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摘要：介绍了石油用管润滑技术的特点、使用环境、国外油井管知名生产厂V&M， Tenaris和Hunting等相关产品及其工艺，讨论了一种无螺纹脂技术的可行性，以期为该技术的开发奠定基础。
关键词：石油用管;润滑技术;固体润滑;MoS2
石油用管是石油天然气勘探开发大量使用的管材产品，通过管端的螺纹连接成管柱，形成长达数千米的采油通道。石油用管的专用润滑脂包括储存脂和螺纹脂两类，涂抹的位置均在管螺纹接头处。储存脂在油套管运输中使用，起到防止螺纹锈蚀的作用。螺纹脂在油田操作中使用，起到密封、辅助润滑和保护作用。使用石油用管专用脂的目的就是克服石油钢管螺纹接头在使用过程中发生的粘扣、泄漏和螺纹损伤等失效。常规的螺纹脂以油脂为基础，辅以各种添加剂和金属铅、铜、锌、石墨粉等固体填料。
1. 国外石油用管润滑技术的发展
为了保护环境，国外知名的油井管生产厂开发了新螺纹脂，即绿色螺纹脂（green dopes）产品。绿色螺纹脂不包含重金属和一些有机的有害物。但根据V&M公司的实验结论，绿色螺纹脂并不能很好的解决13Cr，超级13Cr和CRA材料的粘扣问题。另一方面，螺纹脂的涂敷量与均匀性等，影响着螺纹拧接时接触面的摩擦系数，因为对螺纹上扣扭矩影响很大。
为了彻底解决以上问题，在本世纪初，国际知名石油专用管生产商开始致力于研究和推广无螺纹脂技术。所谓无螺纹脂技术，指采用特殊工艺在套管（或油管）螺纹摩擦副表面涂装特殊涂层来取代上扣过程中使用的螺纹脂，该涂层具有抗粘扣、润滑和一定的抗腐蚀能力。由于在使用中不需要涂抹螺纹脂。无螺纹脂技术的特点主要有：1、能够有效减少石油钻采过程中对环境的污染;2、应对极地环境中由于低温造成的螺纹脂不可用的情况;3、解决沙漠中大风沙导致高硬度颗粒物进入螺纹脂造成的螺纹划伤破坏气密性问题;4、减少下井过程中涂抹螺纹脂的工作环节，加快套管（或油管）的下井速度，提高效率，节省成本。
3. 无螺纹脂技术的开发探讨
无螺纹脂技术是通过表面喷涂的方式将固体润滑剂均匀涂覆于接头螺纹的表面，通过对涂层进行固化处理，在表面形成致密的固体润滑涂层。固体润滑材料可以减少螺纹接触表面的摩擦和磨损作用。在挤压滑移载荷作用的过程中，固体润滑材料和周围介质的摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜，降低摩擦磨损。润滑涂层的材料有MoS2、WS2、石墨、BN、PTFE等树脂。采用表面涂层处理的无螺纹脂特殊扣接头具备了抗粘扣和一定的防腐蚀能力。
固体润滑涂层对无螺纹脂技术是最为关键的。固体润滑涂层在固化前是一种溶液，将该溶液均匀覆盖在整个螺纹表面，随后进行固化工艺，通过溶剂与粘结剂相互作用，使涂层固化，溶液中的腐蚀抑制剂对涂层具有性能强化作用。润滑涂层的厚度约为40um以下，主要成分包括MoS2、石墨及辅助剂。其中纳米级的MoS2能强烈的吸附在金属表面，由于其尺寸小所以能填平金属的表面微小坑洼，在金属表面形成一层平整、光滑的修复层，从而降低摩擦，减少磨损。MoS2是一种优异的固体润滑剂，其分子结构为六方晶体的层状结构，能够耐较高的接触压力和较高的摩擦速度，随着MoS2的粒径变小，它在摩擦材料表面的附着性与覆盖程度都明显提高，所以抗磨、减磨性能也成倍提高。在较高的接触压力作用下的摩擦使MoS2微粒在金属接触区停留时间较短，外载荷来不及压扁MoS2微粒，同时也没被金属表面吸附，纳米级的MoS2微粒已离开接触区，此时的纳米微粒能起到一种类似微型的“球轴承”作用，形成滚动轴承效应，从而起到减磨作用。
无螺纹脂特殊螺纹接头的制造过程主要步骤如下：
1） 为了提高润滑涂层与基体材料的结合力，以及防腐蚀等，需要对基体材料进行一定的处理。方法是在基体上预先涂覆一层涂层，如表面磷化、电镀铜、机械镀锌或锌合金，以及表面氮化等。
2） 在洁净干燥的环境中进行涂覆，将润滑剂雾化喷涂在接箍内螺纹和管端公螺纹表面，喷涂完之后进行固化，固化温度不超过100℃，时间控制在两小时以内。
4. 结论
虽然目前国内没有使用无螺纹脂产品的先例，但是随着我国对环境问题的日益关注，无螺纹脂技术具有广阔的市场前景。开发无螺纹脂技术，对于提升国内油井管行业在国际上的竞争力，打开新的市场，具有重要的意义。
参考文献
[1] J. Rignol， A. Parde， E. Thoreau， and L. Verdillon， “ Worldwide first run in hole of dope-free 13Cr production tubing string”， SPE 95507， 2005
[2] ISO 13678：2000， “Petroleum and natural gas industries- evaluation and testing of thread compounds for use with casing ，tubing and line pipe”.
[3] G. E Carcagno， E. Gallo， “Threaded connections with high and low friction coatings”， WO 2007/063079
[4] 羅湘燕等，原位合成的纳米MoS2微粒/聚酯聚合物改善航空润滑油抗磨性能的研究，润滑与密封，2003.05
关键词：石油用管;润滑技术;固体润滑;MoS2
石油用管是石油天然气勘探开发大量使用的管材产品，通过管端的螺纹连接成管柱，形成长达数千米的采油通道。石油用管的专用润滑脂包括储存脂和螺纹脂两类，涂抹的位置均在管螺纹接头处。储存脂在油套管运输中使用，起到防止螺纹锈蚀的作用。螺纹脂在油田操作中使用，起到密封、辅助润滑和保护作用。使用石油用管专用脂的目的就是克服石油钢管螺纹接头在使用过程中发生的粘扣、泄漏和螺纹损伤等失效。常规的螺纹脂以油脂为基础，辅以各种添加剂和金属铅、铜、锌、石墨粉等固体填料。
1. 国外石油用管润滑技术的发展
为了保护环境，国外知名的油井管生产厂开发了新螺纹脂，即绿色螺纹脂（green dopes）产品。绿色螺纹脂不包含重金属和一些有机的有害物。但根据V&M公司的实验结论，绿色螺纹脂并不能很好的解决13Cr，超级13Cr和CRA材料的粘扣问题。另一方面，螺纹脂的涂敷量与均匀性等，影响着螺纹拧接时接触面的摩擦系数，因为对螺纹上扣扭矩影响很大。
为了彻底解决以上问题，在本世纪初，国际知名石油专用管生产商开始致力于研究和推广无螺纹脂技术。所谓无螺纹脂技术，指采用特殊工艺在套管（或油管）螺纹摩擦副表面涂装特殊涂层来取代上扣过程中使用的螺纹脂，该涂层具有抗粘扣、润滑和一定的抗腐蚀能力。由于在使用中不需要涂抹螺纹脂。无螺纹脂技术的特点主要有：1、能够有效减少石油钻采过程中对环境的污染;2、应对极地环境中由于低温造成的螺纹脂不可用的情况;3、解决沙漠中大风沙导致高硬度颗粒物进入螺纹脂造成的螺纹划伤破坏气密性问题;4、减少下井过程中涂抹螺纹脂的工作环节，加快套管（或油管）的下井速度，提高效率，节省成本。
3. 无螺纹脂技术的开发探讨
无螺纹脂技术是通过表面喷涂的方式将固体润滑剂均匀涂覆于接头螺纹的表面，通过对涂层进行固化处理，在表面形成致密的固体润滑涂层。固体润滑材料可以减少螺纹接触表面的摩擦和磨损作用。在挤压滑移载荷作用的过程中，固体润滑材料和周围介质的摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜，降低摩擦磨损。润滑涂层的材料有MoS2、WS2、石墨、BN、PTFE等树脂。采用表面涂层处理的无螺纹脂特殊扣接头具备了抗粘扣和一定的防腐蚀能力。
固体润滑涂层对无螺纹脂技术是最为关键的。固体润滑涂层在固化前是一种溶液，将该溶液均匀覆盖在整个螺纹表面，随后进行固化工艺，通过溶剂与粘结剂相互作用，使涂层固化，溶液中的腐蚀抑制剂对涂层具有性能强化作用。润滑涂层的厚度约为40um以下，主要成分包括MoS2、石墨及辅助剂。其中纳米级的MoS2能强烈的吸附在金属表面，由于其尺寸小所以能填平金属的表面微小坑洼，在金属表面形成一层平整、光滑的修复层，从而降低摩擦，减少磨损。MoS2是一种优异的固体润滑剂，其分子结构为六方晶体的层状结构，能够耐较高的接触压力和较高的摩擦速度，随着MoS2的粒径变小，它在摩擦材料表面的附着性与覆盖程度都明显提高，所以抗磨、减磨性能也成倍提高。在较高的接触压力作用下的摩擦使MoS2微粒在金属接触区停留时间较短，外载荷来不及压扁MoS2微粒，同时也没被金属表面吸附，纳米级的MoS2微粒已离开接触区，此时的纳米微粒能起到一种类似微型的“球轴承”作用，形成滚动轴承效应，从而起到减磨作用。
无螺纹脂特殊螺纹接头的制造过程主要步骤如下：
1） 为了提高润滑涂层与基体材料的结合力，以及防腐蚀等，需要对基体材料进行一定的处理。方法是在基体上预先涂覆一层涂层，如表面磷化、电镀铜、机械镀锌或锌合金，以及表面氮化等。
2） 在洁净干燥的环境中进行涂覆，将润滑剂雾化喷涂在接箍内螺纹和管端公螺纹表面，喷涂完之后进行固化，固化温度不超过100℃，时间控制在两小时以内。
4. 结论
虽然目前国内没有使用无螺纹脂产品的先例，但是随着我国对环境问题的日益关注，无螺纹脂技术具有广阔的市场前景。开发无螺纹脂技术，对于提升国内油井管行业在国际上的竞争力，打开新的市场，具有重要的意义。
参考文献
[1] J. Rignol， A. Parde， E. Thoreau， and L. Verdillon， “ Worldwide first run in hole of dope-free 13Cr production tubing string”， SPE 95507， 2005
[2] ISO 13678：2000， “Petroleum and natural gas industries- evaluation and testing of thread compounds for use with casing ，tubing and line pipe”.
[3] G. E Carcagno， E. Gallo， “Threaded connections with high and low friction coatings”， WO 2007/063079
[4] 羅湘燕等，原位合成的纳米MoS2微粒/聚酯聚合物改善航空润滑油抗磨性能的研究，润滑与密封，2003.05