-sykluser, det vil si at forbindelsene må kun settes sammen igjen (skrues sammen) og brekkes opp (skrues fra hverandre) flere ganger uten skadelige effekter som opprivning av metall/metall-tetningsflåtene.

Opprivning er et velkjent fenomen for fagmannen på området. Opprivningen kan anses som et skadelig tap av smøring. Opprivningen forårsakes ofte av høyer kontaktspenninger på lange flater. Derfor er opprivning spesielt signifikant for olje-feltrør med grunne kontaktvinkler (grunne kontaktvinkler fø-rer selvfølgelig til lange kontaktspenning). Videre er det også vanlig i rør med stordiameter på grunn av den høyere kontaktspenning som forbindes med de større diametre.

Kravet til å kunne være i stand til å sette sammen forbindelsen flere ganger er ment å sikre at hvis et problem oppstår under innføring av foringsrøret i brønnen, for eksempel en hindring i borehullet, kan foringsrøret fjernes fra borehullet mens problemet avhjelpes, og foringsrøret kan så rein-stalleres. En vanlig versjon av dette kravet til sammenskruing og demontering ("make-and-break") er at den gjengede forbindelse må være i stand til å kunne settes sammen tre ganger og brekes opp to ganger, noe som tilsvarer to innfø-ringer med problem etterfulgt av en avsluttet innføring av foringsrør i borehullet.

Når gjengede forbindelser for oljefeltforbindelser settes sammen, blir de vanligvis smurt med "gjengepasta", vanligvis kalt "pipe dope". Gjengepastaen er vanligvis en fettbasert forbindelse inneholdende partikler av bly, kobber eller tinn, eller grafitt eller deres oksider eller sulfider, eller tilsvarende uorganiske materialer, eller alternativt PTFE eller andre syntetiske materialer. Disse partikler kan typisk ligge i området fra 1 mikron til 75 mikron, men kan noen ganger være større enn 100 mikron i størrelse.

US 2543741 (Zweifel) beskriver for eksempel en smøreblanding for gjengede skjøter og som inneholder flakkobber, pulver-formig bly og grafitt. Kobberflakene i preparatet er meget små og vil vanligvis være av i det vesentlige ensartet tykkelse innen området 3,9 x IO-<5>til 19,5 x IO-<5>tommer (eller rundt 1 mikron til 5 mikron). Det sies at kobberflak, når det gjelder den største dimensjon, ikke bør overskride rundt 7 6 mikron.

US 2754266 (Stegemeier et al.) beskriver en elektrisk ledende gjengepasta inneholdende fine partikler av metaller, metall-oksider eller metallsulfider, med en maksimal partikkelstør-relse mindre enn rundt 50,8 mikron og særlig mindre enn rundt 25,4 mikron.

US 3423315 (McCarthy et al.) beskriver et rørgjengesmøremid-del inneholdende pulverformige blypartikler der rundt 63 pro-sent av blypartiklene vil gå gjennom en 325 mesh sikt (det vil si har en størrelse mindre enn 44 mikron) og der ytterligere 14 % av blypartiklene vil gå gjennom en 200 mesh sikt, det vil si ha en størrelse mindre enn rundt 74 mikron.

US 3935114 (Donaho) beskriver et lav-slitasjefett for bærela-ger ved oljefeltborkroner og som inneholder molybdendisulfid med partikkelstørrelsesfordeling, inkludert noen fine og noen grove partikler, der 100 % av partiklene går gjennom en 100 mesh duk, det vil si har en størrelse mindre enn 149 mikron, og 85 % av partiklene går gjennom en 325 mesh duk, det vil si er mindre enn 44 mikron.

Når gjengede forbindelser med stor diameter, har metall/- metall-tetninger med grunn vinkel (det vil si tetninger med tetningsvinkler mindre enn 10 grader) benyttet i kombinasjon med høye tetningsinterferenser, kan metall/metall-tetnings- overflatene være i kontakt ved flere rotasjoner av forbindelsene under sammenskruing.

Hvis videre gjengestigningen (angitt som gjenger per lengdeenhet, innenfor fagområdet per tomme (2,54 cm)) er stor, kan metall/metall-tetningsoverflåtene være i kontakt i flere rotasjoner av forbindelsene under sammenskruing enn hvis gjengestigningen er mindre. Gjengestigning for gjengede forbindelser på oljefeltrør er typisk i området 2 gjenger per tomme til 6 gjenger per tomme.

Totalt sett kan denne kombinasjon av variabler gi en situa-sjon der de to ståloverflater i metall/metall-tetningene er i glidende kontakt under påkjenning som er vanlig for kontakt-overflåtene, i en betydelig gjengelengde. Dette kan bety at under disse betingelser er metall/metall-tetningsflåtene sterkt tilbøyelige til opprivning ved gjentatte sammenset-ting/oppbrekkingssykluser.

Konvensjonelt kan fosfatbelegg påføres gjengede forbindelser i oljefeltrør for å redusere korrosjon under lagring og for å forbedre bibeholdelsen av gjengesmøremidlet ("pipe dope") under sammensetning. Forskjellige typer fosfatbelegg benyttes for dette formål. For eksempel er borerørgjenger, slik man kan se under hundrevis av sammensetting/oppbrekkingssykluser i løpet av deres levetid, vanligvis belagt med en tung mang-anfosfatbehandling. Manganfosfatbelegg er typisk tykkere, hardere og har bedre stabilitet og motstår polering bedre enn sinkfosfatbelegg.

Imidlertid kan manganfosfatbehandlinger være meget dyre og mer tidkrevende for påføring enn sinkfos fatbehandlinger.

Sinkfosfatbelegg har vært utstrakt benyttet industrielt som et underbelegg for maling for å forbedre malingens adhesjon og å forbedre korrosjonsresistensen. Sinkfosfatbelegg på et stålsubstrat består typisk av to hydratiserte mineraler: hopeitt (sinkfosfat, Zna (PO4) 2-4H20) og fosfofylitt (sinkjern-fosfat, Zn2Fe (PO4) 2 "41120) . Hopeittkrystaller er generelt av ortorombisk form med en Moh hardhet på rundt 4. Fosfofylitt-krystaller er generelt monokliniske av form, med en Moh-hardhet rundt 3.

Det er kjent at (a) vekten av fosfatbelegget, typisk målt i gram per kvadratmeter (gm/m2) , og (b) egenskapene for fosfofylitt og hopeitt i beleggene har en dyptgripende innvirkning på adhesjonen av etterfølgende belegg (som maling) og på korrosjonsresistensen og at disse er viktige karakteristika som bestemmer effektiviteten for et fosfatbelegg.

Andelene av fosfofylitt og hopeitt i et sinkfos fatbelegg uttrykkes ofte som et forhold kalt "fos fofylittforholdet" eller "P-forholdet" som kan uttrykkes ved likningen:

P-forhold = lp/ lp+ lh (likning 1)

der lh betyr røntgendiffraksjonsintensiteten fra overflaten av hopeitt, og lp betyr røntgendiffraksjonsintensiteten fra overflaten av fosfofylitt. P-forholdet er generelt anerkjent som en karakteriserende verdi for sinkfosfattypefilmer som benyttes som malingsbaserte belegg på jern og stål.

Tradisjonelt oppnås jernet som kreves for å danne fosfofylitt i et sinkfosfateringssystem ved oppløsning av et stålsubstrat. I visse moderne sinkfos fateringssystemer kan tilgjeng-elig jern også tilsettes til den fosfaterende oppløsning. Når det gjelder "trikation"-fosfateringssystemer, kan nikkel og mangan også settes til fosfateringsbadet.

For å måle P-forholdet under henvisning til foreliggende oppfinnelse, antas det, slik det er gjengs i dagens teknikk, at "fosfofylitt" i P-forholdet omfatter ikke bare sinkjernfos- fat, men også en hvilken som helst av analogene hvori mangan, nikkel, kobolt, kalsium, magnesium, kobber og/eller tilsvarende kationer som var oppløst i den fosfaterende oppløsning, kan erstatte noen av eller alle jernatomene i fosfofylitt.

Standardmetoden for å bestemme P-forholdet er ved røntgendif-fraksjon; imidlertid kan verdien også bestemmes eksperimentelt ved et antall metoder inkluder for eksempel den metode som er beskrevet i US 4544639 (Faust).

Når et sinkfosfatbelegg benyttes som et underbelegg på stål for en malt overflate (for eksempel ved bil- eller tilsvarende applikasjoner), er det velkjent på området at motstanden for den malte overflate mot saltspray og underkorrosjon sterkt forbedres ved å opprettholde et meget høyt P-forhold i sinkfosfatunderbelegget. Det vil si at det er ønskelig å redusere prosentandelen av hopeitt i sinkfosfatbelegget som benyttes for malingsunderbelegg.

Slik det beskrives i US 6179934 (Kawakami et al.), spalte 2, linje 41, anses P-forholdsverdier på 0,8 til 1,0 for å gi go-de konverteringsbelegg for malingsbaserte belegg.

US 6612415 (Yamane) beskriver at de mest foretrukne P-forhold for fosfatbelegning av en stålskivebremsesko for å gi god binding mellom bremseplaten og fiksjonsmaterialet, er 0,8 til 1,0.

US 4510209 (Hada et al.) beskriver et tosjiktsbelagt stålmateriale med et basisk belegg av sink eller sinkbasert legering (i det vesentlige galvanisert stål) og et overflatebe-leggssjikt av sinkfosfat for å forbedre ytelsen av senere toppbelegg som maling. '209' patentet beskriver videre at når et konvensjonelt sinkfosfatbelegg påføres på stålmateriale belagt med sink- eller sinkbasert legering, omfatter den re sulterende fosfatbeleggsfilm hovedsakelig et hopeitt-type sinkfosfat (Zn.3 (PO4) 2 ■ 4H2O) i form av nåleliknende krystaller.

Det er kjent i teknikken at en sinkfosfatbehandling som leg-ges på ren sink, vil gi 100 % hopeitt i fravær av ethvert fritt jern i oppløsningen. Slik det skal diskuteres nedenfor, vil en høyere hopeittprosentandel i et sinkfosfatbelegg på en gjenget forbindelse for oljerør være meget ønskelig, men de ekstra utgifter for den krevde sinkbasebelegning som er nød-vendig ved den angitte prosess i '209', gjør det hele uøkono-misk for gjengede forbindelser for oljefelt.

Ikke desto mindre beskriver, som vist i fig. 1 (fig. 3 i '209'-patentet), '209'-patentet at det er tre tydelige "so-ner" av krystalldannelse i sinkfosfatbelegg på galvanisert stål, avhengig av konsentrasjonen av sink i belegget, som følger: (a) Når innholdet av sink er mellom 2 og 40 vektprosent, består det resulterende fosfatsjikt i det vesentlige av sink-jernfosfat, eller fosfofylitt, i form av finpartikkelformede, tett krystaller. Som vist i fig. 1, kurve II, er denne sone angitt som "kornformede krystaller". (b) Når innholdet av sink er i området rundt 40 til rundt 60 vektprosent, består fosfatfilmsjiktet av en blanding av fine, partikkelformige fos fofylittkrystaller og grove, nåleformede hopeittkrystaller. Som vist i figur 1, kurve II er denne sone merket " Blanding av nåle- og kornformede krystaller". (c) Når innholdet av sink overskrider rundt 60 vektprosent, består fosfatsjiktet i det vesentlige av hopeittkrystaller.

Som vist i fig. 1, kurve II, er denne kurve merket " Nåleformede krystaller ". Dette diagram viser klart effektens konti-nuum på krystallmorfologien (inkludert både krystallstørrelse og form) for et sinkfosfatbelegg når forholdet sink:jern i

belegget forandres.

Generelt har hopeittkrystaller en tendens til å vokse sterke-re (rapportert opptil 20-50 mikron i lengde) enn fosfofylitt— krystaller, og i vilkårlige orienteringer, inkludert noen krystaller som gror vertikalt eller normalt på substratpla-net.

Det vilkårlige mønster av hopeittkrystallvekst resulterer i relativt store mellomrom mellom krystallene. Kombinasjonen av relativt stor krystallstørrelse, vilkårlig (og enkelte ganger vertikal) krystallvekst, og store mellomrom har vist seg ugunstig å påvirke adhesjonen av toppbelegg (som malinger) på et hopeittrikt sinkfosfatsjikt.

Det som fremdeles nødvendig, er imidlertid metoder for å forbedre ytelsen for et sinkfosfatbelegg for å tilfredsstille kravet for gjentatte sammensettings/oppbrekkingssykluser hel-ler enn å bruke et manganfosfatsystem eller andre kostbare fosfateringssystemer for gjengede forbindelser på oljefelt-foringsrør.

I ett aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for formgiving av en gjengeforbindelse for oljefeltrør med en spesiell nominell diameter og veggtykkelse, med en metall/- metall-tetning og et sinkfosfatbelegg, inkludert å bestemme en ønsket gjengestigning, for å bestemme en ønsket metall/ metalltetningsvinkel, å bestemme en ønsket diametral interferens mellom metall/metall-tetningsflåtene ved en foreskrevet sammenskruing av de gjengede deler, og å velge egnede P-forhold for sinkfosfatbelegget og å forhindre opprivning under et foreskrevet antall sammensetting/oppbrekkings-sykluser.

I et annet aspekt angår foreliggende oppfinnelse en gjenget forbindelse for oljefeltrør med en metall/metall-tetning og et sinkfosfatbelegg, inkludert et sinkfosfatbelegg med et P-forhold mindre enn eller lik 0,8.

I nok et aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for behandling av en gjenget forbindelse, inkludert trinnene å bestemme en behandlingstid tilstrekkelig til å gi en tykkelse av et hopeittbelegg og å belegge minst en del av den gjengede forbindelse med en fosfaterende forbindelse i et tidsrom tilstrekkelig til å gi tykkelsen av hopeittbelegget.

Ytterligere aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse og de vedlagte krav. Figur 1 er et diagram som viser typene av mineralkrystaller dannet i et sinkfosfatbelegg på galvanisert stål som beskrevet i US 4510209. Figur 2 er en gjenget forbindelse for oljefeltrør med en

metall/metall-tetning som vist i US 2893759.

Figur 3 er et kjent diagram som viser elektronegativiteten gjennom et fosfatbelegg versus dyppetiden (hentet fra Phosphating and Metal Pre-Treatment (D.B. Freeman), Industrial Press, Inc., 1986. ISBN 0-8311-1168-2.

I et aspekt angår utførelsesformer av oppfinnelsen en fremgangsmåte for å formgi en gjenget forbindelse med metall/- metall-tetning og et sinkfosfatbelegg. Særlig angår utførel-sesformer en metode for å behandle en gjenget forbindelse. Videre angår utførelsesformer gjengede forbindelser med en metall/metall-tetning og et sinkfosfatbelegg.

Under henvisning til figur 2 vises det en gjenget forbindelse for oljefeltrør med en metall/metall-tetning. Den gjengede forbindelse forbinder en sylindrisk hunn- eller boksdel 1 koblet med en sylindrisk hann- eller tappdel 2. Boksdelen 1 og tappdelen 2 kan være i ett med endene av tilstøtende fo-ringsrørdeler (ikke vist separat) og utformet for å koble tilstøtende deler sammen. Boksdelen 1 og tappdelen 2 kan inkludere komplementære indre og ytre gjengede deler 3, hen-holdsvis 4. Boksdelen 1 inkluderer en konisk tetningsoverflate 5 som er i det vesentlige komplementær med en tilsvarende tetningsoverflate 6 i tappdelen 2.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir et sinkfosfatbelegg tilveiebrakt på den gjengede forbindelse som for eksempel den gjengede forbindelse som vist i figur 2. Sinkfosfatbelegget kan inkludere både hopeitt og fosfylitt. Sinkfosfatbelegget kan påføres på enten boksdelen 1 eller tappdelen 2. Alternativt kan sinkfosfatbelegget påføres på boksdelen 1 og tappdelen 2 .

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen blir mengden hopeitt og fosfylitt bestemt ved valg av et egnet P-forhold. Belegg med høye P-forhold (med en lav andel av hopeitt) kan fremstilles på flere forskjellige måter som velkjent i teknikken, inkludert, men ikke begrenset til:

• bruk av et hvilende fosfatbad

• bruk av en lav sinkkonsentrasjon i den fosfaterende opp-løsning

• bruk av kort oppholdstid i fosfateringsbadet

På den annen side kan prosentandelen av hopeitt i belegget økes, og P-forholdet senkes, ved flere forskjellige metoder, inkludert, men ikke begrenset til:

• å påføre et sinkfosfatbelegg på galvanisert stål

• bruk av en høy sinkkonsentrasjon i den fosfaterende opp-løsning • å øke oppholdstiden i et passivt (quiescent) fosfaterende bad

• å agitere et passivt (quiescent) fosfatbad

• å benytte spraypåføring i stedet for et bad

• å børste eller gni overflaten under prosessering

I en utførelsesform av oppfinnelsen kan P-forholdet være mindre enn eller lik 0,8. I en annen utførelsesform kan P-forholdet være mindre enn eller lik 0,6. I nok en annen utfø-relsesform kan P-forholdet være mindre enn eller lik 0,4.

Det er fastslått under forsøk at opprivning av metall/metall-tetningsoverflater i på foringsrør med stor diameter under gjentatte sammensettings/oppbrekkings-sykluser kan reduseres eller elimineres signifikant med et modifisert sinkfosfatbelegg påført på enten hanngjengeforbindelsen eller hunngjenge-forbindelsen eller begge deler.

Spesielt er det fastslått at i motsetning til læren ifølge den kjente teknikk hva angår optimal sinkfosfatbelegning for malte eller belagte overflater, er det en maksimal P-forhold-verdi som er påkrevd for å forhindre opprivning av en metall/ metall-tetning i en spesiell, gjenget forbindelse for olje-feltrør. Det maksimale P-forhold for et sinkfosfatbelegg for en gitt gjenget forbindelse kan bestemmes i henhold til: Pmax<*>CiD + C2T + C3A + C4I (likning 2) hvori D er diameteren for den nominelle OD for røret (diameteren for kontaktarealet for tetningen); T er gjengestigningen, A er tetningsvinkelen, I er tetningsinterferensen og Pmaxer maksimalt P-forhold. Ci, C2og C4er inverse funksjo-ner, og C3er en direkte funksjon slik at når diameteren, gj engestigning eller tetningsinterf erensen øker, synker Pmax, og når tetningsvinkelen øker, øker Pmax. Det er også tatt sik te på at det maksimale P-forhold kan påvirkes ved ytterligere variabler som mellomrom i hopeittkrystallene.

Videre er det bestemt eksperimentelt at, mens fosfatbeleggs-tykkelsen ikke øker med dyppetider mer enn rundt 600 sekunder i et konvensjonelt, kommersielt sinkfosfatbad, kan oppriv-ningsresistensen forbedres med lengre dyppetider som ligger fra minst 600 sekunder til minst 1600 sekunder.

Dette funn er i generell overensstemmelse med det som er vist i figur 3 og som viser det elektriske potensialet (i milli-volt, eller mV) over et sinkfosfatbelegg, versus oppholdstiden for et sinkfosfatbelegningsbad. Typiske oppholdstider for gjengede forbindelser i oljefeltrør er i konvensjonelle sinkfosfatbad i størrelsesorden noen minutter og generelt godt under 10 minutter (eller 600 sekunder). Dette tilsvarer be-gynnelsen av "krystallisering og vekst"-fasen for prosessen som i sin tur vender seg mot et meget høyt P-forhold, og krystallene som dannes i denne fase, er overveiende fosfofylitt.

For å oppnå et sinkfosfatbelegg som vil begrense opprivning på metall/metall-tetningene på en gjenget forbindelse for ol-jerør, har forsøk vist at P-forholdet for belegget må tilsva-re de midlere eller senere trinn av "C"-sonen i figur 3 ("Krystallisering og vekst") eller inn i "D"-sonen ("Krystallinsk reorganisering"). Dette vil si at oppholdstiden i et konvensjonelt sinkfosfatbad generelt må være lenger enn rundt 600 sekunder.

Det antas ifølge foreliggende oppfinnelse at "C"-sonen i figur 3 ("Krystallisering og vekst") sterk tilsvarer den midlere sone av kurve II i figur 1 der en " Blanding av nåle- og kornformede krystaller" (det vil si hopeitt- og fosfofylitt-krystaller) dannes.

Det antas at "D"-sonen i figur 3 ("Krystallinsk reorganisering") generelt tilsvarer den høyre sone i kurve II i figur 1 der " Nåleformede krystaller " (det vil si hopeittkrystaller) dannes.

Generelt og for rør med stor diameter med nominell ytre diameter på 9,375" eller større vil det maksimale P-forhold være under 0,8, eventuelt under 0,6 og mest optimalt under 0,4.

Noen sinkfosfateringssystemer og særlig systemer som benytter kun spraypåføring for fosfaterende oppløsning, kan gi ekstremt store (for eksempel 20-50 mikron) hopeittkorn. Videre kan enkelte sinkfosfatsystemer også gi meget tilfeldige mønstre av hopeittkrystaller og særlig med en stor prosentandel av hopeittkrystaller anordnet loddrett på overflaten av stålsubstratet. Disse ekstremt store korn av hopeitt og/eller hopeittkrystaller, anordnet i det vesentlige normalt på stål-overflaten, kan i ekstreme tilfeller bevirke at metall/ metall-tetningsoverflåtene "spretter opp" og spesielt hvis det er utilstrekkelig interferens som er bygget opp i forseg-lingen ved sammenskruing. Av denne grunn kan noen sinkfosfa-terende systemer kreve at det defineres en maksimal hopeitt-kornstørrelse for spesielle gjengede forbindelser i tillegg til det maksimale P-forhold som kreves for å sikre seg mot opprivning av pakningsoverflåtene.

Hvis det spesielle sinkfosfatsystem som benyttes, ikke kan gi et lavt nok P-forhold uten å overskride den maksimale hope-ittkornstørrelse for å forhindre eller redusere opprivning, må enten sammenføyningen eller systemet forandres.

Maksimalt P-forhold for en spesiell gjenget forbindelse kan bestemmes ved et minstemål av forsøk og referanse til de føl-gende variabler.

Når den nominelle rørledningsdiameter økes, synker maksimalt P-forhold fordi omkretslengden av den gjengede stigning øker, noe som betyr at lengden av glidekontakten mellom tetningene vil øke under sammensetting/oppbrekkingssyklusen.

Når gjengestigningen for den gjengede forbindelse øker (det vil si at det er flere gjenger per lengdeenhet), synker det maksimale P-forholdet siden metalltetningene vil forbli i kontakt over flere rotasjoner under sammensettings/oppbrekkings-syklusen.

Når tetningsvinkelen for en metall/metall-pakning synker, synker det maksimale P-forhold da pakningsoverflåtene vil være i kontakt over flere rotasjoner under sammensettings/ oppbrekkings-syklusen.

Da interferensen for metall/metall-tetningen ved sammenskruing øker, synker det maksimale P-forhold da tetningsover-flatene vil være i kontakt i flere rotasjoner under sammensettings/oppbrekkings-syklusen.

For en gitt gjenget forbindelse med et spesielt godtkarakterisertog repeterbart fosfatbelegg (det vil si innen en gitt tykkelse, et P-forhold og overflatekrystallmorfologi) kan det eksistere en optimal partikkelstørrelse og fordeling for partiklene i den gjengede forbindelse som benyttes for sammen-setting av de gjengede forbindelsene.

Hvis spesifikt P-forholdet for fosfatbelegget på en spesiell forbindelse er meget lav (for eksempel under 0,4), vil hopeittkrystallene være signifikant større og grovere enn i konvensjonelle sinkfosfatbelegg, noe som betyr at mellomrommene mellom krystallene også vil være større og mer tallrike. For eksempel kan belegg som er nyttige med utførelsesformer ifølge oppfinnelsen, inneholde større hopeittkrystaller enn vanlig, for eksempel innen området 50-100 mikron. Alternativt og hvis morfologien for hopeittkrystallene på overflaten av sinkfosfatbelegget også er meget tilfeldig (slik det kan ventes hvis et sprayfosfatsystem benyttes), kan en gjenget forbindelse for en slik utførelsesform av oppfinnelsen inneholde en bredere fordeling av partikler enn det som vanligvis benyttes i gjengeforbindelser, for eksempel en partikkelfordeling som tilsvarer det som er beskrevet i US 3935114 (Donaho) for bærelagerfett, der et fullstendig område av partikkelstørrelser, noen fine og noen grove, gir bedre smøreegenskaper enn klassifiserte, relativt enhetlige partik-kelstørrelser på mindre enn 10 mikron, eller sågar mindre enn 2 mikron, slik det læres ifølge kjente gjengepastaer.

Det er ikke klart på det nåværende tidspunkt hvorfor en stor prosentandel av hopeitt i et sinkfosfatbelegg gir bedre mot-stand mot opprivning og slitasje i visse gjengede forbindelser på oljefeltområdet. Noen muligheter kan inkludere det faktum at hopeitt er et bedre underlag for gjengesmøremiddel på grunn av det store antall mellomrom mellom hopeittkrystallene, eller at det er den noe høyere hardhet for hopeittkrystallene som bidrar til anti-opprivningsegenskapene, eller at det på det mikroskopiske nivå er en redusert overflateareal-kontakt ved metall/metall-tetningsflaten på grunn av tilfel-digheten av hopeittkrystallfordeling og den nåleliknende form av krystallene.

Videre er det også tatt sikte på at den bedre opprivningsresistens kan skyldes faststoffer i rørdopen som fanges i mellomrommene i hopeittkrystallene. Disse mellomrom kan være av en spesiell størrelse og dybde og de faste partikler for rør-dopen kan ha en partikkelstørrelse eller meshstørrelse som tillater at de fanges i mellomrommene. For forskjellige faste partikler som kan inkludere faste partikler som bly, sink, kobber, PTFE og grafitt, kan en varierende hopeittkornstør- reise og -grovhet resultere i en forbedret opprivningsmot-stand. Det er videre tatt sikte på at hopeittkrystallene kan ha en mellomromsstørrelse- og dybdefordeling og at de faste partikler i rørdopen kan ha en viss partikkelstørrelsesforde-ling .

Det skal videre være klart at en gjengede forbindelse ifølge utførelsesformer av oppfinnelsen også kan dannes ved andre teknikker enn de som spesifikt er beskrevet for å kontrollere P-forholdet for et sinkfosfatbelegg. I tillegg kan et spesielt fosfatsystem og ønsket P-forhold gi et spesielt "mellom-romsmønster" i hopeittdannelsen. Mellomrommene som dannes kan også ha topper og daler. Forholdet mellom prosentandelen av overflaten som representeres ved "topper" i hopeitt, mot prosentandelen representert ved "daler", kan defineres som et "mellomromsforhold". Mellomromsforholdet kan måles etter sam-mensetting og oppbrekking, slik at hopeitt er "jernet" under tildanningsprosessen. Fagmannen på området vil erkjenne at et antall teknikker kan benyttes for å måle dette forhold.

I en alternativ utførelsesform kan metoder og teknikker i henhold til foreliggende oppfinnelse benyttes i såkalte "dopefrie" gjengeforbindelser. I disse utførelsesformer kan den fosfaterende behandling benyttes for å behandle forbindelsen for å gi tilstrekkelig styrke til å gi sammenføyning til å overleve flere sammensettings/oppbrekkings-sykluser uten tilsetning av rørdopen. I visse utførelsesformer kan fosfatering med lavt P-forhold være nyttig for danne underbelegg for ethvert dopefritt system, men kan være spesielt nyttig for et dopefritt system som benytter et spesielt smøremiddel, sus-pendert i en viss type bindemiddel, over fosfateringsbeleg-get.

Tidligere kjente dopefrie systemer er beskrevet for eksempel i US20030144158A1: "Threaded component for seizure-resistant tubular threaded joint", angående en gjenget komponent for en skjæringsresistent, rørformet gjenget skjøt der smøremiddel-substansen er avsatt i en tynn film på minst overflaten av gjengene i gjengepartiet og der overflaten er behandlet for å adsorbere smøremiddelsubstansen. Smøremiddelsubstansen består av en homogen blanding av a) et fortykningsmiddel; b) et sett av ekstremtrykkadditiver som fysisk og kjemisk stemmer over-ens med fortykningsmidlet og omfatter minst et ekstremtrykk-additiv med kjemisk virkning, kalt kjemisk EP-additiv og i stand til å benyttes ved et Hertz-trykk på ikke mindre enn 1000 Mpa; og c) en olje. Egenskapene for bestanddelen for smøremiddelsubstansen velges slik at smøremiddelsubstansen har en konsistens som er i stand til å sikre en selvinduse-rende og filmdannende smøreprosess.

US20040113423A1 beskriver også et slikt system. Ved denne an-vendelse har et gjenget rør for oljeekstraheringsindustrien en gjenget endedel med gjenget overflate der metalloverflaten har en ruhet (Ra) bestående av 2,0 um og 6,0 um, som dekkes av et enhetlig sjikt (7) av et tørt, korrosjonsinhiberende belegg, og et andre enhetlig sjikt (8) av et smøremiddelbe-legg. Alternativt kombineres sjiktene (8, 9) til et enhetlig sjikt (9) av tørr, korrosjonsinhiberende beleggsmasse som inneholder en dispersjon av partikler av fast smøremiddel.

US 6827996 beskriver også et slikt system. Patentet angår en gjenget skjøt for stålrør som omfatter en hann- og hunndel som hver har en kontaktoverflate som inkluderer en gjenget del og en ikke-gjenget metallkontaktdel og som kan forhindres fra opprivning ved gjentatt festing og løsning uten påføring av noe smøremiddel. Et fast smøremiddelbelegg som omfatter et smørepulver som molybdendisulfid og et harpiksbindemiddel, dannes på kontaktoverflaten av minst en av hann- eller hunn-delen. Det faste smøremiddelbelegg har en hardhet på 70-140 på Rockwell M-skalaen og en adhesivstyrke på minst 500 N/m, bestemt ved SAICAS-(Surface and Interfacial Cutting Analysis System-) metoden og viser utmerkede opprivningsresistenser selv i omgivelser for høytemperaturoljebrønner. Inkludering av ultrafiolett screening av finpartikler som titanoksidfin-partikler i det faste smøremiddelbelegg øker rustforhind-ringsegenskapene for den gjengede skjøt. Alle disse patenter og anvendelser er ansett som del av foreliggende beskrivelse.

I visse utførelsesformer av oppfinnelsen kan forbindelsen forvarmes før den anbringes i fosfateringsbadet. Ofte er tem-peraturene som kreves i størrelsesorden rundt 95 °C (200 °F) . Selvfølgelig er et visst tidsrom påkrevd for å bringe stål opp til temperaturen, og forvarming av forbindelsen reduserer behandlingstiden noe.

I andre utførelsesformer kan flere fosfateringsbehandlinger foretas for å skape flere sjikt. Behandlingene kan involvere flere bad (det vil si omrørte og passive (quiescent)), flere dyppetider etc. I en utførelsesform blir velkjente teknikker benyttet i en første dyppebehandling for å skape et hardt, tett fosfofylittsjikt, fulgt av polering (for å fjerne fritt jern), fulgt av en sekundær behandling for å danne et ho-peittsj ikt.

Videre, mens utførelsesformer av oppfinnelsen angir spesi-fikke typer av fosfaterende behandling (det vil si dypping, spraying), vil fagmannen på området erkjenne at konseptene som dekkes av oppfinnelsen signifikant er bredere enn enhver spesiell fosfatbehandlingsmetode. Således ligger det uttryk-kelig innenfor rammen av oppfinnelsen at en hvilken som helst form for fosfatering kan benyttes.

Fordeler ved utførelsesformene av oppfinnelsen kan omfatte en eller flere av det følgende. Den gjengede forbindelse som har et sinkfosfatbelegg ifølge noen utførelsesformer av oppfinnelsen, kan ha forbedret opprivningsresistens. Videre kan en gjenget forbindelse overleve flere sammensettings/oppbrekkings-sykluser.

Mens oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer, vil fagmannen, basert på den foreliggende beskrivelse, kunne erkjenne at andre utførelsesfor-mer kan benyttes uten at de skiller seg fra oppfinnelsens ånd og ramme som her beskrevet, og i henhold til dette blir oppfinnelsen kun begrenset av de vedlagte krav.

Claims (13)

1. Gjengeforbindelse for oljefeltrør,karakterisert vedat den omfatter: en metall/metall-tetning; og et sinkfosfatbelegg, der sinkfosfatbelegget omfatter partikler med en midlere partikkelstørrelse på minst rundt 50 mikron.

2. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat P-forholdet for sinkfosfatbelegget er mindre enn eller lik 0,6.

3. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat P-forholdet for sinkfosfatbelegget er mindre enn eller lik 0,4.

4. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat metall/metall-tetningen har en tetningsvinkel på mindre enn 10 grader.

5. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat gjengeforbindelsen har en gjengestigning på mellom 2 gjenger per tomme (2,54 cm) og 6 gjenger per tomme (2,54 cm).

6. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat metall/metall-tetningen har en diametralinterferens ved en foreskreven sammenskruing på mellom 0,0025" og 0,0045" per tomme nominell diameter av oljefeltrørene.

7. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat oljefeltrørene har en nominell diameter lik eller større enn 9,375".

8. Gjengeforbindelse ifølge krav 1,karakterisert vedat den midlere partikkelstørrelse ligger fra rundt 50 til rundt 100 mikron.

9. Fremgangsmåte for behandling av en gjengeforbindelse,karakterisert vedat den omfatter: belegning av minst en del av gjengeforbindelsen med en fosfaterende forbindelse under betingelser tilstrekkelige til å danne hopeittkrystaller med en midlere partikkelstørrelse på minst rundt 50 mikron.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisertved at beleggingsbetingelsene omfatter en dyppe-tid, for et passivt (quiescent) sinkfosfatbad, på mer enn rundt 600 sekunder og mindre enn rundt 1600 sekunder .

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisertved at betingelsene er tilstrekkelige til å gi et valgt mellomromsforhold.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisertved at forbindelsen i det vesentlige tildannes uten tilsetning av signifikante mengder rørdop.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisertved at beleggingsbetingelsene omfatter en dyppe-temperatur rundt 95 °C (200 °F).