本发明涉及在油汽、能源或者存储领域，例如钻井作业或者油气运输、氢气运输或者存储、地热能或者碳捕获方面使用的带有涂覆层的钢制构件或者导管。
背景技术：
1、这里，“构件”意指任何元件、附件或者导管，用于钻孔或者钻井作业，并至少包括连接件或者连接器甚至螺纹端部，且用于通过螺纹装配于另一个构件，用以与该另一个构件组成螺纹连接。构件例如可以是较长(尤其是约为十米长)的管或者管状螺纹元件，例如数十厘米长的管或者管套，甚至这些管形元件的附件(悬挂装置或者吊件、截面变更部件或者跨接部件、安全阀、钻杆连接器或者钻具接头、异径接头、等等)。
2、管状螺纹元件或构件配有螺纹端部。这些螺纹端部是互补的，允许有阳螺纹(阳螺纹)和阴螺纹(阴螺纹)的两个管状螺纹元件之间进行接合。因此，有一个阳螺纹端部和一个阴螺纹端部。称为高质量或半高质量螺纹端部的螺纹端部，一般具有至少一个止动面。第一止动面可以由两个螺纹端部的两个面形成，两个面基本径向定向，构型成通过螺纹端部之间的螺纹拧接或者在压应力期间，彼此接触。止动面一般相对于连接主轴线具有负角。还已知，中间止动面在接头上具有至少两个螺纹级。一个螺纹部分、一个止动面以及一个密封面可形成一个装配件，称为一个螺纹端部。可以是螺纹向管外定向的螺纹端部，即阳螺纹端部，也可以是螺纹向管内定向的螺纹端部，即阴螺纹端部。套管类型且装配完成类型的管状螺纹元件用钢制成，且无限制地可以根据关于套管和标准管的技术要求5ct或5cra的美国石油学会(api)标准加以制造。例如，钢可以是l80、p110或者q125级之一。
3、这些管状螺纹元件的使用条件产生不同类型的负载。其中，通过在这些构件的敏感部分例如螺纹区域、止动区域甚至金属/金属密封面上使用膜剂或润滑脂，所述负载已经部分减小。诱发应力尤其包括储存中的维护造成的应力，需要使用存储润滑脂(不同于交付使用之前施加的额外润滑脂)。但是，存在其他解决方案，其在于使用有机涂覆层。因此，螺纹拧接操作一般在高轴向负载下进行，例如，由通过螺纹端部连接的很多米长的管的重量导致，可能由于待连接的螺纹元件的轴线略不对齐而加重。这导致螺纹区域和/或金属/金属密封面中磨损的危险。因此，螺纹区域以及金属/金属密封面通常涂有润滑剂。
4、另外，管状螺纹元件通常被储存，然后被用于有腐蚀性的环境中。例如，在有盐雾的海上情况下，或者在有沙、灰尘和/或其他污染物质的陆上情况下，就是如此。因此，在螺纹拧接期间有负载的表面上必须使用不同类型的防腐涂覆层，螺纹区域甚至固紧接触区域就是这种情况，金属/金属密封面、承载和止动面也是这种情况。
5、但是，考虑环境标准，使用符合美国石油学会rp 5a3标准的润滑脂看起来不构成长期解决方案，因为这种润滑脂会被从管形构件挤出并被排放到环境中或者井中，导致阻滞，阻滞需要特殊的清洗操作。
6、润滑脂的替换方案是使用干的和/或固态的第一层或者沉积物。这些金属的沉积物可以用化学的或者电化学的方法予以施加。根据沉积物的性质，其可以提供防腐和润滑的性能，以防止管状螺纹连接件在螺纹拧接期间磨损，这比施加的润滑脂更为经久耐用，以及因为牢固性良好而污染较小。但是，事实证明，这些沉积物本身易受腐蚀，因而在有腐蚀性的环境中，例如在潮湿的环境中，由于所述沉积物老化，在连接件过应力时，在钻井作业时，以及在螺纹拧接和拧松的反复操作时，可能发生脱层。这种腐蚀或者这种脱层是不希望的，因为其意味着既有连接件易断的危险，又有由于形成与管状螺纹元件的钢制基件的腐蚀有关系的漏泄路径而发生密封性损失的危险。渗漏可造成相当大的经济后果、甚至环境后果，例如，当油气井中在作业期间发生渗漏时。
7、现有技术ep3286288提出的解决方案是，在固态沉积物上增加一层三价铬钝化类型的转化层，以便隔离所述固态沉积物。但是，本技术人已经确定，该钝化层没有润滑功能，也不能改善上层的润滑性质。由于缺乏润滑能力，在螺纹拧接/拧松试验中，存在效率损失，和连接件出现磨损和线状腐蚀坑的更高风险，而且不希望有的螺纹拧接扭矩的增大。螺纹拧接扭矩的增大，涉及超出拧紧扳手效能的风险，和意味着不能拧紧连接件和不能确保其密封性。
8、“线状腐蚀坑”意指凹槽或者划痕。
9、一般说来，转化层的沉积是通过将所考虑的表面插入在化学浴槽中加以实施，对其参数例如沉积时间、化学溶液的成分和温度进行控制。
10、本发明可解决所有上述问题。特别是，本发明提出改善和稳定下层或者固态沉积物，同时具有与现有装备相适合的转化处理、化学、以及易于控制的浴槽管理。
技术实现思路
1、根据一个实施例，本发明提供管状螺纹元件，其用于钻井、油气井作业、油汽运输、氢气运输或者存储、碳捕获或者地热能，所述管状螺纹元件具有金属主体和具有至少一个螺纹部分的至少一个螺纹端部，所述螺纹端部在螺纹端部的至少一部分表面上具有多层涂覆层，其特征在于，所述多层涂覆层具有：第一层，第一层具有固态涂覆层，所述固态涂覆层包括在螺纹端部的所述至少一部分表面上电镀的锌镍；草酸化类型的第二转化层，第二转化层在第一层上方；第三层，第三层具有载有固态润滑剂微粒的聚氨酯或环氧树脂基质，第三层在第二转化层上方。
2、由于该特征，具有锌镍的固态沉积的第一层赋予改进的润滑性质，其中效果是防脱层、防线状腐蚀坑、和防磨损。实际上，草酸化的第二层作用于第一层上作为固态润滑剂。后者可赋予具有锌镍的固态沉积的层具有更加稳定和经久耐用的摩擦系数。获得的所述摩擦系数可以小于0.2。实际上，本技术人已经注意到超过0.2可以有磨损危险。草酸化的第二层还可赋予下方的层或者具有锌镍的固态沉积的第一层化学的或者机械的屏障作用。草酸化的第二层增强第三润滑层的效果。后者赋予附加的润滑效果，从而增大连接件的螺纹拧接效能。
3、令人吃惊地，转化层在其为草酸化类型时，在连接件的周缘上具有均匀外观，与浴槽中的流和温度无关。这允许更容易地识别覆盖问题。此外，草酸化层在潮湿条件下和在老化之后允许涂敷整体的较好的附着，甚至在长时间存储之后的较好地保持性能。
4、此外，草酸的使用在实施规范方面较少限制，不是cmr分类的物质，即不是致癌、导致遣传突变或者生殖毒性的物质。
5、“覆盖问题”指下方的层或者沉积的第一层缺少覆盖，即第一层的未被草酸化层覆盖的肉眼可见的区域。
6、根据一个实施例，管状螺纹元件具有草酸化类型第二转化层，其可包含草酸镍和/或草酸锌。
7、由于该特征，草酸镍和草酸锌可延迟金属/金属接触，和存储一部分在连接件的螺纹拧接期间放出的能量消耗。令人吃惊地，据观察，增加草酸镍，可提高转化层的耐腐蚀力。
8、根据一个实施例，管状螺纹元件具有草酸化类型第二转化层，其可包含10％到20％的碳、35％到50％的锌和35％到45％的氧、0％到35％的镍。
9、由于该特征，令人吃惊地，本技术人已经确定，草酸化层赋予多层涂覆层良好的材料稳定性。
10、根据一个实施例，第二层的层重量可在0.1克/平方米至20克/平方米之间。
11、由于该特征，已经确定，耐久性与层重量成正比，层重量越大，耐久性越大。
12、但是，当层重量超过一定阈值时，发现的问题是草酸化层中的内聚破坏。当受到外应力时，层本身最终碎裂。因此，草酸化层会有脱层和剥落的风险，这将导致第三层脱层。
13、根据一个实施例，第二层的表面质量可为0.5克/平方米至10克/平方米。本技术人已经确定，达到10克/平方米，在耐久性与内聚破坏减小的风险之间有良好的折中方案。
14、根据一个实施例，第二层的孔隙率可在5％至35％之间。
15、根据一个实施例，第二层的孔隙率可在10％至25％之间。
16、由于该特征，由于上层在草酸化层的空闲空间中的锚固现象，孔隙率可改善上层的保持和涂敷。
17、根据一个实施例，第二层的厚度可在0.5微米至30微米之间。
18、根据一个实施例，第二层的厚度可在1微米至20微米之间。
19、由于该特征，多层涂覆层的材料稳定性得到提高。当层的厚度超过30微米时，可能出现内聚破坏问题。小于0.5微米的层可能不够，会造成润滑不足问题。
20、根据一个实施例，第二层可具有微裂纹多面体类型的纹理，纹理的边有1微米至30微米宽。
21、“微裂纹多面体”指具有平面多边形的端面的三维几何形状，这些平面多边形沿称为边的线段汇集。端面和边的数量是任意的，边的长度可在0.5微米至30微米之间。层可以具有随机分布的微裂纹。裂纹的宽度可为0.05微米至1微米宽。
22、由于该特征，微裂纹多面体类型的纹理使上层提高了保持和固定于草酸化层的能力。
23、根据一个实施例，本发明也是制造管状螺纹元件的制造方法，制造方法包括以下步骤：
24、-在螺纹端部的金属表面上电镀锌-镍层的电镀步骤；
25、-通过浸渍的草酸化类型的转化步骤；
26、-用润滑层覆盖的步骤，所述润滑层具有载有固态润滑剂微粒的聚氨酯或者环氧树脂基质。
27、由于该特征，涂覆层在锌镍层没有明显变化的情况下完成。
28、“浸渍”指使表面浸渍在草酸浴槽中的处理技术。
29、根据一个实施例，草酸化类型的转化步骤可在25℃至90℃之间温度下实施。
30、由于该特征，可以使用与钝化相同的工具，设置的成本和材料的成本更低。
31、根据一个实施例，草酸化类型的转化步骤可包括使用草酸，所述草酸的浓度可在1克/升至75克/升之间。
32、由于该特征，草酸化层的层重量得到良好的管理和控制。实际上，因为接近75克/升，表面转化反应更加快速。
33、根据一个实施例，草酸化类型的转化步骤可包括使用结合了选自硝酸盐、氯化物、硫氰酸盐或硫代硫酸盐元素的一种添加剂或者多种添加剂组合的草酸。
34、由于该特征，添加剂可加速表面转化反应，从而更快速地获得所希望的层重量的特征。
35、草酸化层的淀积方法可在30秒钟与15分钟之间的时间范围进行。实际上，时间对层重量值有影响。所述值与浸渍时间成正比。
36、低于30秒钟，层重量将不够。高于15分钟，在层重量值方面不再有任何明显变化。
1.管状螺纹元件(1，2)，其用于钻井、油气井作业、油汽运输、氢气运输或者存储、碳捕获或者地热能，所述管状螺纹元件具有金属主体(5)和具有至少一个螺纹部分(14，15)的至少一个螺纹端部(3，4)，所述螺纹端部(3，4)在螺纹端部(3，4)的至少一部分表面上具有多层涂覆层(10)，其特征在于，所述多层涂覆层(10)具有：第一层(11)，第一层具有固态涂覆，所述固态涂覆包括在螺纹端部(3，4)的所述至少一部分表面上电镀的锌镍；草酸化类型的第二转化层(12)，第二转化层在第一层(11)上方；第三层(13)，第三层具有载有固态润滑剂微粒的聚氨酯或环氧树脂基质，第三层在第二转化层(12)上方。
2.根据权利要求1所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，草酸化类型的第二转化层(12)具有草酸镍和/或草酸锌。
3.根据前述权利要求中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二转化层(12)在每单位面积具有的层重量在0.1克/平方米至20克/平方米之间。
4.根据权利要求3所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二层(12)在每单位面积具有的层重量在0.5克/平方米至10克/平方米之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二转化层(12)的孔隙率在5％至35％之间。
6.根据权利要求5所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二转化层(12)的孔隙率在10％至25％之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二转化层(12)的厚度在0.5微米至30微米之间。
8.根据权利要求7所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二转化层(12)的厚度在1微米至20微米之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)，其特征在于，第二转化层(12)具有微裂纹多面体型的纹理，纹理的边有1微米至30微米宽。
10.根据前述权利要求中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)，其中，螺纹端部(3，4)还具有至少一个止动面(6，7)和至少一个密封面(8，9)，其特征在于，多层涂覆层(10)覆盖所述至少一个止动面(6，7)和/或所述至少一个密封面(8，9)。
11.制造根据权利要求1至9中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)的制造方法，其特征在于，制造方法包括：
12.根据权利要求10所述的管状螺纹元件(1，2)的制造方法，其特征在于，草酸化类型的转化步骤在25℃至90℃之间的温度下实施。
13.根据权利要求10至11中任一项所述的管状螺纹元件(1)的制造方法，其特征在于，草酸化类型的转化步骤包括使用草酸；并且，所述草酸的浓度在1克/升至75克/升之间。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的管状螺纹元件(1，2)的制造方法，其特征在于，草酸化类型的转化步骤包括使用结合了选自硝酸盐、氯化物、硫氰酸盐或硫代硫酸盐元素的一种添加剂或者多种添加剂组合的草酸。
