(57)【要約】  ネジ連結部を処理する方法を記述し、この方法は、ホープ石被膜がある厚みで生じるに充分な処理時間を決定し、ネジ連結部の少なくとも一部（３、４）に燐酸塩処理用化合物による被覆を前記厚みのホープ石被膜が生じるに充分な時間受けさせることを包含する。
2008540961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油田管用ネジ接続部であって、
金属と金属のシール、および
燐酸亜鉛被膜、
を含有して成っていて、前記燐酸亜鉛被膜が少なくとも約５０ミクロンの平均粒径を有する粒子を含んで成る、上記ネジ接続部。
【請求項２】
前記燐酸亜鉛被膜のＰ比が０．６に等しいか或はそれ以下である請求項１記載のネジ接続部。
【請求項３】
前記燐酸亜鉛被膜のＰ比が０．４に等しいか或はそれ以下である請求項１記載のネジ接続部。
【請求項４】
前記金属と金属のシールが有するシール角が１０度未満である請求項１記載のネジ接続部。
【請求項５】
１インチ当たり２個のネジ山から１インチ当たり６個のネジ山の範囲のネジピッチを有する請求項１記載のネジ接続部。
【請求項６】
前記金属と金属のシールが、所定組み立て時に示す直径干渉が油田管の公称直径１インチ当たり０．００２５”から０．００４５”の範囲である、請求項１記載のネジ接続部。
【請求項７】
前記油田管の公称直径が９．３７５”に等しいか或はそれ以上である請求項１記載のネジ接続部。
【請求項８】
前記平均粒径が約５０から１００ミクロンの範囲である請求項１記載のネジ接続部。
【請求項９】
ネジ接続部を処理する方法であって、前記ネジ接続部の少なくとも一部に燐酸塩処理用化合物による被覆を平均粒径が少なくとも約５０ミクロンのホープ石結晶が生じるに充分な条件下で受けさせることを含んで成る方法。
【請求項１０】
前記被覆の条件に静止燐酸塩浴への浸漬時間を約６００秒以上から約１６００秒未満にすることを含める請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記条件を選択した格子間間隔比がもたらされるに充分な条件にする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
次にパイプドープを有意な量で添加することなく連結部を組み立てる請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記被覆の条件に浸漬温度を約２００度Ｆにすることを含める請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、油井およびガス井ケーシング（ｃａｓｉｎｇ）およびチュービング（ｔｕｂｉｎｇ）用の金属と金属のシール（ｍｅｔａｌ−ｔｏ−ｍｅｔａｌ  ｓｅａｌｓ）を伴うネジ連結部（ｔｈｒｅａｄｅｄ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）の表面処理に関する。より詳細には、本発明は、耐摩耗性が向上するようにネジ連結部を燐酸亜鉛で処理する時にホスホフィライト（Ｚｎ２Ｆｅ（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ）とホープ石（Ｚｎ３（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ）の比率を設定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸の掘削、完成および製造でしばしばケーシングジョイント、ライナーおよび他の油田管（ｏｉｌｆｉｅｌｄ  ｔｕｂｕｌａｒｓ）が用いられる。ケーシングジョイントは例えば層を安定化させるか或は層を高い坑井圧（例えば層圧を超える坑井圧）に対して保護する目的で坑井の中に設置され得る。
【０００３】
ケーシングジョイントとネジ連結部を端と端を接した様式で連結させることが行われ得るが、そのようなネジ連結部は、前記ケーシングジョイントの外側壁と前記坑井の壁の間に形成された環状空間部と前記連結させたケーシングジョイントの内部の間にシールが形成されるように設計されている。そのシールは連結部近くに形成される金属と金属のシールであり得る。そのような金属と金属のシールの例が特許文献１および２（これらは両方とも本発明の譲受人に譲渡された）に教示されている。
【０００４】
壁が比較的薄い油田管用のネジ連結部で用いられる金属と金属のシールは、パイプの薄い壁を最も有効に利用することができるように、前記ネジ連結部の中心線から測定して１０度未満の浅いシール角（ｓｅａｌ  ａｎｇｌｅｓ）を持ち得る。
【０００５】
直径が大きい油田管は、Ｄ／ｔ比（パイプの公称壁圧に対するパイプの公称外径の比率）が相対的に大きいことから、取り扱いが不適切なことによる製造変動または損傷が理由で楕円形になることまたは他の偏心が起こると言った欠点を持ち得る。金属と金属のシールを直径が大きなケーシング用のネジ連結部で用いる場合、ネジ設計者は、しばしば、パイプがいくらか起こす偏心によってシールが危うくならないことを確保する目的で、組み立て時（即ち、連結部を一緒にネジ締めする時）のシール表面間の干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を大きくする義務がある。シール干渉は、典型的に、パイプの公称直径１インチ当たりの直径干渉（１インチの千分の１）で測定される。シール干渉がパイプの公称直径１インチ当たり０．００２５”から０．００４５”の範囲内になるようにしてもよい。例えば、公称直径が１６”のパイプの場合、金属と金属のシールが示す組み立て時の干渉が直径で表して０．０４０”から０．０７２”になるようにしてもよい。
【０００６】
直径が大きい油田管を本明細書で用いる場合、これは、一般に、公称直径が９．３７５”に等しいかあるそれ以上のパイプを意味するが、本発明の利点を必ずしもそのような寸法のパイプに限定するものではない。
【０００７】
その上、今日では、油井およびガス井を掘削する会社は直径が大きいケーシングのネジ連結部が多数回の開閉サイクルを受け入れ得ることを一般に要求している、即ち、連結部は有害な影響、例えば金属と金属のシールの表面の摩耗無しに組み立て（一緒にネジ締め）と解体（ネジを外す）を複数回行うことができるべきである。
【０００８】
摩耗は本分野の通常の技術者に良く知られた現象である。摩耗は有害な潤滑損失である
と考えることができる。摩耗はしばしば長い表面に渡る高い接触応力によって生じる。従って、摩耗は接触角が浅い油田管の場合に特に重大である（接触角が浅いと勿論接触によって応力がかかる距離も長くなる）。その上、直径が大きい管でもそれはまた一般的なことである、と言うのは、直径が大きくなるに伴って接触応力が高くなるからである。
【０００９】
連結部の組み立てを多数回に渡って行うことができるようにすると言った要求は、ケーシングを井戸の中に流し込んでいる間に遭遇する問題、例えば坑井の中の妨害物が存在すると言った問題などが起こった時にケーシングを坑井から取り出すことで問題を矯正しそして次にケーシングを再び設置することができることを確保することを意図する。そのような開閉要求の一般的説明は、ネジ連結部を３回組み立てそして２回解体することができる必要があることにあり、これは、ケーシングを坑井の中に入れるのに問題が２回起こりそしてそれに続いてそれを坑井に完全に入れることを模擬するものである。
【００１０】
油田連結部用のネジ連結部を組み立てる時点で、通常は、それらを「ネジ用化合物」（一般に「パイプドープ（ｐｉｐｅ  ｄｏｐｅ）」と呼ぶ）で潤滑させる。ネジ用化合物は最も一般的には油脂が基になった化合物であり、それには鉛、銅または錫またはグラファイトまたはこれらの酸化物または硫化物または同様な無機材料の粒子、または別法として、ＰＴＦＥまたは他の合成材料が入っている。そのような粒子の大きさは典型的に１ミクロンから約７５ミクロンの範囲であるが、時には大きさが１００ミクロン以上のものもあり得る。
【００１１】
例えば、フレーク状の銅、粉末状の鉛およびグラファイトを含有するネジ連結部用潤滑組成物が特許文献３に教示されている。前記組成物に入っている銅フレークは非常に小さく、通常は、厚みが実質的に均一であり、３．９ｘ１０−５から１９．５ｘ１０−５インチ（即ち約１ミクロンから５ミクロン）の範囲内である。前記銅フレークの最大寸法を約７６ミクロン以下にすべきであることが教示されている。
【００１２】
金属、金属酸化物または金属硫化物の微細粒子を含有する導電性ネジ用化合物が特許文献４に教示されており、それの最大粒径は約０．００２”（約５０．８ミクロン）未満、好適には０．００１”（約２５．４ミクロン）未満である。
【００１３】
鉛粒子の約６３パーセントが３２５メッシュのふるいを通過し（即ち、大きさが４４ミクロン未満であり）そして鉛粒子の別の１４パーセントが２００メッシュのふるいを通過する（即ち、大きさが７４ミクロン未満である）粉末状の鉛粒子を含有するパイプネジ用潤滑剤が特許文献５に教示されている。
【００１４】
油田掘削用ビットに用いられるジャーナルベアリング用の低摩耗グリースが特許文献６に教示されており、それは粒子の１００パーセントが１００メッシュのふるいを通過し（即ち、１４９ミクロン未満であり）かつ粒子の８５パーセントが３２５メッシュのふるいを通過する（即ち、４４ミクロン未満である）と言った範囲の粒径を有する二硫化モリブデンを含有する（微細な粒子をいくらか含有しかつ粗い粒子をいくらか含有する）。
【００１５】
直径が大きいケーシングで用いられるネジ連結部に浅い角度の金属と金属のシール（即ち、シール角が１０度未満のシール）を高いシール干渉と組み合わせて用いると、その金属と金属のシールの表面は組み立て中に連結部が数回回転している間接触した状態にあり得る。
【００１６】
その上、ネジピッチ（通常は１インチ当たりのネジ山数として示される）が大きいと、金属と金属のシールの表面が組み立て中に接触した状態で連結部が回転する回数がネジピッチが小さい場合に比べて多くなり得る。油田管用のネジ連結部のネジピッチは典型的に
１インチ当たり２個のネジ山から１インチ当たり６個のネジ山の範囲内である。
【００１７】
全体として、そのような変項の組み合わせによって、金属と金属のシールの２つの鋼表面が接触表面に垂直な応力下でかなりの螺旋距離に渡って滑り接触する状況が生じ得る。このことは、開閉サイクルを繰り返すと金属と金属のシールの表面がそのような条件下で摩耗を非常に起こし易いことを意味し得る。
【００１８】
油田管では、通常、貯蔵中に起こる腐食の度合が低下しかつ組み立て中のネジ用潤滑剤（「パイプドープ」）の保持が向上するように燐酸塩被膜をネジ連結部に与えることが行われ得る。この目的でいろいろな種類の燐酸塩被膜が用いられる。例えば、ドリルパイプネジ（これは寿命中に数百回の開閉サイクルを受け得る）には一般に重質の燐酸マンガン処理による被覆が行われる。燐酸マンガン被膜は典型的に燐酸亜鉛被膜よりも濃密であり、硬質であり、熱安定性が良好でありかつ耐バニシ仕上げ性が良好である。
【００１９】
しかしながら、燐酸マンガンによる処理は燐酸亜鉛による処理よりもずっと高価でありかつ時間を消費し得る。
【００２０】
燐酸亜鉛被膜は、塗料の接着性を向上させかつ耐腐食性を向上させる目的で、塗装下塗りとして産業で幅広く用いられている。鋼基質に付着させる燐酸亜鉛被膜は典型的に下記の２種類の水化鉱物で構成されている：ホープ石［燐酸亜鉛、Ｚｎ３（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ］およびホスホフィライト［燐酸亜鉛鉄、Ｚｎ２Ｆｅ（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ］。ホープ石の結晶形態は一般に斜方晶系でＭｏｈ硬度は約４である。ホスホフィライトの結晶形態は一般に単斜晶系でＭｏｈ硬度は約３である。
【００２１】
後で付着させる被膜（例えば塗料）の接着性および耐腐食性は（ａ）燐酸塩被膜の重量［典型的には１平方メートル当たりのグラム（ｇｍ／ｍ２）で測定］および（ｂ）被膜内のホスホフィライトとホープ石の比率の影響を顕著に受けかつそれらが燐酸塩被膜の効率を決定する重要な特性であることが知られている。
【００２２】
燐酸亜鉛被膜内のホスホフィライトとホープ石の比率はしばしば「ホスホフィライト比」または「Ｐ比」と呼ばれる比率で表され、これは
Ｐ比＝ｌｐ／ｌｐ＋ｌｈ                            （式１）
［式中、ｌｈは、ホープ石表面が示すＸ線回折強度を表し、そしてｌｐは、ホスホフィライト表面が示すＸ線回折強度を示す］
で表される。Ｐ比は、鉄および鋼に付着させる塗料が基になった被膜として用いられる燐酸塩亜鉛塩型の膜を特徴付ける値であるとして幅広く認識されている。
【００２３】
燐酸亜鉛処理系（ｚｉｎｃ  ｐｈｓｐｈａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）の中にホスホフィライトを生じさせる必要がある鉄では、伝統的に、鋼基質を溶解させることでそのような鉄を得ている。現代のいくつかの燐酸亜鉛処理系では、また、燐酸塩処理用溶液に有効な鉄を添加することも行われ得る。「トリカチオン（ｔｒｉ−ｃａｔｉｏｎ）」の燐酸塩処理系の場合、また、燐酸塩処理用浴にニッケルおよびマンガンを添加することも可能である。
【００２４】
本発明に関するＰ比を測定する目的で、本技術分野で現在実施されているように、Ｐ比に関して、「ホスホフィライト」には燐酸亜鉛鉄が包含されるばかりでなくまたホスホフィライトの中の鉄のいくらかまたは全部が燐酸塩処理用溶液に溶解していたマンガン、ニッケル、コバルト、カルシウム、マグネシウム、銅および／または同様なカチオンと置き換わっていてもよい類似物のいずれも包含されると考えている。
【００２５】
Ｐ比を測定する標準的な方法はＸ線回折方法であるが、しかしながら、また、いろいろな方法を用いてそれを実験的に測定することも可能であり、そのような方法には、例えば特許文献７に教示されている試薬方法が含まれる。
【００２６】
燐酸亜鉛被膜を鋼（例えば自動車または電気器具用途における）に付着させる塗装表面用下塗り剤として用いる場合に燐酸亜鉛下塗り剤が示すＰ比を非常に高い比率に維持すると塗装表面が塩水噴霧およびかさぶた腐食に対して示す抵抗力が大きく向上することが本技術分野で良く知られている。即ち、塗装下塗りで用いられる燐酸亜鉛被膜の中のホープ石のパーセントを低くするのが望ましい。
【００２７】
塗料が基になった被膜に関して良好な化成被膜を生じさせるＰ比値は０．８から１．０であると考えられている（特許文献８に記述されているように）。
【００２８】
鋼製ディスクブレーキシューの燐酸塩被膜が受け板と摩擦材料の間で良好な接着を示すに最も好適なＰ比は０．８から１．０であることが特許文献９に開示されている。
【００２９】
後の上塗り、例えば塗料などの性能が向上するように亜鉛または亜鉛が基になった合金（本質的に亜鉛メッキ鋼）のベースコートと燐酸亜鉛の表面被覆層を伴う２層被覆鋼材料が特許文献１０に教示されている。特許文献１０には、更に、通常の燐酸亜鉛処理を亜鉛または亜鉛が基になった合金がメッキされている鋼材料に適用すると結果としてもたらされる燐酸塩被膜が主にホープ石型の燐酸亜鉛（Ｚｎ３（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ）を針様結晶形態で含有することも教示されている。
【００３０】
燐酸亜鉛処理を溶液中に遊離鉄を全く存在させないで高純度の亜鉛に適用すると１００％ホープ石がもたらされることが本技術分野で知られている。以下に考察するように、油田管用ネジ連結部に付着させた燐酸亜鉛被膜の中に存在するホープ石のパーセントを高くすることができれば、それは非常に望ましいが、特許文献１０に教示されている方法を用いると必要な亜鉛ベースコートに要する費用が加わることで油田用ネジ連結部にとって経済的ではない。
【００３１】
それにも拘らず、図１（特許文献１０の図３）が示すように、特許文献１０には、燐酸亜鉛被膜の中の亜鉛の濃度に応じて、亜鉛メッキ鋼に付着させた燐酸亜鉛被膜の中に下記の如き異なる３種類の結晶「領域」が存在することが教示されている：（ａ）亜鉛の含有量が２重量％から４０重量％の時に結果として生じる燐酸塩層は主に濃密な微粒子形状結晶形態の燐酸亜鉛鉄、即ちホスホフィライトで構成されている。図１の曲線ＩＩで示すように、その領域を「粒子形状結晶」と表示する。（ｂ）亜鉛含有量が約４０重量％から６０重量％の範囲の時の燐酸塩膜層は、微粒子形状のホスホフィライト結晶と粗い針形状のホープ石結晶の混合物で構成されている。図１の曲線ＩＩで示すように、その領域を「針形状結晶と粒子形状結晶の混合物」と表示する。（ｃ）亜鉛含有量が約６０重量％を超えた時の燐酸塩層は主にホープ石結晶で構成されている。図１の曲線ＩＩに示すように、その領域を「針形状結晶」と表示する。この図は、明らかに、燐酸亜鉛被膜内の鉄に対する亜鉛の比率が変化するに伴って生じる前記被膜の結晶形態（結晶の大きさと形状の両方を包含）に対する影響は連続的であることを示している。
【００３２】
一般に、ホープ石結晶が成長する大きさ（長さが２０−５０ミクロンに及ぶと報告されている）の方がホスホフィライト結晶が成長する大きさよりも大きい傾向があり、かつそれの配向は無作為である（いくつかの結晶は垂直、即ち基質の面に対して垂直に成長することを包含）。ホープ石結晶が成長する様式は無作為であり、その結果として、結晶間の格子間間隔は相対的に大きい。結晶の大きさが相対的に大きいことと結晶の成長が無作為（そして時には垂直）であることと格子間間隔が大きいことの組み合わせが理由で燐酸亜
鉛層にホープ石が豊富に存在するとそれと上塗り（例えば塗料）の接着力に悪い影響が生じることが示されていた。
【００３３】
しかしながら、油田ケーシングのネジ連結部が多数回の開閉サイクルの要求を満たすように燐酸亜鉛被膜の性能を燐酸マンガン系も他の高価な燐酸塩処理系も用いることなく向上させる方法が求められているままである。
【００３４】
【特許文献１】Ｂｌｏｓｅ他に発行された米国特許第５，４２３，５７９号
【特許文献２】Ｂｌｏｓｅ他に発行された米国特許第２，８９３，７５９号
【特許文献３】米国特許第２，５４３，７４１号（Ｚｗｅｉｆｅｌ）
【特許文献４】米国特許第２，７５４，２６６号（Ｓｔｅｇｅｍｅｉｅｒ他）
【特許文献５】米国特許第３，４２３，３１５号（ＭｃＣａｒｔｈｙ他）
【特許文献６】米国特許第３，９３５，１１４号（Ｄｏｎａｈｏ）
【特許文献７】米国特許第４，５４４，６３９号（Ｆａｕｓｔ）
【特許文献８】米国特許第６，１７９，９３４号（Ｋａｗａｋａｍｉ他）、コラム２、４１行
【特許文献９】米国特許第６，６１２，４１５号（Ｙａｍａｎｅ）
【特許文献１０】米国特許第４，５１０，２０９号（Ｈａｄａ他）
【発明の開示】
【００３５】
発明の要約
本発明は、１つの面において、金属と金属のシールおよび燐酸亜鉛被膜を有する油田管用ネジ連結部（特定の公称直径および壁圧を有する）を設計する方法に関し、この方法は、必要なネジピッチを決定し、金属と金属の必要なシール角を決定し、ネジ連結部の所定組み立て時の金属と金属のシールの表面間の必要な直径干渉を決定し、そして燐酸塩被膜に関して、所定数の開閉サイクル中の摩耗を防止するような適切なＰ比を選択する段階を包含する。
【００３６】
別の面において、本発明は、金属と金属のシールおよび燐酸亜鉛被膜を有する油田管用ネジ連結部に関し、ここでは、それにＰ比が０．８に等しいか或はそれ以下の燐酸亜鉛被膜を含める。
【００３７】
更に別の面において、本発明は、ネジ連結部を処理する方法に関し、この方法は、ある厚みのホープ石被膜が生じるに充分な処理時間を決定しそして前記ネジ連結部の少なくとも一部に燐酸塩処理用化合物による被覆を前記厚みのホープ石被膜が生じるに充分な時間受けさせる段階を包含する。
【００３８】
以下の説明および添付請求項から本発明の他の面および利点が明らかになるであろう。
【００３９】
詳細な説明
１つの面における本発明の態様は、金属と金属のシールおよび燐酸亜鉛被膜を有するネジ連結部を設計する方法に関する。特別な態様はネジ連結部を処理する方法に関する。さらなる態様は、金属と金属のシールおよび燐酸亜鉛被膜を有するネジ連結部に関する。
【００４０】
図２を参照して、金属と金属のシールを伴う油田管用ネジ連結部を示す。そのネジ連結部によって円筒形のメスもしくはボックス型部材１と円筒形のオスもしくはピン型部材２が連結している。そのボックス型部材１とピン型部材２は隣接するケーシング部材の末端部と一体式であってもよく（個別には示していないが）かつ隣接するケーシングと一緒に連結するように設計されていてもよい。ボックス型部材１およびピン型部材２のそれぞれに相補的な内部および外部のネジ部分３および４を含めてもよい。ボックス型部材１は円
錐形の密閉表面５を含み、これはピン型部材２の相当する密閉表面６と実質的に相補的である。
【００４１】
本発明の１つの態様では、燐酸亜鉛被膜をネジ連結部、例えば図２に示すネジ連結部などに与える。その燐酸亜鉛被膜はホープ石とホスホフィライトの両方を含有し得る。そのような燐酸亜鉛被膜をボックス型部材１またはピン型部材２のいずれかに付着させてもよい。別法として、前記燐酸亜鉛被膜をボックス型部材１およびピン型部材２に付着させてもよい。
【００４２】
本発明の１つの態様に従い、適切なＰ比を選択することでホープ石とホスホフィライトの量を決定する。本技術分野で良く知られている異なる数種の方法を用いてＰ比が高い被膜（ホープ石のパーセントが低い）を生じさせることができ、そのような方法には、これらに限定するものでないが、下記が含まれる：
・  静止燐酸塩処理用浴を用いること
・  燐酸塩処理用溶液に用いる亜鉛の濃度を低くすること
・  燐酸塩処理用浴内の滞留時間を短くすること。
【００４３】
それとは対照的に、異なる数種の方法を用いて被膜内のホープ石のパーセントを高くしてＰ比を低くすることができ、そのような方法には、これらに限定するものでないが、下記が含まれる：
・  燐酸亜鉛被膜を亜鉛メッキ鋼に付着させること
・  燐酸塩処理用溶液に用いる亜鉛の濃度を高くすること
・  静止燐酸塩処理用浴内の滞留時間を長くすること
・  静止燐酸塩処理用浴を撹拌すること
・  浴の代わりに噴霧塗装を用いること
・  処理中に表面を刷毛で払うか或は擦ること。
【００４４】
本発明の１つの態様では、Ｐ比を０．８に等しいか或はそれ以下にしてもよい。別の態様では、Ｐ比を０．６に等しいか或はそれ以下にしてもよい。更に別の態様では、Ｐ比を０．４に等しいか或はそれ以下にしてもよい。
【００４５】
修飾を受けさせた燐酸亜鉛被膜をピン型（オス）ネジ連結部またはボックス型（メス）ネジ連結部のいずれかまたは両方に付着させておくことで直径が大きいケーシングの場合に開閉サイクルを繰り返している間に金属と金属のシールの表面が起こす摩耗を有意に低下させるか或はなくすことができることを実験を通して確認した。
【００４６】
具体的には、塗装もしくは接着表面に最適な燐酸亜鉛被膜に関する従来技術の教示とは対照的に、油田管用の個々のネジ連結部の金属と金属のシールが起こす摩耗を防止するに必要な最大Ｐ比が存在することを確認した。所定ネジ連結部に適した燐酸亜鉛被膜の最大Ｐ比を下記に従って決定することができる：
Ｐｍａｘ≒Ｃ１Ｄ＋Ｃ２Ｔ＋Ｃ３Ａ＋Ｃ４Ｉ          （式２）
式中、Ｄは、パイプの公称ＯＤの直径（シール接触領域の直径）であり、Ｔはネジピッチであり、Ａはシール角であり、Ｉはシール干渉であり、そしてＰｍａｘは最大Ｐ比である。Ｃ１、Ｃ２およびＣ４は逆関数でありそしてＣ３は一次関数であり、その結果として、直径、ネジピッチまたはシール干渉が大きくなるとＰｍａｘが小さくなりそしてシール角が大きくなるとＰｍａｘも大きくなる。また、最大Ｐ比はまた追加的変項、例えばホープ石結晶の格子間間隔などの影響も受けるとも考えている。
【００４７】
その上、通常の商業的燐酸亜鉛浴への浸漬時間を約６００秒より長くしても燐酸塩被膜の厚みが厚くなることはあり得ないが浸漬時間を少なくとも６００秒から少なくとも１６
００秒の範囲で長くすると耐摩耗性が向上し得ることも実験的に確認した。
【００４８】
このような確認は一般に図３に示した事象と一致しており、図３に、燐酸亜鉛被膜を横切る電位（ミリボルト、即ちｍＶで表す）を燐酸亜鉛被覆用浴中の滞留時間と対比させて示す。油田管のネジ連結部を通常の燐酸亜鉛浴に入れる典型的な滞留時間は数分の桁であり、一般に１０分間（即ち６００秒間）よりかなり短い。これはその過程の「結晶化および成長」段階が始まることに相当し、これは逆にＰ比が非常に高いことに相当し、この段階中に生じる結晶は主にホスホフィライトである。
【００４９】
油田管のネジ連結部の金属と金属のシールが示す摩耗を制限する燐酸亜鉛被膜を達成するには前記被膜のＰ比が図３中の「Ｃ」領域（「結晶化および成長」）の中期または後期段階、または「Ｄ」領域（「結晶再構成」）に入る段階に相当するようにすべきであることを実験で確かめた。即ち、通常の燐酸亜鉛浴中の滞留時間を一般に約６００秒より長くすべきである。
【００５０】
本発明の発明者は、図３中の「Ｃ」領域（「結晶化および成長」）は一般に図１に示した曲線ＩＩの中央領域に相当し、この領域の中で、「針形状の結晶と粒子形状の結晶の混合物」（即ち、それぞれホープ石およびホスホフィライトの結晶）が生じると考えている。
【００５１】
本発明の発明者は、図３中の「Ｄ」領域（「結晶再構成」）は一般に図１に示した曲線ＩＩの右側領域に相当し、この領域の中で、「針形状の結晶」（即ち、ホープ石の結晶）が生じると考えている。
【００５２】
公称外径が９．３７５”以上である直径が大きなケーシングの場合の最大Ｐ比は一般に０．８未満であり、最適には０．６未満、最も最適には０．４未満であり得る。
【００５３】
ある種の燐酸亜鉛処理系、注目すべきは燐酸塩処理用溶液を噴霧で塗布することのみを利用する系では、極めて大きな（例えば２０−５０ミクロンの）ホープ石粒子が生じ得る。その上、ある種の燐酸亜鉛系でもまたホープ石の結晶が非常に無作為なパターンで生じ、特に、鋼基質の表面に垂直に位置するホープ石結晶のパーセントが高くなり得る。そのようにホープ石の粒子が極めて大きくなりそして／またはホープ石の結晶が鋼基質に対して本質的に垂直に位置すると、極端な場合には、それらは金属と金属のシールの表面を「開ける（ｐｒｏｐ  ｏｐｅｎ）」働きをする可能性があり、特に組み立て時にシールの中に作り上げられる干渉が不充分な場合に可能性がある。この理由で、ある種の燐酸亜鉛処理系では、シール表面が耐摩耗性を示すことを確保するに必要な最大Ｐ比に加えて、個々のネジ連結部毎にホープ石の最大粒径を確立する必要があり得る。
【００５４】
個々の燐酸亜鉛系が使用時に摩耗を防止または軽減するに充分なほど低いＰ比を最大ホープ石粒径を超えることなしにもたらすことができない場合には、連結部または系のいずれかを交換すべきである。
【００５５】
若干の実験を実施しかつ下記の変項を参考にすることで個々のネジ連結部に適した最大Ｐ比を決定することができる。
【００５６】
パイプの公称直径が大きくなるにつれて最大Ｐ比を小さくする、と言うのは、１ネジピッチの周囲の長さが長くなる（このことは、開閉サイクル中にシール間の滑り接触の長さが長くなることを意味する）からである。
【００５７】
ネジ連結部のネジピッチが長くなる（即ち、１インチ当たりのネジ山数が多くなる）に
つれて最大Ｐ比を小さくする、と言うのは、金属シールが開閉サイクル中に接触した状態のままで回転する回数が多くなるからである。
【００５８】
金属と金属のシールのシール角が小さくなるにつれて最大Ｐ比を小さくする、と言うのは、シール表面が開閉サイクル中に接触した状態のままで回転する回数が多くなるからである。
【００５９】
金属と金属のシールが組み立て時に示す干渉が大きくなるにつれて最大Ｐ比を小さくする、と言うのは、シール表面が開閉サイクル中に接触した状態のままで回転する回数が多くなるからである。
【００６０】
充分に特徴付けされた特別な再現可能燐酸塩被膜（即ち、所定の被膜厚、Ｐ比および表面結晶形態）を持たせた所定のネジ連結部では、そのネジ連結部の組み立てで用いられるネジ用化合物の中に粒子が最適な粒径および分布で存在し得る。
【００６１】
具体的には、個々の連結部の燐酸塩被膜が示すＰ比が非常に低い（例えば０．４未満である）と、ホープ石結晶は通常の燐酸亜鉛被膜に入っているそれよりも有意に大きくかつ粗く、このことは、結晶間の間隙もまた大きくかつ数が多いことを意味する。例えば、本発明の態様で用いるに有用な被膜に入っているホープ石結晶の大きさは通常の大きさよりも大きく、例えば５０−１００ミクロンの範囲内であり得る。
【００６２】
別法として、また、燐酸亜鉛被膜の表面に位置するホープ石結晶の形態が非常に無作為（噴霧燐酸塩系を用いた時に期待され得るように）であると、本発明のそのような態様のネジ用化合物に入っている粒子の分布はネジ用化合物で通常用いられる粒子、例えばジャーナルベアリンググリースが示す粒子の分布［米国特許第３，９３５，１１４号（Ｄｏｎａｈｏ）に教示されている如き］に比べて幅広い可能性があり、この場合、粒径の範囲が完全で微細物がいくらか存在しかつ粗い粒子がいくらか存在することから、従来技術のネジ用化合物で教示されているように１０ミクロン未満または２ミクロン未満にさえ分級された比較的均一な粒径の場合よりも良好な潤滑特性がもたらされる。
【００６３】
燐酸亜鉛被膜の中にホープ石が高いパーセントで存在していると油田管品用の特定のネジ連結部が示す耐摩耗性がより良好になる理由は現在のところ明らかではない。いくつかの可能性には、ホープ石結晶間の格子間間隔の数が多いことからホープ石の方がネジ潤滑剤用の良好な基質であること、またはホープ石結晶の硬度の方が若干高いことが耐摩耗性に貢献していること、またはホープ石結晶の分布が無作為でありかつ結晶の形状が針様であることが理由で金属と金属のシールの表面の所の接触表面積が顕微レベルで小さいことが含まれ得る。
【００６４】
その上、また、パイプドープの固体がホープ石結晶の格子間間隔の中に捕捉される結果として耐摩耗性がより良好になり得るとも考えられる。格子間間隔は特定の大きさおよび深さを持ち得、パイプドープの固体粒子は格子間間隔内に捕捉されるような粒径またはメッシュサイズを持ち得る。いろいろな固体粒子（これには鉛、亜鉛、銅、ＰＴＦＥおよびグラファイトなどの如き固体粒子が包含され得る）に関して、ホープ石の粒径および粗さがいろいろであると結果として耐摩耗性が向上し得る。その上、ホープ石の結晶が示す格子間間隔の大きさおよび深さはある分布を示しかつパイプドープの固体粒子の粒径もある分布を示し得るとも考えている。
【００６５】
また、本発明の態様に従うネジ連結部をまた燐酸亜鉛被膜のＰ比を制御する目的で具体的に記述した技術以外の他の技術を用いて生じさせることも可能であるとも理解されるべきである。加うるに、特定の燐酸塩系を用いかつＰ比を要求する比率にするとホープ石生
成時に特別な「格子間間隔パターン」がもたらされる可能性もある。そのもたらされる格子間間隔はまた頂と谷も持ち得る。表面のホープ石の「頂」で表されるパーセントと「谷」で表されるパーセントの比率を「格子間間隔比」として定義することができる。ホープ石が組み立て過程中に「鉄化」されるように開閉後の格子間間隔比を測定してもよい。本分野の通常の技術者は、その比率を測定する時にいろいろな技術を用いることができることを認識するであろう。
【００６６】
代替態様では、本発明に従う方法および技術をいわゆる「ドープレス（ｄｏｐｅｌｅｓｓ）」ネジ連結部で用いることも可能である。このような態様では、パイプドープ添加なしに燐酸塩処理を用いて連結部を処理することで連結部が多数回の「開閉」サイクルに耐えるに充分な強度を与えることができる。特定の態様では、如何なるドープレス系でもＰ比が低い燐酸塩処理が有効な下塗り処理であり得るが、ある種類の結合剤の中に懸濁させておいた粒子状の潤滑剤を燐酸塩被膜の上に用いるドープレス系が特に有用であり得る。
【００６７】
従来技術のドープレス系が例えばＵＳ２００３０１４４１５８Ａ１：Ｔｈｒｅａｄｅｄ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｆｏｒ  ｓｅｉｚｕｒｅ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｔｕｂｕｌａｒ
ｔｈｒｅａｄｅｄ  ｊｏｉｎｔに開示されており、これは、耐発作性（ｓｅｉｚｕｒｅ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）管ネジジョイント用ネジ構成要素に関し、そこでは、潤滑用物質をネジ連結の少なくともネジ表面上に薄膜として付着させており、それによって、前記表面をこれが前記潤滑用物質を吸収するように処理している。その潤滑用物質は、ａ）増粘剤、ｂ）前記増粘剤と物理的および化学的に適合しかつ化学的作用を有しかつ１０００Ｍｐａ’ｓ以上のＨｅｒｔｚ圧力で使用可能な少なくとも１種の極圧添加剤（化学的ＥＰ添加剤と呼ばれる）を含有して成る１組の極圧添加剤、ｃ）油の均一な混合物で構成されている。前記潤滑用物質の成分の比率は前記潤滑用物質が自己誘発膜形成潤滑過程を確保し得る粘着性を示すように選択されている。
【００６８】
また、ＵＳ２００４０１１３４２３Ａ１にもある種のそのような系が開示されている。その出願では、油抽出産業用のネジ付きパイプのネジ付き末端部分の表面を処理することで、その金属表面の粗さ（Ｒａ）を２．０μｍから６．０μｍにし、それを無水の腐食抑制用被膜の均一な層（７）および無水の潤滑被膜の２番目の均一な層（８）で覆っている。別法として、層（８、９）を組み合わせることで固体状潤滑剤の粒子が分散している無水腐食抑制用被膜の１つの均一な層（９）を生じさせている。
【００６９】
また、米国特許第６８２７９９６号にもある種のそのような系が開示されている。その特許は鋼パイプ用ネジ付きジョイントに関し、それは、各々が接触表面（ネジ部分およびネジが付いていない金属接触部分を包含）を有するピンおよびボックスを含有して成り、締め付けと緩めることを繰り返し行っている間に起こる摩耗を複合グリースを塗布することなく防止することができる。潤滑用粉末、例えば二硫化モリブデンなどと樹脂結合剤を含有して成る固体状潤滑剤被膜を前記ピンおよびボックスの中の少なくとも一方の接触表面の上に生じさせている。その固体状潤滑剤被膜がＲｏｃｋｗｅｌｌ  Ｍスケールで示す硬度は７０−１４０でありかつＳＡＩＣＡＳ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）方法で測定した時の接着強度は少なくとも５００Ｎ／ｍであり、かつそれは高温油井環境下でさえ優れた耐摩耗性を示す。紫外線遮蔽用微粒子、例えば酸化チタン微粒子などを前記固体状潤滑剤被膜に含有させるとネジ付きジョイントの錆防止特性が向上する。前記特許および出願は全部引用することによって全体が明らかに組み入れられる。
【００７０】
本発明の特定態様では、連結部を燐酸塩処理用浴の中に入れる前に前以て加熱しておいてもよい。必要な浸漬温度はしばしば２００度Ｆの桁である。明らかに、鋼をそのような温度にするにはある時間を要し、このように、連結部を前以て加熱しておくことで処理時
間をいくらか短くすることができる。
【００７１】
他の態様では、燐酸塩処理を複数回実施することで層を多数生じさせることも可能である。そのような処理に複数の浴（即ち撹拌および静止浴）、複数の浸漬時間などを伴わせてもよい。１つの態様では、本技術分野で公知の技術を１番目の浸漬処理で用いることで濃密な堅いホスホフィライト層を生じさせ、続いて研磨し（遊離鉄を除去し）た後、２回目の処理を実施することでホープ石層を生じさせる。
【００７２】
更に、本発明の態様で特定種の燐酸塩処理（即ち浸漬、噴霧）を言及してきたが、本分野の通常の技術者は、本発明に含まれる概念は所定の燐酸塩処理方法よりも有意に幅広いことを理解するであろう。従って、如何なる様式の燐酸塩処理も使用可能であることは明らかに本発明の範囲内である。
【００７３】
本発明の態様の利点には下記の中の１つ以上が含まれる。本発明のいくつかの態様に従う燐酸亜鉛被膜を持たせたネジ連結部は向上した耐摩耗性を示し得る。その上、ネジ連結部は複数回の開閉サイクルに耐え得る。
【００７４】
本発明を限られた数の態様に関して説明してきたが、本開示の利点を得た本分野の技術者は、本明細書に開示する如き本発明の範囲から逸脱しない他の態様を考案することができることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は添付請求項によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、米国特許第４，５１０，２０９号に教示されているようにして燐酸亜鉛被膜を亜鉛メッキ鋼の上に生じさせた時の鉱物結晶の種類を示す図である。
【図２】図２は、米国特許第２，８９３，７５９号に教示されている如き金属と金属のシールを伴う油田管用ネジ連結部である。
【図３】図３は、燐酸塩被膜を横切る電気陰性度を浸漬時間と対比させて示す従来技術の図である［Ｐｈｏｐｈａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｐｒｅ−Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（Ｄ．Ｂ．Ｆｒｅｅｍａｎ）、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．、１９８６、ＩＳＢＮ  ８−８３１１−１１６８−２から採用した］。
【図１】
2008540961.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2008540961.tif 000007