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WO2024154524A1 - 油井用金属管 - Google Patents

油井用金属管 Download PDF

Info

Publication number
WO2024154524A1
WO2024154524A1 PCT/JP2023/045526 JP2023045526W WO2024154524A1 WO 2024154524 A1 WO2024154524 A1 WO 2024154524A1 JP 2023045526 W JP2023045526 W JP 2023045526W WO 2024154524 A1 WO2024154524 A1 WO 2024154524A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pin
box
contact surface
pipe
plating layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/045526
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真宏 大島
智哉 松山
秀樹 光成
Original Assignee
日本製鉄株式会社
バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社, バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス filed Critical 日本製鉄株式会社
Publication of WO2024154524A1 publication Critical patent/WO2024154524A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/04—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with additional sealings

Definitions

  • This disclosure relates to metal pipes, and more specifically to metal pipes for oil wells.
  • Oil well metal pipes are used in oil wells and gas wells (hereinafter, oil wells and gas wells are collectively referred to simply as "oil wells"). Oil well metal pipes have threaded joints. Specifically, in oil well mining areas, multiple oil well metal pipes are connected according to the depth of the oil well to form an oil well pipe connection, typically casing or tubing. An oil well pipe connection is formed by screwing oil well metal pipes together. In some cases, inspections are conducted on the oil well pipe connection. When inspections are conducted, the oil well pipe connection is pulled up and unscrewed. The oil well metal pipe is then removed from the oil well pipe connection by unscrewing, and inspected. After inspection, the oil well metal pipes are screwed together again, and the oil well metal pipe is reused as part of the oil well pipe connection.
  • the metal oil well pipe comprises a pin and a box.
  • the pin has a pin contact surface including a male thread portion on the outer peripheral surface of the end of the metal oil well pipe.
  • the box has a box contact surface including a female thread portion on the inner peripheral surface of the end of the metal oil well pipe.
  • the male thread portion and the female thread portion are also collectively referred to as the "thread portion.”
  • the pin contact surface and the box contact surface are also collectively referred to as the "contact surface.”
  • the pin contact surface may further include a pin non-threaded metal contact portion including a pin seal surface and a pin shoulder surface.
  • the box contact surface may further include a box non-threaded metal contact portion including a box seal surface and a box shoulder surface.
  • the pin contact surface and box contact surface (contact surfaces) of metal oil well pipes are repeatedly subjected to strong friction when they are screwed in and out. As a result, the contact surfaces are prone to galling (irreparable seizure) when they are repeatedly screwed in and out. Therefore, metal oil well pipes are required to have sufficient durability against friction, i.e., excellent seizure resistance.
  • Patent Document 1 International Publication No. WO 2006/104251
  • Patent Document 2 International Publication No. WO 2008/108263
  • Patent Document 3 International Publication No. WO 2016/170031
  • the oil well metal pipe disclosed in Patent Document 1 has a threaded joint, and has a viscous liquid or semi-solid lubricating coating on at least one of the contact surfaces of the pin and the box, and a dry solid coating formed on top of that.
  • Patent Document 1 discloses that this oil well metal pipe can suppress the generation of rust and improve seizure resistance and airtightness.
  • the oil well metal pipe disclosed in Patent Document 2 has a threaded joint, and has a Cu alloy plating layer selected from the group consisting of Cu-Zn alloy and Cu-Zn-M1 alloy (M1 is one or more elements selected from the group consisting of Sn, Bi, and In) on at least one of the contact surfaces of the pin and the box.
  • M1 is one or more elements selected from the group consisting of Sn, Bi, and In
  • Patent Document 2 discloses that this oil well metal pipe can prevent the occurrence of crevice corrosion and improves airtightness and seizure resistance.
  • Patent Document 3 has a threaded joint and a Zn-Ni alloy plating layer on at least one of the contact surfaces of the pin and the box. Patent Document 3 discloses that this oil well metal pipe can improve corrosion resistance and seizure resistance.
  • the objective of this disclosure is to provide a metal pipe for oil wells that has excellent seizure resistance.
  • the metal pipe for oil well use comprises: a tube body including a first end and a second end;
  • the tube body includes: a pin formed on the first end; a box formed at the second end;
  • the pin is a pin contact surface including an external thread;
  • the box includes: a box contact surface including an internal thread;
  • the metal pipe for oil well further comprises: a Zn—Ni alloy plating layer formed on at least one of the pin contact surface and the box contact surface; and a zinc phosphate chemical conversion coating formed on the Zn-Ni alloy plating layer,
  • the zinc phosphate chemical conversion coating has an orientation index X020 of the (020) plane of 2.00 or more.
  • the metal oil well pipe disclosed herein has excellent seizure resistance.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing a portion of an image obtained by observing the surface of a zinc phosphate chemical conversion coating having an orientation index X 020 of the (020) plane of 2.00 or more.
  • FIG. 1B is a schematic diagram showing a portion of an image obtained by observing the surface of a zinc phosphate chemical conversion coating having an orientation index X 020 of the (020) plane of less than 2.00.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of the metal oil well pipe according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a cross section (longitudinal cross section) parallel to the pipe axial direction of the coupling for the metal oil well pipe shown in FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of the metallic pipe for oil well use shown in FIG. 3 in the vicinity of a pin, taken along a line parallel to the axial direction of the metallic pipe for oil well use.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of the metallic pipe for oil well use shown in FIG. 3 in the vicinity of the box, taken along a line parallel to the axial direction of the metallic pipe for oil well use.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a metal pipe for oil wells in which a pin includes a male thread portion but does not include a pin seal surface or a pin shoulder surface, and a box includes a female thread portion but does not include a box seal surface or a box shoulder surface.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an integral type metal oil well pipe according to this embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the vicinity of a pin contact surface when a Zn--Ni alloy plating layer is formed on the pin contact surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of the contact surface of the box when a Zn--Ni alloy plating layer is formed on the contact surface of the box.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of the pin contact surface having a different configuration from that of FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the vicinity of the contact surface of the box having a different configuration from that of FIG.
  • the Zn-Ni alloy plating layer has excellent wear resistance due to its high hardness.
  • excellent seizure resistance tends to be obtained.
  • the Zn-Ni alloy plating layer has been applied to metal pipes for oil wells, which require excellent seizure resistance.
  • large-sized metal pipes for oil wells with large diameters have a longer sliding distance when screwing and unscrewing than conventional metal pipes for oil wells. Therefore, even if a metal pipe for oil wells has a Zn-Ni alloy plating layer, large-sized metal pipes for oil wells may not have excellent seizure resistance. Therefore, the present inventors have investigated various methods for improving the seizure resistance of metal pipes for oil wells with a Zn-Ni alloy plating layer. As a result, the present inventors have obtained the following findings.
  • a lubricating coating is a coating that contains a lubricant, such as a solid lubricating coating, or a viscous liquid or semi-solid lubricating coating.
  • the inventors focused on zinc phosphate conversion coatings among chemical conversion coatings.
  • zinc phosphate conversion coatings are prone to have coarse crystal grains and high surface roughness. Therefore, the inventors conducted further detailed research on zinc phosphate conversion coatings formed on Zn-Ni alloy plating layers. As a result, it became clear that the orientation of zinc phosphate conversion coatings affects the seizure resistance of metal pipes for oil wells.
  • X-ray diffraction analysis is also a method for evaluating the orientation of a material.
  • XRD analyzes the diffraction that occurs as a result of X-rays being scattered and interfered with by electrons around the atoms. Therefore, XRD produces a unique diffraction pattern for each arrangement of atoms in a material. In other words, the size of the crystals and the orientation of a material can be evaluated from the diffraction patterns obtained by XRD.
  • the orientation index X020 of the (020) plane of a zinc phosphate chemical conversion coating is 2.00 or more, the surface unevenness of the zinc phosphate chemical conversion coating is significantly increased, and the adhesion of the lubricating coating is improved, resulting in improved seizure resistance of metal pipes for oil wells.
  • the orientation index is an index indicating the degree to which a specific plane is preferentially oriented compared to non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder.
  • orientation index X020 of the (020) plane of a zinc phosphate chemical conversion coating is 2.00 or more, it means that the (020) plane is preferentially oriented 2.00 times or more compared to non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing a part of an image obtained by observing the surface of a zinc phosphate chemical conversion coating having an orientation index X020 of the (020) plane of 2.00 or more.
  • FIG. 1B is a schematic diagram showing a part of an image obtained by observing the surface of a zinc phosphate chemical conversion coating having an orientation index X020 of the (020) plane of less than 2.00.
  • FIG. 1A is an SEM image obtained by observing the metal pipe for oil wells of Test No. 1 of the example described later.
  • FIG. 1B is an SEM image of a metallic oil well pipe of Test No. 2 in an example described later.
  • the white regions are zinc phosphate crystals 111.
  • the zinc phosphate crystals 111 are locally unevenly distributed.
  • Fig. 1B in zinc phosphate chemical conversion coatings having an orientation index X020 of less than 2.00, the uneven distribution of the zinc phosphate crystals 111 as in Fig. 1A is not seen.
  • the zinc phosphate chemical conversion coatings having an orientation index X020 of 2.00 or more have significantly increased surface unevenness.
  • a zinc phosphate chemical conversion coating having an orientation index X020 of 2.00 or more is formed on the Zn-Ni alloy plating layer.
  • the gist of the metal oil well pipe according to this embodiment which was completed based on the above findings, is as follows:
  • a metal pipe for oil wells comprising: a tube body including a first end and a second end;
  • the tube body includes: a pin formed on the first end; a box formed at the second end;
  • the pin is a pin contact surface including an external thread;
  • the box includes: a box contact surface including an internal thread;
  • the metal pipe for oil well further comprises: a Zn—Ni alloy plating layer formed on at least one of the pin contact surface and the box contact surface; and a zinc phosphate chemical conversion coating formed on the Zn-Ni alloy plating layer,
  • the zinc phosphate chemical conversion coating has an orientation index X020 of the (020) plane of 2.00 or more.
  • the metal pipe for oil well use has a well-known configuration. There are T&C type metal pipe for oil well use and integral type metal pipe for oil well use. Each type of metal pipe for oil well use will be described in detail below.
  • Fig. 2 is a configuration diagram showing an example of the metal pipe for oil well use 1 according to the present embodiment.
  • Fig. 2 is a configuration diagram of a so-called T&C type (Threaded and Coupled) metal pipe for oil well use 1.
  • the metal pipe for oil well use 1 includes a pipe body 10.
  • the pipe body 10 extends in the pipe axial direction.
  • the cross section of the pipe body 10 perpendicular to the pipe axial direction is circular.
  • the pipe body 10 includes a first end 10A and a second end 10B.
  • the first end 10A is the end opposite the second end 10B.
  • the pipe body 10 includes a pin pipe body 11 and a coupling 12.
  • the coupling 12 is attached to one end of the pin pipe body 11. More specifically, the coupling 12 is fastened to one end of the pin pipe body 11 by a screw.
  • Figure 3 is a partial cross-sectional view showing a cross section (longitudinal cross section) parallel to the pipe axis direction of the coupling 12 of the metal oil well pipe 1 shown in Figure 2.
  • the pipe body 10 includes a pin 40 and a box 50.
  • the pin 40 is formed at the first end 10A of the pipe body 10. When fastening, the pin 40 is inserted into the box 50 of another metal oil well pipe 1 (not shown) and fastened to the box 50 of the other metal oil well pipe 1 by a screw.
  • the box 50 is formed at the second end 10B of the pipe body 10.
  • the pin 40 of the other metal pipe for oil wells 1 is inserted into the box 50 and fastened to the pin 40 of the other metal pipe for oil wells 1 by a screw.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view parallel to the pipe axis direction of the metal pipe for oil wells 1, showing a portion near the pin 40 of the metal pipe for oil wells 1 shown in Fig. 3.
  • the dashed line portion in Fig. 4 shows the configuration of a box 50 of another metal pipe for oil wells 1 when fastening to another metal pipe for oil wells 1.
  • the pin 40 has a pin contact surface 400 on the outer circumferential surface of the first end 10A of the pipe body 10.
  • the pin contact surface 400 is screwed into the box 50 of the other metal pipe for oil wells 1, and comes into contact with a box contact surface 500 (described later) of the box 50.
  • the pin contact surface 400 includes at least the male thread portion 41 formed on the outer peripheral surface of the first end portion 10A.
  • the pin contact surface 400 may further include a pin seal surface 42 and a pin shoulder surface 43.
  • the pin shoulder surface 43 is disposed on the tip surface of the first end portion 10A
  • the pin seal surface 42 is disposed on the outer peripheral surface of the first end portion 10A, closer to the tip side of the first end portion 10A than the male thread portion 41.
  • the pin seal surface 42 is disposed between the male thread portion 41 and the pin shoulder surface 43.
  • the pin seal surface 42 is tapered. Specifically, the outer diameter of the pin seal surface 42 gradually decreases from the male thread portion 41 to the pin shoulder surface 43 in the longitudinal direction (pipe axis direction) of the first end portion 10A.
  • the pin seal surface 42 comes into contact with the box seal surface 52 (described later) of the box 50 of the other metal oil well pipe 1. More specifically, when fastening, the pin 40 is inserted into the box 50 of the other metal oil well pipe 1, so that the pin seal surface 42 comes into contact with the box seal surface 52. Then, when the pin 40 is further screwed into the box 50 of the other metal oil well pipe 1, the pin seal surface 42 comes into close contact with the box seal surface 52. As a result, when fastening, the pin seal surface 42 comes into close contact with the box seal surface 52 to form a seal based on metal-metal contact. Therefore, the airtightness of the metal oil well pipes 1 fastened to each other can be improved.
  • the pin shoulder surface 43 is disposed on the tip surface of the first end 10A. That is, in the pin 40 shown in FIG. 4, the male thread portion 41, the pin seal surface 42, and the pin shoulder surface 43 are disposed in this order from the center of the pipe body 10 toward the first end 10A.
  • the pin shoulder surface 43 faces and contacts a box shoulder surface 53 (described later) of the box 50 of the other oil well metal pipe 1. More specifically, when fastening, the pin 40 is inserted into the box 50 of the other oil well metal pipe 1, so that the pin shoulder surface 43 contacts the box shoulder surface 53. This allows a high torque to be obtained when fastening.
  • the positional relationship between the pin 40 and the box 50 in the fastened state can be stabilized.
  • the pin contact surface 400 of the pin 40 includes at least the male thread portion 41.
  • the pin contact surface 400 may include the male thread portion 41, and not include the pin seal surface 42 and the pin shoulder surface 43.
  • the pin contact surface 400 may include the male thread portion 41 and the pin shoulder surface 43, and not include the pin seal surface 42.
  • the pin contact surface 400 may include the male thread portion 41 and the pin seal surface 42, and not include the pin shoulder surface 43.
  • Fig. 5 is a cross-sectional view parallel to the pipe axis direction of the metal pipe for oil wells 1, showing a portion near the box 50 of the metal pipe for oil wells 1 shown in Fig. 3.
  • the dashed line portion in Fig. 5 shows the configuration of the pin 40 of the other metal pipe for oil wells 1 when fastening to the other metal pipe for oil wells 1.
  • the box 50 has a box contact surface 500 on the inner peripheral surface of the second end 10B of the pipe body 10.
  • the pin 40 of the other metal pipe for oil wells 1 is screwed into the box contact surface 500, and the box contact surface 500 comes into contact with the pin contact surface 400 of the pin 40.
  • the box contact surface 500 includes at least a female thread portion 51 formed on the inner circumferential surface of the second end portion 10B. When fastened, the female thread portion 51 meshes with the male thread portion 41 of the pin 40 of the other oil well metal pipe 1.
  • the box contact surface 500 may further include a box seal surface 52 and a box shoulder surface 53.
  • the box seal surface 52 is located on the inner circumferential surface of the second end 10B closer to the pipe body 10 than the female thread portion 51.
  • the box seal surface 52 is located between the female thread portion 51 and the box shoulder surface 53.
  • the box seal surface 52 is tapered. Specifically, the inner diameter of the box seal surface 52 gradually decreases from the female thread portion 51 toward the box shoulder surface 53 in the longitudinal direction (pipe axial direction) of the second end 10B.
  • the box seal surface 52 comes into contact with the pin seal surface 42 of the pin 40 of the other metal oil well pipe 1. More specifically, when fastening, the pin 40 of the other metal oil well pipe 1 is screwed into the box 50, so that the box seal surface 52 comes into contact with the pin seal surface 42, and when further screwed, the box seal surface 52 comes into close contact with the pin seal surface 42. As a result, when fastening, the box seal surface 52 comes into close contact with the pin seal surface 42 to form a seal based on metal-metal contact. Therefore, the airtightness of the metal oil well pipes 1 fastened to each other can be improved.
  • the box shoulder surface 53 is disposed closer to the pipe body 10 than the box seal surface 52.
  • the box shoulder surface 53, the box seal surface 52, and the female threaded portion 51 are disposed in this order from the center of the pipe body 10 toward the tip of the second end 10B.
  • the box shoulder surface 53 faces and contacts the pin shoulder surface 43 of the pin 40 of the other oil well metal pipe 1. More specifically, when fastening, the pin 40 of the other oil well metal pipe 1 is inserted into the box 50, so that the box shoulder surface 53 contacts the pin shoulder surface 43. This allows a high torque to be obtained when fastening.
  • the positional relationship between the pin 40 and the box 50 in the fastened state can be stabilized.
  • the box contact surface 500 includes at least a female thread portion 51.
  • the female thread portion 51 of the box contact surface 500 of the box 50 corresponds to the male thread portion 41 of the pin contact surface 400 of the pin 40 and contacts the male thread portion 41.
  • the box seal surface 52 corresponds to the pin seal surface 42 and contacts the pin seal surface 42.
  • the box shoulder surface 53 corresponds to the pin shoulder surface 43 and contacts the pin shoulder surface 43.
  • the box contact surface 500 includes the female thread portion 51 but does not include the box seal surface 52 or the box shoulder surface 53. If the pin contact surface 400 includes the male thread portion 41 and the pin shoulder surface 43 but does not include the pin seal surface 42, the box contact surface 500 includes the female thread portion 51 and the box shoulder surface 53 but does not include the box seal surface 52. If the pin contact surface 400 includes the male thread portion 41 and the pin seal surface 42 but does not include the pin shoulder surface 43, the box contact surface 500 includes the female thread portion 51 and the box seal surface 52 but does not include the box shoulder surface 53.
  • the pin contact surface 400 may include multiple male threads 41, multiple pin seal surfaces 42, and multiple pin shoulder surfaces 43.
  • the pin shoulder surface 43, the pin seal surface 42, the male threads 41, the pin seal surface 42, the pin shoulder surface 43, the pin seal surface 42, and the male threads 41 may be arranged in this order from the tip of the first end 10A toward the center of the pipe body 10.
  • the box contact surface 500 of the box 50 the female threads 51, the box seal surface 52, the box shoulder surface 53, the box seal surface 52, the female threads 51, the box seal surface 52, and the box shoulder surface 53 are arranged in this order from the tip of the second end 10B toward the center of the pipe body 10.
  • FIG. 4 and 5 show a so-called premium joint in which the pin 40 includes the male thread portion 41, the pin seal surface 42, and the pin shoulder surface 43, and the box 50 includes the female thread portion 51, the box seal surface 52, and the box shoulder surface 53.
  • the pin 40 may include the male thread portion 41 and not include the pin seal surface 42 and the pin shoulder surface 43.
  • the box 50 includes the female thread portion 51, but not the box seal surface 52 and the box shoulder surface 53.
  • FIG. 6 shows an example of a metal oil well pipe 1 in which the pin 40 includes the male thread portion 41, but not the pin seal surface 42 or the pin shoulder surface 43, and the box 50 includes the female thread portion 51, but not the box seal surface 52 or the box shoulder surface 53.
  • the metal oil well pipe 1 shown in Figures 2, 3 and 6 is a so-called T&C type metal oil well pipe 1 in which a pipe body 10 includes a pin pipe body 11 and a coupling 12.
  • the metal oil well pipe 1 of the present embodiment may be an integral type instead of a T&C type.
  • FIG. 7 is a structural diagram of an integral-type metal pipe for oil wells 1 according to this embodiment.
  • the integral-type metal pipe for oil wells 1 comprises a pipe body 10.
  • the pipe body 10 includes a first end 10A and a second end 10B.
  • the first end 10A is disposed on the opposite side to the second end 10B.
  • the pipe body 10 comprises a pin pipe body 11 and a coupling 12. That is, in the T&C type metal pipe for oil wells 1, the pipe body 10 is formed by fastening two separate members (the pin pipe body 11 and the coupling 12).
  • the pipe body 10 is integrally formed.
  • the pin 40 is formed at the first end 10A of the pipe body 10. When fastening, the pin 40 is inserted into and screwed into the box 50 of the other integral type metal pipe for oil wells 1, and is fastened to the box 50 of the other integral type metal pipe for oil wells 1.
  • the box 50 is formed at the second end 10B of the pipe body 10. When fastening, the pin 40 of the other integral type metal pipe for oil wells 1 is inserted into and screwed into the box 50, and is fastened to the pin 40 of the other integral type metal pipe for oil wells 1.
  • the configuration of the pin 40 of the integral type metal pipe for oil wells 1 is the same as that of the pin 40 of the T&C type metal pipe for oil wells 1 shown in FIG. 4.
  • the configuration of the box 50 of the integral type metal pipe for oil wells 1 is the same as that of the box 50 of the T&C type metal pipe for oil wells 1 shown in FIG. 5.
  • the pin shoulder surface 43, the pin seal surface 42, and the male thread portion 41 are arranged in this order from the tip of the first end 10A toward the center of the pipe body 10.
  • the female thread portion 51, the box seal surface 52, and the box shoulder surface 53 are arranged in this order from the tip of the second end 10B toward the center of the pipe body 10.
  • the pin contact surface 400 of the pin 40 of the T&C type metal pipe for oil wells 1 only needs to include at least the male thread portion 41.
  • the box contact surface 500 of the box 50 of the T&C type metal pipe for oil wells 1 only needs to include at least the female thread portion 51.
  • the oil well metal pipe 1 of this embodiment may be of the T&C type or the integral type.
  • the chemical composition of the pipe body 10 of the metal pipe for oil well use 1 according to the present embodiment is not particularly limited. That is, in the present embodiment, the steel type of the pipe body 10 of the metal pipe for oil well use 1 is not particularly limited.
  • the pipe body 10 may be formed of, for example, carbon steel, stainless steel, alloy, or the like.
  • the metal pipe for oil well use 1 may be a steel pipe made of an Fe-based alloy, or an alloy pipe represented by a Ni-based alloy pipe.
  • the steel pipe is, for example, a low alloy steel pipe, a martensitic stainless steel pipe, a ferritic stainless steel pipe, an austenitic stainless steel pipe, a duplex stainless steel pipe, or the like.
  • the alloy pipe is, for example, a Ni-based alloy pipe, a NiCrFe alloy pipe, or the like.
  • the pipe body 10 may further have a plating layer formed on the surface. That is, the pipe body 10 may be, for example, carbon steel with a plating layer formed thereon, stainless steel with a plating layer formed thereon, or alloy steel with a plating layer formed thereon. In this case, the plating layer may be, for example, a Ni plating layer, a Cu plating layer, or a Cr plating layer. That is, the pipe body 10 according to this embodiment is not particularly limited as long as it has the performance required as a metal pipe for oil wells.
  • a Zn—Ni alloy plating layer is formed on at least one of the pin contact surface 400 and the box contact surface 500. That is, the Zn—Ni alloy plating layer is formed on the pin contact surface 400, but does not necessarily have to be formed on the box contact surface 500. Also, the Zn—Ni alloy plating layer is formed on the box contact surface 500, but does not necessarily have to be formed on the pin contact surface 400. Also, the Zn—Ni alloy plating layer may be formed on the pin contact surface 400 and the box contact surface 500.
  • the Zn—Ni alloy plating layer 100 is made of a Zn—Ni alloy. Specifically, the Zn—Ni alloy contains zinc (Zn) and nickel (Ni). The Zn—Ni alloy may contain impurities.
  • the impurities of the Zn—Ni alloy refer to substances other than Zn and Ni that are contained in the Zn—Ni alloy plating layer during the manufacture of the metal pipe for oil well 1, etc., and are contained in an amount that does not affect the effects of this embodiment.
  • the Zn-Ni alloy plating layer contains Zn.
  • Zn is a less noble metal than Fe. Therefore, the Zn-Ni alloy plating layer corrodes preferentially over the steel material (sacrificial corrosion protection). In this way, the corrosion resistance of the oil well metal pipe 1 is improved.
  • the chemical composition of the Zn-Ni alloy plating layer can be measured by the following method.
  • a sample containing the Zn-Ni alloy plating layer (including the contact surface on which the Zn-Ni alloy plating layer is formed) is taken from the oil well metal pipe 1.
  • the Zn-Ni alloy plating layer of the taken sample is dissolved in 10% hydrochloric acid to obtain a solution.
  • An elemental analysis is performed on the obtained solution by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) to determine the Ni content (mass%) and Zn content (mass%) in the Zn-Ni alloy plating layer.
  • ICP-AES inductively coupled plasma atomic emission spectrometry
  • the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer is not particularly limited.
  • the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer is, for example, 1 to 20 ⁇ m. If the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer is 1 ⁇ m or more, the seizure resistance can be further improved. Even if the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer exceeds 20 ⁇ m, the above effect is saturated.
  • the lower limit of the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer is preferably 3 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m.
  • the upper limit of the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer is preferably 18 ⁇ m, more preferably 15 ⁇ m.
  • the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer can be measured by the following method.
  • the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer is measured at any four points on the pin contact surface 400 or box contact surface 500 on which the Zn-Ni alloy plating layer is formed, using an eddy current phase-type film thickness meter PHASCOPE PMP10 manufactured by Helmut Fischer GmbH.
  • the measurement is performed by a method conforming to ISO (International Organization for Standardization) 21968 (2005).
  • the measurement points are four points (four points at 0°, 90°, 180°, and 270°) in the circumferential direction of the metal pipe for oil wells 1.
  • the arithmetic mean value of the measurement results is taken as the thickness of the Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • a zinc phosphate conversion coating is formed on the Zn-Ni alloy plating layer 100. That is, when the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed on the pin contact surface 400, a zinc phosphate conversion coating is formed on the Zn-Ni alloy plating layer 100 formed on the pin contact surface 400.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 may be formed on the box contact surface 500, a zinc phosphate conversion coating may be formed on the box contact surface 500, or neither of them may be formed.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed on the box contact surface 500, a zinc phosphate conversion coating is formed on the Zn-Ni alloy plating layer 100 formed on the box contact surface 500.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 may be formed on the pin contact surface 400, a zinc phosphate conversion coating may be formed on the pin contact surface 400, or neither of them may be formed. That is, in this embodiment, the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed on at least one of the pin contact surface 400 and the box contact surface 500, and a zinc phosphate chemical conversion coating is formed on the Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • the following description will discuss the configuration of the pin contact surface 400 when a Zn-Ni alloy plating layer and a zinc phosphate conversion coating are formed on the pin contact surface 400, and the configuration of the box contact surface 500 when a Zn-Ni alloy plating layer and a zinc phosphate conversion coating are formed on the box contact surface 500.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view of the vicinity of a pin contact surface 400 when a Zn-Ni alloy plating layer is formed on the pin contact surface 400.
  • the metal pipe for oil well 1 further includes a Zn-Ni alloy plating layer 100 formed on the pin contact surface 400 of the pin 40, and a zinc phosphate chemical conversion coating 110 formed on the Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 may be formed on a portion of the pin contact surface 400, or may be formed on the entire pin contact surface 400.
  • the pin seal surface 42 experiences particularly high surface pressure during the final stage of screw tightening. Therefore, when the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed partially on the pin contact surface 400, it is preferable that the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed at least on the pin seal surface 42. In addition, it is preferable that the zinc phosphate chemical conversion coating 110 is formed on the entire Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • Fig. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of a box contact surface 500 when a Zn-Ni alloy plating layer is formed on the box contact surface 500.
  • the metal pipe for oil well 1 further includes a Zn-Ni alloy plating layer 100 formed on the box contact surface 500 of the box 50, and a zinc phosphate chemical conversion coating 110 formed on the Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 may be formed on a portion of the box contact surface 500, or may be formed on the entire box contact surface 500.
  • the box seal surface 52 is subjected to particularly high surface pressure during the final stage of screw tightening. Therefore, when the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed partially on the box contact surface 500, it is preferable that the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed at least on the box seal surface 52.
  • the zinc phosphate chemical conversion coating 110 is formed on the entire Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • the zinc phosphate chemical conversion coating 110 has an orientation index X020 of the (020) plane of 2.00 or more.
  • the orientation index is an index indicating the degree to which a specific plane is preferentially oriented compared to non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder.
  • the orientation index X020 of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating is 2.00 or more, it means that the (020) plane is preferentially oriented 2.00 times or more compared to the case of random orientation.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed under the zinc phosphate chemical conversion coating 110.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 is subjected to chemical conversion treatment to form the zinc phosphate chemical conversion coating 110.
  • the chemical composition of the Zn-Ni alloy plating layer 100 contains zinc (Zn) and nickel (Ni), with the remainder being impurities.
  • the zinc phosphate chemical conversion coating 110 contains almost no zinc iron phosphate crystals (Zn 2 Fe(PO 4 ) 2.4H 2 O, also called “phosphophyllite”) that are generally contained in zinc phosphate chemical conversion coatings, and is mainly composed of zinc phosphate crystals (Zn 3 (PO 4 ) 2.4H 2 O, also called “hopeite”).
  • the Miller index of any plane is expressed as (hkl).
  • the diffraction lines detected by XRD have diffraction peaks of various crystal planes, such as the (020) plane, the (240) plane, the (241) plane, and the (151) plane.
  • the orientation index is an index indicating the degree to which the corresponding plane is preferentially oriented compared to non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder.
  • the orientation index X 020 of the (020) plane of the zinc phosphate conversion coating 110 can be defined by the following formula (1).
  • I 020 , ⁇ I hkl , I′ 020 , and ⁇ I′ hkl in the formula (1) are defined as follows.
  • I 020 Diffraction intensity of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating 110
  • ⁇ I hkl Sum of diffraction intensities of all crystal planes of the zinc phosphate chemical conversion coating 110
  • I′ 020 Diffraction intensity of the (020) plane of non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder
  • I′ hkl Sum of diffraction intensities of all crystal planes of non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder
  • the orientation index X020 of the (020) plane defined by the above formula (1) in the zinc phosphate chemical conversion coating 110 is 2.00 or more.
  • the surface irregularities of the zinc phosphate chemical conversion coating 110 are formed to be large, and the adhesion of the lubricating coating formed on the zinc phosphate chemical conversion coating 110 is improved. In this way, it is considered that the seizure resistance of the metal pipe for oil well 1 according to this embodiment is improved.
  • the orientation index X 020 of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating 110 can be obtained by the following method.
  • a test piece is prepared from the pin contact surface 400 or the box contact surface 500 on which the zinc phosphate chemical conversion coating 110 is formed of the metal oil well pipe 1 according to this embodiment.
  • the size of the test piece is not particularly limited, but is, for example, 15 mm x 15 mm x 2 mm thick.
  • X-ray diffraction measurement is performed on the surface of the zinc phosphate chemical conversion coating 110 of the test piece using an X-ray diffraction device. The X-ray diffraction measurement can be performed by a well-known method.
  • the X-ray diffraction device is not particularly limited, and for example, RINT-2500 manufactured by Rigaku Corporation can be used.
  • the target of the X-ray diffraction device is not particularly limited.
  • Co CoK ⁇ rays
  • each diffraction peak including the (020) plane, the (240) plane, the (241) plane, and the (151) plane is identified.
  • the intensities (cps) of the identified diffraction peaks are obtained, and I 020 and ⁇ I hkl are calculated.
  • the X-ray diffraction intensities of the corresponding planes in the non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder substituted for I′ 020 and ⁇ I′ hkl can use the values described in 37-0465 of the ICDD (International Centre for Diffraction Data).
  • the orientation index X 020 of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating 110 can be obtained.
  • the arithmetic mean value of the obtained multiple orientation indices X020 is defined as the orientation index X020 of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating 110.
  • the metal pipe for oil well 1 may have a lubricating coating on the zinc phosphate chemical conversion coating 110 or on a contact surface (on the pin contact surface 400 or on the box contact surface 500) on which the Zn—Ni alloy plating layer 100 is not formed.
  • the lubricating coating further enhances the lubricity of the metal pipe for oil well 1.
  • the lubricating coating 120 may be formed on the zinc phosphate chemical conversion coating 110.
  • the lubricating coating 120 may be formed on the zinc phosphate chemical conversion coating 110.
  • the lubricating coating 120 may be formed on the zinc phosphate chemical conversion coating 110.
  • the lubricating coating may be solid, semi-solid, or liquid.
  • the lubricating coating may be formed using a commercially available lubricant.
  • the lubricating coating may contain, for example, lubricating particles and a binder.
  • the lubricating coating may further contain a solvent and other components, as required.
  • the lubricating particles are not particularly limited as long as they are particles having lubricity, and may be, for example, one or more selected from the group consisting of graphite, MoS2 (molybdenum disulfide), WS2 (tungsten disulfide), BN (boron nitride), PTFE (polytetrafluoroethylene), CFx (graphite fluoride), and CaCO3 (calcium carbonate).
  • MoS2 mobdenum disulfide
  • WS2 tungsten disulfide
  • BN boron nitride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • CFx graphite fluoride
  • CaCO3 calcium carbonate
  • the binder is, for example, one or two types selected from the group consisting of organic binders and inorganic binders.
  • the organic binder is, for example, one or two types selected from the group consisting of thermosetting resins and thermoplastic resins.
  • the thermosetting resin is, for example, one or more types selected from the group consisting of polyethylene resins, polyimide resins, and polyamideimide resins.
  • the inorganic binder is, for example, one or two types selected from the group consisting of alkoxysilanes and compounds containing siloxane bonds.
  • lubricant is SEAL-GUARD ECF (trade name) manufactured by JET-LUBE Co., Ltd.
  • Other lubricating coatings include those containing rosin, metal soap, wax, and lubricating powder.
  • a method for producing the metal pipe for oil well use 1 of this embodiment will be described below. Note that, as long as the metal pipe for oil well use 1 of this embodiment has the above-mentioned configuration, the method for producing it is not limited to the following method. However, the method for producing the metal pipe for oil well use 1 of this embodiment will be described below as a suitable example.
  • the method for manufacturing the metal pipe for oil wells 1 includes a preparation step (S1) for preparing a blank pipe on which the pin 40 or box 50 is formed, a Zn-Ni alloy plating layer formation step (S2), and a zinc phosphate chemical treatment step (S3). Each step of the method for manufacturing the metal pipe for oil wells 1 of this embodiment will be described in detail below.
  • a mother pipe on which a pin 40 or a box 50 is formed is prepared.
  • the term "mother pipe on which a pin or a box is formed” refers to a T&C type metal pipe for oil wells.
  • oil well metal pipe refers to any one of the pipe body 10 in the integral type oil well metal pipe 1, the pin pipe body 11 in the integral type oil well metal pipe 1, and the pipe body 10 in the integral type oil well metal pipe 1.
  • the blank pipe (pipe body 10) on which the pin 40 or box 50 is formed is manufactured, for example, by the following method.
  • a material is manufactured using molten steel. Specifically, a cast piece (slab, bloom, or billet) is manufactured using molten steel by a continuous casting method. An ingot may be manufactured using molten steel by an ingot casting method. If necessary, a steel piece (billet) may be manufactured by blooming the slab, bloom, or ingot. A material (slab, bloom, or billet) is manufactured by the above steps.
  • a blank pipe is manufactured by hot working the prepared material. The hot working method may be piercing rolling by the Mannesmann method or hot extrusion.
  • the blank pipe after hot working is subjected to well-known quenching and well-known tempering to adjust the strength of the blank pipe.
  • a blank pipe is manufactured by the above steps. Note that if the oil well metal pipe 1 is a T&C type, a blank pipe for the coupling 12 is also prepared.
  • the manufacturing method of the blank pipe for the coupling 12 is the same as the manufacturing method of the blank pipe described above.
  • a base pipe (pin pipe body 11) on which the pin 40 is formed is prepared when the oil well metal pipe 1 is a T&C type.
  • a coupling 12 may also be prepared. Specifically, thread cutting is performed on the inner surface of both ends of the base pipe for the coupling 12 to form a box 50 including a box contact surface 500. Through the above steps, the coupling 12 is manufactured.
  • the preparation step (S1) of this embodiment may further include a grinding step.
  • the grinding process includes, for example, sandblasting and mechanical grinding finishing.
  • Sandblasting is a process in which a blasting material (abrasive) is mixed with compressed air and projected onto the contact surface.
  • the blasting material is, for example, spherical shot material and angular grid material.
  • Sandblasting can increase the surface roughness of the contact surface.
  • Sandblasting can be performed by a well-known method. For example, air is compressed with a compressor, and the compressed air is mixed with the blasting material.
  • the material of the blasting material is, for example, stainless steel, aluminum, ceramic, alumina, etc.
  • the conditions of the sandblasting process, such as the projection speed are not particularly limited, and can be appropriately adjusted under well-known conditions.
  • the preparation step (S1) of this embodiment may further include a plating layer formation step.
  • the tube body 10 according to this embodiment may have a plating layer formed thereon.
  • a Ni strike plating layer may be formed on the pin contact surface 400 and/or the box contact surface 500.
  • the Ni strike plating layer is formed by electroplating on the pin contact surface 400 and/or the box contact surface 500.
  • the Ni strike plating layer is a very thin base plating layer that enhances the adhesion of the Zn-Ni alloy plating layer 100.
  • the plating bath used in the Ni strike plating layer formation step is not particularly limited, and any well-known bath can be used.
  • the conditions for forming the Ni strike plating layer are not particularly limited, and can be adjusted as appropriate.
  • the Zn—Ni alloy plating layer 100 is formed by electroplating on the pin contact surface 400 and/or the box contact surface 500 after the preparation step (S1). As described above, the Zn—Ni alloy plating layer 100 may be formed directly on the pin contact surface 400, or the Zn—Ni alloy plating layer 100 may be formed directly on the box contact surface 500.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 is formed by electroplating using a known plating bath containing zinc ions and nickel ions.
  • a plating bath containing 1 to 100 g/L of zinc ions and 1 to 100 g/L of nickel ions can be used.
  • the counter anions of the zinc ions and nickel ions are not particularly limited.
  • chloride ions or sulfate ions may be used as counter anions.
  • a chloride bath or a sulfate bath may be used as the plating bath.
  • the conditions of electroplating in the Zn-Ni alloy plating layer forming step (S2) are not particularly limited and can be appropriately adjusted according to known conditions.
  • the conditions of electroplating are, for example, plating bath pH: 1-10, plating bath temperature: 10-60°C, current density: 1-100 A/dm 2 , and treatment time: 0.1-30 minutes.
  • Zinc phosphate conversion treatment step (S3) In the zinc phosphate conversion treatment step (S3), the Zn—Ni alloy plating layer 100 is subjected to zinc phosphate conversion treatment to form a zinc phosphate conversion treatment film 110. As described above, the zinc phosphate conversion treatment may be performed on the Zn—Ni alloy plating layer 100 formed on the pin contact surface 400, or the zinc phosphate conversion treatment may be performed on the Zn—Ni alloy plating layer 100 formed on the box contact surface 500.
  • a surface conditioner is applied to the base material, or the base material is immersed in the surface conditioner. Since the surface conditioner contains zinc phosphate microcrystals, a large number of nuclei from which zinc phosphate crystals precipitate are dispersed. In this way, in zinc phosphate chemical conversion treatment, a dense coating has been formed by applying a surface conditioner.
  • the zinc phosphate chemical conversion treatment step (S3) according to this embodiment no surface conditioner is used. Therefore, the zinc phosphate chemical conversion treatment according to this embodiment can grow crystals in a specific direction, and the orientation index X020 of the (020) plane can be made 2.00 or more. As a result, zinc phosphate crystals are unevenly distributed locally, and a zinc phosphate chemical conversion treatment coating 110 with large surface unevenness can be formed.
  • the Zn-Ni alloy plating layer 100 is immersed in a conversion treatment liquid or a conversion treatment liquid is applied to the Zn-Ni alloy plating layer 100 to perform the conversion treatment without applying a surface conditioner as is usually done.
  • the conversion treatment liquid may contain, for example, 1 to 150 g/L of phosphate ions, 3 to 70 g/L of zinc ions, 1 to 100 g/L of nitrate ions, and 0 to 30 g/L of nickel ions.
  • the liquid temperature of the conversion treatment liquid is, for example, 20 to 100°C. Other conditions for the conversion treatment may be well-known conditions.
  • the manufacturing process of the metal oil well pipe 1 may include other steps.
  • a surface preparation such as sandblasting may be performed.
  • a step of forming a lubricating coating may be further included.
  • a chemical conversion treatment other than the zinc phosphate chemical conversion treatment may be further performed. In this manner, well-known manufacturing steps may be further performed.
  • the manufacturing method of this embodiment may, if necessary, carry out a step of forming the lubricating coating 120 (film-forming step).
  • the film-forming step is an optional step.
  • the lubricating coating 120 is formed on the Zn—Ni alloy plating layer 100 and/or the zinc phosphate chemical conversion coating 110 and/or on a contact surface (the pin contact surface 400 or the box contact surface 500) on which neither the Zn—Ni alloy plating layer 100 nor the zinc phosphate chemical conversion coating 110 is formed.
  • a composition or lubricant containing the components of the lubricating coating 120 described above is applied.
  • the lubricating coating can be formed.
  • the application method is not particularly limited. Examples of application methods include spray application, brush application, and immersion.
  • spray application the composition or lubricant may be heated and sprayed in a state of enhanced fluidity. In this case, the composition or lubricant is further dried to form the lubricating coating 120.
  • the above steps produce the metal oil well pipe 1 according to this embodiment.
  • the above-described manufacturing method is only one example of the manufacturing method of the metal oil well pipe 1 according to this embodiment, and the manufacturing method is not limited to this.
  • the metal oil well pipe 1 according to this embodiment may be manufactured by other methods.
  • the effects of the metal pipe for oil wells of this embodiment will be explained in more detail below using examples.
  • the conditions in the following examples are one example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the metal pipe for oil wells of this embodiment. Therefore, the metal pipe for oil wells of this embodiment is not limited to this one example of conditions.
  • VAM21 (registered trademark) manufactured by Nippon Steel Corporation was used as the oil well metal pipe.
  • VAM21 (registered trademark) is an oil well metal pipe with an outer diameter of 244.48 mm (9.5 inches) and a wall thickness of 13.84 mm.
  • the steel type was equivalent to P110 as specified in the API 5CT standard.
  • Test No. 1 In test number 1, a Zn-Ni alloy plating layer was formed on the box contact surface (shown in the "underlayer” column in Table 1). Furthermore, a zinc phosphate chemical conversion coating was formed on the Zn-Ni alloy plating layer. At this time, no surface conditioning was carried out in the zinc phosphate chemical conversion coating (shown in the "zinc phosphate chemical conversion coating” column in Table 1). Furthermore, a lubricating coating was formed on the zinc phosphate chemical conversion coating.
  • Test No. 2 In test number 2, a Zn-Ni alloy plating layer was formed on the box contact surface (shown in the "underlayer” column in Table 1). Furthermore, a zinc phosphate chemical conversion coating was formed on the Zn-Ni alloy plating layer. At this time, surface conditioning was carried out in the zinc phosphate chemical conversion coating (shown in the "zinc phosphate chemical conversion coating” column in Table 1). Furthermore, a lubricating coating similar to that in test number 1 was formed on the zinc phosphate chemical conversion coating.
  • Test No. 3 In test number 3, a Zn-Ni alloy plating layer was formed on the box contact surface (shown in the "underlayer” column in Table 1). Meanwhile, a zinc phosphate conversion coating was not formed on the Zn-Ni alloy plating layer (shown in the "zinc phosphate conversion coating” column in Table 1). Furthermore, a lubricating coating similar to that in test numbers 1 and 2 was formed on the Zn-Ni alloy plating layer.
  • the conditions for forming the Zn-Ni alloy plating layer for each test number were as follows. An electroplating process was performed on the box contact surface for each test number to form a Zn-Ni alloy plating layer.
  • the Zn-Ni alloy plating bath used was Dainjin Alloy N-PL, a product name of Daiwa Kasei Co., Ltd.
  • the electroplating conditions were pH of the plating bath 6.5, temperature of the plating bath 25°C, current density of 2 A/dm2, and treatment time of 18 minutes.
  • the plating bath contained 85% Zn and 15% Ni.
  • test number 1 the conditions for forming the zinc phosphate conversion coating were as follows. Specifically, the Zn-Ni alloy plating layer of test number 1 was subjected to alkaline degreasing for 120 seconds. Furthermore, it was immersed in a zinc phosphate conversion treatment solution without being immersed in a surface conditioner.
  • the zinc phosphate conversion treatment solution used was Palbond SX35, a product name manufactured by Nippon Parkerizing Co., Ltd. The treatment time was 300 seconds.
  • test number 2 the conditions for forming the zinc phosphate conversion coating were as follows. Specifically, the Zn-Ni alloy plating layer of test number 2 was subjected to alkaline degreasing for 120 seconds. The Zn-Ni alloy plating layer was immersed in a surface conditioner for 30 seconds and then rinsed with water. After rinsing with water, the Zn-Ni alloy plating layer was immersed in a zinc phosphate conversion treatment solution. The zinc phosphate conversion treatment solution used was the same as in test number 1, and the treatment time was also the same as in test number 1.
  • the box contact surface for each test number was obtained using the above method.
  • An orientation index measurement test and a seizure resistance test were conducted using the obtained metal oil well pipes including the pin contact surface and box contact surface for each test number.
  • XRD measurement was performed on the zinc phosphate conversion coating formed above the box contact surface of test numbers 1 and 2 by the above-mentioned method to determine the orientation index X020 of the (020) plane of the zinc phosphate conversion coating.
  • X-ray diffraction measurement was performed on the zinc phosphate conversion coating of test numbers 1 and 2 using an X-ray diffractometer.
  • the X-ray diffractometer used was a RINT-2500 manufactured by Rigaku Corporation.
  • the target was Co (CoK ⁇ radiation).
  • the X-ray diffraction measurement was performed by identifying any four locations of the zinc phosphate conversion coating of test numbers 1 and 2.
  • diffraction peaks corresponding to the (020) plane, the (240) plane, the (241) plane, and the (151) plane were identified.
  • the intensities (cps) of the identified diffraction peaks were obtained and defined as I 020 , I 240 , and I 241 .
  • the X-ray diffraction intensities of the corresponding planes in the non-oriented zinc phosphate polycrystalline powder substituted for I' 020 , I' 240 , and I' 241 were numerical values described in ICDD 06-0653.
  • the orientation index X 020 of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating 110 was obtained.
  • the arithmetic mean value of the orientation index X020 at each measurement point obtained was taken as the orientation index X020 for each test number, and is shown in the "Orientation Index X020 " column in Table 1. Note that in test number 3, a zinc phosphate chemical conversion coating was not formed, so the orientation index measurement test was not performed.
  • the seizure resistance test was carried out in accordance with API RECOMMENDED PRACTICE 5C5 (2017). Specifically, the pin and box of each test number were hand-tightened (manually tightened) until the screws engaged at the beginning of tightening. After hand-tightening, the screws were repeatedly tightened and unscrewed with power tongs to evaluate the seizure resistance. The pin contact surface and the box contact surface were visually observed each time the screws were tightened and unscrewed. The occurrence of seizure was confirmed by visual observation. If the seizure was minor and recoverable, the seizure defects were repaired and the test was continued. The number of times the screws were tightened and unscrewed at the time when irrecoverable seizure occurred was measured. The obtained number of times the screws were tightened and unscrewed is shown in the "Make-break number (times)" column in Table 1.
  • the orientation index X020 of the (020) plane of the zinc phosphate chemical conversion coating was less than 2.00.
  • the number of make-breaks was 5, and excellent galling resistance was not exhibited.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)

Abstract

優れた耐焼付き性を有する油井用金属管を提供する。本開示による油井用金属管（１）は、第１端部（１０Ａ）と第２端部（１０Ｂ）とを含む管本体（１０）を備える。管本体（１０）は、第１端部（１０Ａ）に形成されているピン（４０）と、第２端部（１０Ｂ）に形成されているボックス（５０）とを含む。ピン（４０）は、雄ねじ部（４１）を含むピン接触表面（４００）を含む。ボックス（５０）は、雌ねじ部（５１）を含むボックス接触表面（５００）を含む。油井用金属管（１）はさらに、ピン接触表面（４００）及びボックス接触表面（５００）の少なくとも一方の上に形成される、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層（１００）と、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層（１００）の上に形成され、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上のリン酸亜鉛化成処理皮膜（１１０）とを備える。

Description

油井用金属管
　本開示は、金属管に関し、さらに詳しくは油井用金属管に関する。
　油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して、単に「油井」という）には、油井用金属管が使用される。油井用金属管は、ねじ継手を有する。具体的には、油井採掘地において、油井の深さに応じて、複数の油井用金属管を連結して、ケーシングやチュービングに代表される油井管連結体を形成する。油井管連結体は、油井用金属管同士をねじ締めすることによって形成される。また、油井管連結体に対して検査を実施する場合がある。検査を実施する場合、油井管連結体は、引き上げられ、ねじ戻しされる。そして、ねじ戻しにより油井管連結体から油井用金属管が取り外され、検査される。検査後、油井用金属管同士が再びねじ締めされ、油井用金属管は油井管連結体の一部として再度利用される。
　油井用金属管は、ピン及びボックスを備える。ピンは、油井用金属管の端部の外周面に、雄ねじ部を含むピン接触表面を有する。ボックスは、油井用金属管の端部の内周面に、雌ねじ部を含むボックス接触表面を有する。本明細書において、雄ねじ部と雌ねじ部とを総称して、「ねじ部」ともいう。本明細書においてさらに、ピン接触表面とボックス接触表面とを総称して、「接触表面」ともいう。なお、ピン接触表面はさらに、ピンシール面とピンショルダ面とを含む、ピンねじ無し金属接触部を含む場合がある。同様に、ボックス接触表面はさらに、ボックスシール面とボックスショルダ面とを含む、ボックスねじ無し金属接触部を含む場合がある。
　油井用金属管のピン接触表面及びボックス接触表面（接触表面）は、ねじ締め及びねじ戻し時に強い摩擦を繰り返し受ける。そのため接触表面は、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返した時に、ゴーリング（修復不可能な焼付き）が発生しやすい。したがって、油井用金属管には、摩擦に対する十分な耐久性、すなわち、優れた耐焼付き性が要求される。
　油井用金属管の耐焼付き性を高める技術が、たとえば、国際公開第２００６／１０４２５１号（特許文献１）、国際公開第２００８／１０８２６３号（特許文献２）、及び、国際公開第２０１６／１７００３１号（特許文献３）に提案されている。
　特許文献１に開示される油井用金属管は、ねじ継手を有し、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜と、その上に形成された乾燥固体被膜とを有する。この油井用金属管によれば、錆の発生を抑制し、かつ、耐焼付き性及び気密性を高められる、と特許文献１には開示されている。
　特許文献２に開示される油井用金属管は、ねじ継手を有し、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｃｕ－Ｚｎ合金及びＣｕ－Ｚｎ－Ｍ１合金（Ｍ１はＳｎ、Ｂｉ及びＩｎからなる群から選択される１種以上の元素）からなる群から選択されるＣｕ合金めっき層を有する。この油井用金属管によれば、隙間腐食の発生が防止でき、気密性及び耐焼付き性を高められる、と特許文献２には開示されている。
　特許文献３に開示される油井用金属管は、ねじ継手を有し、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を有する。この油井用金属管によれば、耐食性及び耐焼付き性を高められる、と特許文献３には開示されている。
国際公開第２００６／１０４２５１号 国際公開第２００８／１０８２６３号 国際公開第２０１６／１７００３１号
　ところで、近年、さらに優れた耐焼付き性を有する油井用金属管が求められてきている。特に、大型の油井用金属管では、管本体の円周が長くなることから、締結開始から締結完了まで、より長距離の摺動が必要となる。その結果、大型の油井用金属管では、従来よりも焼付きが発生しやすい傾向がある。このように、油井用金属管には、従来よりもさらに優れた耐焼付き性を有することが求められてきている。
　本開示の目的は、優れた耐焼付き性を有する油井用金属管を提供することである。
　本開示による油井用金属管は、
　第１端部と第２端部とを含む管本体を備え、
　前記管本体は、
　前記第１端部に形成されているピンと、
　前記第２端部に形成されているボックスとを含み、
　前記ピンは、
　雄ねじ部を含むピン接触表面を含み、
　前記ボックスは、
　雌ねじ部を含むボックス接触表面を含み、
　前記油井用金属管はさらに、
　前記ピン接触表面及び前記ボックス接触表面の少なくとも一方の上に形成される、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層と、
　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に形成される、リン酸亜鉛化成処理皮膜とを備え、
　前記リン酸亜鉛化成処理皮膜は、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上である。
　本開示による油井用金属管は、優れた耐焼付き性を有する。
図１Ａは、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上のリン酸亜鉛化成処理皮膜の表面を観察して得られた画像の一部を示す模式図である。 図１Ｂは、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００未満のリン酸亜鉛化成処理皮膜の表面を観察して得られた画像の一部を示す模式図である。 図２は、本実施形態による油井用金属管の一例を示す構成図である。 図３は、図２に示す油井用金属管のカップリングの管軸方向に平行な断面（縦断面）を示す一部断面図である。 図４は、図３に示す油井用金属管のうちのピン近傍部分の、油井用金属管の管軸方向に平行な断面図である。 図５は、図３に示す油井用金属管のうちのボックス近傍部分の、油井用金属管の管軸方向に平行な断面図である。 図６は、ピンが雄ねじ部を含み、ピンシール面及びピンショルダ面を含んでおらず、かつ、ボックスが雌ねじ部を含み、ボックスシール面及びボックスショルダ面を含んでいない油井用金属管の一例を示す図である。 図７は、本実施形態によるインテグラル型の油井用金属管の構成図である。 図８は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層がピン接触表面上に形成されている場合のピン接触表面近傍の断面図である。 図９は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層がボックス接触表面上に形成されている場合のボックス接触表面近傍の断面図である。 図１０は、図８と異なる構成のピン接触表面近傍の断面図である。 図１１は、図９と異なる構成のボックス接触表面近傍の断面図である。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、その高い硬さにより、優れた耐摩耗性を有する。また、優れた耐摩耗性を有するめっき層を形成することにより、優れた耐焼付き性が得られる傾向がある。そのため、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、優れた耐焼付き性が求められる油井用金属管に適用されてきた。一方上述のとおり、大口径を有する大型の油井用金属管は、従来の油井用金属管よりも、ねじ締め及びねじ戻し時の摺動距離が長くなる。そのため、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を有する油井用金属管であっても、大型の油井用金属管では、優れた耐焼付き性が得られない場合がある。そこで本発明者らは、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を有する油井用金属管の耐焼付き性を高める手法を種々検討した。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
　まず、本発明者らは、油井用金属管に形成されたＺｎ－Ｎｉ合金めっき層より上層に、潤滑被膜を形成することを検討した。潤滑被膜とは、潤滑剤を含有する被膜であって、たとえば、固体の潤滑被膜や、粘稠液体又は半固体状の潤滑被膜である。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層より上層に潤滑被膜を形成することによって、ねじ締めにおける接触表面同士の潤滑性が高まり、油井用金属管の耐焼付き性を高められる可能性がある。
　一方、油井用金属管同士がねじ締めされる際、接触表面には高い面圧がかかる。そのため、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返し実施した場合、潤滑被膜が剥離する可能性がある。つまり、潤滑被膜の密着性を高めることで、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返しても潤滑被膜の剥離を抑制できる可能性がある。その結果、油井用金属管の耐焼付き性が高まる可能性がある。そこで本発明者らは、潤滑被膜の密着性を高めるため、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層と潤滑被膜との間に、化成処理皮膜を形成することを考えた。
　具体的に本発明者らは、化成処理皮膜のうち、リン酸亜鉛化成処理皮膜に着目した。リン酸亜鉛化成処理皮膜は、化成処理皮膜の中でも結晶粒が粗大になりやすく、その表面粗さが高くなりやすい。そこで、本発明者らは、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に形成するリン酸亜鉛化成処理皮膜について、さらに詳細に検討した。その結果、リン酸亜鉛化成処理皮膜の配向性が、油井用金属管の耐焼付き性に影響を与えることが明らかになった。
　ここで、本明細書において、リン酸亜鉛化成処理皮膜中の結晶の方位の分布状態を、「リン酸亜鉛化成処理皮膜の配向性」ともいう。また、材料の配向性を評価する手法として、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ）がある。ＸＲＤでは、Ｘ線が原子の周りにある電子によって散乱、干渉した結果起こる回折を解析する。そのため、ＸＲＤでは、材料中の原子の配列状態ごとに、特有の回折パターンが得られる。つまり、ＸＲＤによって得られた回折パターンから、結晶の大きさや、材料の配向性を評価することができる。
　本発明者らの詳細な検討の結果、リン酸亜鉛化成処理皮膜において、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上であれば、リン酸亜鉛化成処理皮膜の表面の凹凸が顕著に高まり、潤滑被膜の密着性が高まる結果、油井用金属管の耐焼付き性が高まることが明らかになった。ここで、配向指数とは、無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末と比較して、特定の面がどの程度優先的に配向しているかを示す指標である。つまり、リン酸亜鉛化成処理皮膜の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上であるとは、無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末よりも（０２０）面が２．００倍以上優先して配向していることを意味する。
　また、本発明者らの詳細な検討の結果、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上であれば、リン酸亜鉛化成処理皮膜の表面の凹凸が顕著に異なることが明らかになった。この点について、図面を用いて詳細に説明する。図１Ａは、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上のリン酸亜鉛化成処理皮膜の表面を観察して得られた画像の一部を示す模式図である。図１Ｂは、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００未満のリン酸亜鉛化成処理皮膜の表面を観察して得られた画像の一部を示す模式図である。図１Ａ及び図１Ｂは、いずれも走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて得られた二次電子像である。ＳＥＭ観察の倍率は、５００倍とした。また、図１Ａは、後述する実施例の試験番号１の油井用金属管を観察したＳＥＭ像である。同様に、図１Ｂは、後述する実施例の試験番号２の油井用金属管を観察したＳＥＭ像である。
　図１Ａ中において、白色の領域はリン酸亜鉛結晶１１１である。つまり、図１Ａを参照して、配向指数Ｘ０２０が２．００以上のリン酸亜鉛化成処理皮膜は、リン酸亜鉛結晶１１１が局所的に偏在している様子が確認できる。一方、図１Ｂを参照して、配向指数Ｘ０２０が２．００未満のリン酸亜鉛化成処理皮膜は、図１Ａのようなリン酸亜鉛結晶１１１の偏在は確認されない。つまり、図１Ａに示されるように、配向指数Ｘ０２０が２．００以上のリン酸亜鉛化成処理皮膜は、表面の凹凸が顕著に高まっていることが確認できる。
　したがって、本実施形態による油井用金属管は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に、配向指数Ｘ０２０が２．００以上のリン酸亜鉛化成処理皮膜を形成する。その結果、リン酸亜鉛化成処理皮膜の上に潤滑被膜を形成した場合に、潤滑被膜の密着性が高まり、油井用金属管の耐焼付き性を高めることができる。
　以上の知見に基づいて完成した本実施形態による油井用金属管の要旨は、次のとおりである。
　［１］
　油井用金属管であって、
　第１端部と第２端部とを含む管本体を備え、
　前記管本体は、
　前記第１端部に形成されているピンと、
　前記第２端部に形成されているボックスとを含み、
　前記ピンは、
　雄ねじ部を含むピン接触表面を含み、
　前記ボックスは、
　雌ねじ部を含むボックス接触表面を含み、
　前記油井用金属管はさらに、
　前記ピン接触表面及び前記ボックス接触表面の少なくとも一方の上に形成される、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層と、
　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に形成される、リン酸亜鉛化成処理皮膜とを備え、
　前記リン酸亜鉛化成処理皮膜は、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上である、
　油井用金属管。
　［２］
　［１］に記載の油井用金属管であって、
　前記リン酸亜鉛化成処理皮膜の上に潤滑被膜を備える、
　油井用金属管。
　以下、本実施形態による油井用金属管について詳述する。
　［油井用金属管の構成］
　初めに、本実施形態の油井用金属管の構成について説明する。油井用金属管は、周知の構成を有する。油井用金属管は、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管と、インテグラル型の油井用金属管とがある。以下、各型の油井用金属管について詳述する。
　［油井用金属管１がＴ＆Ｃ型である場合］
　図２は、本実施形態による油井用金属管１の一例を示す構成図である。図２は、いわゆるＴ＆Ｃ型（Ｔｈｒｅａｄｅｄ　ａｎｄ　Ｃｏｕｐｌｅｄ）の油井用金属管１の構成図である。図２を参照して、油井用金属管１は、管本体１０を備える。
　管本体１０は、管軸方向に延びている。管本体１０の管軸方向に垂直な断面は円形状である。管本体１０は、第１端部１０Ａと、第２端部１０Ｂとを含む。第１端部１０Ａは、第２端部１０Ｂの反対側の端部である。図２に示すＴ＆Ｃ型の油井用金属管１では、管本体１０は、ピン管体１１と、カップリング１２とを備える。カップリング１２は、ピン管体１１の一端に取り付けられている。より具体的には、カップリング１２は、ピン管体１１の一端にねじにより締結されている。
　図３は、図２に示す油井用金属管１のカップリング１２の管軸方向に平行な断面（縦断面）を示す一部断面図である。図２及び図３を参照して、管本体１０は、ピン４０と、ボックス５０とを含む。ピン４０は、管本体１０の第１端部１０Ａに形成されている。ピン４０は、締結時において、他の油井用金属管１（図示せず）のボックス５０に挿入されて、他の油井用金属管１のボックス５０とねじにより締結される。
　ボックス５０は、管本体１０の第２端部１０Ｂに形成されている。締結時において、ボックス５０には、他の油井用金属管１のピン４０が挿入されて、他の油井用金属管１のピン４０とねじにより締結される。
　［ピン４０の構成について］
　図４は、図３に示す油井用金属管１のうちのピン４０近傍部分の、油井用金属管１の管軸方向に平行な断面図である。図４中の破線部分は、他の油井用金属管１と締結する場合の、他の油井用金属管１のボックス５０の構成を示す。図４を参照して、ピン４０は、管本体１０の第１端部１０Ａの外周面に、ピン接触表面４００を備える。ピン接触表面４００は、他の油井用金属管１との締結時において、他の油井用金属管１のボックス５０にねじ込まれ、ボックス５０のボックス接触表面５００（後述）と接触する。
　ピン接触表面４００は、第１端部１０Ａの外周面に形成された雄ねじ部４１を少なくとも含む。ピン接触表面４００はさらに、ピンシール面４２と、ピンショルダ面４３とを含んでもよい。図４では、ピンショルダ面４３は第１端部１０Ａの先端面に配置され、ピンシール面４２は、第１端部１０Ａの外周面のうち、雄ねじ部４１よりも第１端部１０Ａの先端側に配置されている。つまり、ピンシール面４２は、雄ねじ部４１とピンショルダ面４３との間に配置されている。ピンシール面４２はテーパ状に設けられている。具体的には、ピンシール面４２では、第１端部１０Ａの長手方向（管軸方向）において、雄ねじ部４１からピンショルダ面４３に向かうにしたがって、外径が徐々に小さくなっている。
　他の油井用金属管１との締結時において、ピンシール面４２は、他の油井用金属管１のボックス５０のボックスシール面５２（後述）と接触する。より具体的には、締結時において、ピン４０が他の油井用金属管１のボックス５０に挿入されることにより、ピンシール面４２がボックスシール面５２と接触する。そして、ピン４０が他の油井用金属管１のボックス５０にさらにねじ込まれることにより、ピンシール面４２は、ボックスシール面５２と密着する。これにより、締結時において、ピンシール面４２は、ボックスシール面５２と密着してメタル－メタル接触に基づくシールを形成する。そのため、互いに締結された油井用金属管１において、気密性を高めることができる。
　図４では、ピンショルダ面４３は、第１端部１０Ａの先端面に配置されている。つまり、図４に示すピン４０では、管本体１０の中央から第１端部１０Ａに向かって順に、雄ねじ部４１、ピンシール面４２、ピンショルダ面４３の順に配置されている。他の油井用金属管１との締結時において、ピンショルダ面４３は、他の油井用金属管１のボックス５０のボックスショルダ面５３（後述）と対向し、接触する。より具体的には、締結時において、ピン４０が他の油井用金属管１のボックス５０に挿入されることにより、ピンショルダ面４３がボックスショルダ面５３と接触する。これにより、締結時において、高いトルクを得ることができる。また、ピン４０とボックス５０との締結状態での位置関係を安定させることができる。
　なお、ピン４０のピン接触表面４００は、少なくとも雄ねじ部４１を含んでいる。つまり、ピン接触表面４００は、雄ねじ部４１を含み、ピンシール面４２及びピンショルダ面４３を含んでいなくてもよい。ピン接触表面４００は、雄ねじ部４１とピンショルダ面４３とを含み、ピンシール面４２を含んでいなくてもよい。ピン接触表面４００は、雄ねじ部４１とピンシール面４２とを含み、ピンショルダ面４３を含んでいなくてもよい。
　［ボックス５０の構成について］
　図５は、図３に示す油井用金属管１のうちのボックス５０近傍部分の、油井用金属管１の管軸方向に平行な断面図である。図５中の破線部分は、他の油井用金属管１と締結する場合の、他の油井用金属管１のピン４０の構成を示す。図５を参照して、ボックス５０は、管本体１０の第２端部１０Ｂの内周面に、ボックス接触表面５００を備える。ボックス接触表面５００は、他の油井用金属管１との締結時において、他の油井用金属管１のピン４０がねじ込まれ、ピン４０のピン接触表面４００と接触する。
　ボックス接触表面５００は、第２端部１０Ｂの内周面に形成された雌ねじ部５１を少なくとも含む。締結時において、雌ねじ部５１は、他の油井用金属管１のピン４０の雄ねじ部４１と噛み合う。
　ボックス接触表面５００はさらに、ボックスシール面５２と、ボックスショルダ面５３とを含んでもよい。図５では、ボックスシール面５２は、第２端部１０Ｂの内周面のうち、雌ねじ部５１よりも管本体１０側に配置されている。つまり、ボックスシール面５２は、雌ねじ部５１とボックスショルダ面５３との間に配置されている。ボックスシール面５２はテーパ状に設けられている。具体的には、ボックスシール面５２では、第２端部１０Ｂの長手方向（管軸方向）において、雌ねじ部５１からボックスショルダ面５３に向かうにしたがって、内径が徐々に小さくなっている。
　他の油井用金属管１との締結時において、ボックスシール面５２は、他の油井用金属管１のピン４０のピンシール面４２と接触する。より具体的には、締結時において、ボックス５０に他の油井用金属管１のピン４０がねじ込まれることにより、ボックスシール面５２がピンシール面４２と接触し、さらにねじ込まれることにより、ボックスシール面５２がピンシール面４２と密着する。これにより、締結時において、ボックスシール面５２は、ピンシール面４２と密着してメタル－メタル接触に基づくシールを形成する。そのため、互いに締結された油井用金属管１において、気密性を高めることができる。
　ボックスショルダ面５３は、ボックスシール面５２よりも管本体１０側に配置されている。つまり、ボックス５０では、管本体１０の中央から第２端部１０Ｂの先端に向かって順に、ボックスショルダ面５３、ボックスシール面５２、雌ねじ部５１、の順に配置されている。他の油井用金属管１との締結時において、ボックスショルダ面５３は、他の油井用金属管１のピン４０のピンショルダ面４３と対向し、接触する。より具体的には、締結時において、ボックス５０に他の油井用金属管１のピン４０が挿入されることにより、ボックスショルダ面５３がピンショルダ面４３と接触する。これにより、締結時において、高いトルクを得ることができる。また、ピン４０とボックス５０との締結状態での位置関係を安定させることができる。
　ボックス接触表面５００は、少なくとも雌ねじ部５１を含む。締結時において、ボックス５０のボックス接触表面５００の雌ねじ部５１は、ピン４０のピン接触表面４００の雄ねじ部４１に対応し、雄ねじ部４１と接触する。ボックスシール面５２は、ピンシール面４２と対応し、ピンシール面４２と接触する。ボックスショルダ面５３は、ピンショルダ面４３と対応し、ピンショルダ面４３と接触する。
　ピン接触表面４００が雄ねじ部４１を含み、ピンシール面４２及びピンショルダ面４３を含まない場合、ボックス接触表面５００は雌ねじ部５１を含み、ボックスシール面５２及びボックスショルダ面５３を含まない。ピン接触表面４００が雄ねじ部４１とピンショルダ面４３とを含み、ピンシール面４２を含まない場合、ボックス接触表面５００は、雌ねじ部５１とボックスショルダ面５３とを含み、ボックスシール面５２を含まない。ピン接触表面４００が雄ねじ部４１とピンシール面４２とを含み、ピンショルダ面４３を含まない場合、ボックス接触表面５００は、雌ねじ部５１とボックスシール面５２とを含み、ボックスショルダ面５３を含まない。
　ピン接触表面４００は、複数の雄ねじ部４１を含んでもよく、複数のピンシール面４２を含んでもよく、複数のピンショルダ面４３を含んでもよい。たとえば、ピン４０のピン接触表面４００において、第１端部１０Ａの先端から管本体１０の中央に向かって、ピンショルダ面４３、ピンシール面４２、雄ねじ部４１、ピンシール面４２、ピンショルダ面４３、ピンシール面４２、雄ねじ部４１の順で配置されてもよい。この場合、ボックス５０のボックス接触表面５００において、第２端部１０Ｂの先端から管本体１０の中央に向かって、雌ねじ部５１、ボックスシール面５２、ボックスショルダ面５３、ボックスシール面５２、雌ねじ部５１、ボックスシール面５２、ボックスショルダ面５３の順に配置される。
　図４及び図５では、ピン４０が、雄ねじ部４１、ピンシール面４２、及び、ピンショルダ面４３を含み、ボックス５０が、雌ねじ部５１、ボックスシール面５２、及び、ボックスショルダ面５３を含む、いわゆる、プレミアムジョイントを図示している。しかしながら、上述のとおり、ピン４０は、雄ねじ部４１を含み、ピンシール面４２及びピンショルダ面４３を含んでいなくてもよい。この場合、ボックス５０は、雌ねじ部５１を含み、ボックスシール面５２及びボックスショルダ面５３を含んでいない。図６は、ピン４０が雄ねじ部４１を含み、ピンシール面４２及びピンショルダ面４３を含んでおらず、かつ、ボックス５０が雌ねじ部５１を含み、ボックスシール面５２及びボックスショルダ面５３を含んでいない油井用金属管１の一例を示す図である。
　［油井用金属管１がインテグラル型である場合］
　図２、図３及び図６に示す油井用金属管１は、管本体１０が、ピン管体１１とカップリング１２とを含む、いわゆる、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管１である。しかしながら、本実施形態の油井用金属管１は、Ｔ＆Ｃ型ではなく、インテグラル型であってもよい。
　図７は、本実施形態によるインテグラル型の油井用金属管１の構成図である。図７を参照して、インテグラル型の油井用金属管１は、管本体１０を備える。管本体１０は、第１端部１０Ａと、第２端部１０Ｂとを含む。第１端部１０Ａは、第２端部１０Ｂと反対側に配置されている。上述のとおり、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管１では、管本体１０は、ピン管体１１と、カップリング１２とを備える。つまり、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管１では、管本体１０は、２つの別個の部材（ピン管体１１及びカップリング１２）を締結して構成されている。これに対して、インテグラル型の油井用金属管１では、管本体１０は一体的に形成されている。
　ピン４０は、管本体１０の第１端部１０Ａに形成されている。締結時において、ピン４０は、他のインテグラル型の油井用金属管１のボックス５０に挿入されてねじ込まれ、他のインテグラル型の油井用金属管１のボックス５０と締結される。ボックス５０は、管本体１０の第２端部１０Ｂに形成されている。締結時において、ボックス５０には、他のインテグラル型の油井用金属管１のピン４０が挿入されてねじ込まれ、他のインテグラル型の油井用金属管１のピン４０と締結される。
　インテグラル型の油井用金属管１のピン４０の構成は、図４に示すＴ＆Ｃ型の油井用金属管１のピン４０の構成と同じである。同様に、インテグラル型の油井用金属管１のボックス５０の構成は、図５に示すＴ＆Ｃ型の油井用金属管１のボックス５０の構成と同じである。なお、図４及び図５では、ピン４０において、第１端部１０Ａの先端から管本体１０の中央に向かって、ピンショルダ面４３、ピンシール面４２、雄ねじ部４１の順で配置されている。そのため、ボックス５０において、第２端部１０Ｂの先端から管本体１０の中央に向かって、雌ねじ部５１、ボックスシール面５２、ボックスショルダ面５３の順に配置されている。しかしながら、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管１のピン４０のピン接触表面４００と同様に、インテグラル型の油井用金属管１のピン４０のピン接触表面４００は、少なくとも雄ねじ部４１を含んでいればよい。また、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管１のボックス５０のボックス接触表面５００と同様に、インテグラル型の油井用金属管１のボックス５０のボックス接触表面５００は、少なくとも雌ねじ部５１を含んでいればよい。
　要するに、本実施形態の油井用金属管１は、Ｔ＆Ｃ型であってもよく、インテグラル型であってもよい。
　［管本体の化学組成］
　本実施形態による油井用金属管１の管本体１０の化学組成は、特に限定されない。すなわち、本実施形態において、油井用金属管１の管本体１０の鋼種は特に限定されない。管本体１０は、たとえば、炭素鋼、ステンレス鋼及び合金等によって形成されていてもよい。つまり、油井用金属管１とは、Ｆｅ基合金からなる鋼管であってもよく、Ｎｉ基合金管に代表される合金管であってもよい。ここで、鋼管はたとえば、低合金鋼管、マルテンサイト系ステンレス鋼管、フェライト系ステンレス鋼管、オーステナイト系ステンレス鋼管、及び、二相ステンレス鋼管等である。合金管はたとえば、Ｎｉ基合金管、及び、ＮｉＣｒＦｅ合金管等である。
　ここで、合金の中でも、Ｎｉ基合金及びＣｒ、Ｎｉ及びＭｏ等の合金元素を含んだ二相ステンレス鋼等のいわゆる高合金は、耐食性が高い。そのため、これらの高合金を管本体１０として使用すれば、硫化水素や二酸化炭素等を含有する腐食環境において、優れた耐食性が得られる。管本体１０はさらに、表面にめっき層が形成されていてもよい。つまり、管本体１０はたとえば、めっき層が形成された炭素鋼であってもよく、めっき層が形成されたステンレス鋼であってもよく、めっき層が形成された合金鋼であってもよい。この場合さらに、めっき層はたとえば、Ｎｉめっき層であってもよく、Ｃｕめっき層であってもよく、Ｃｒめっき層であってもよい。つまり、本実施形態による管本体１０は、油井用金属管として求められる性能を有すればよく、特に限定されない。
　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層］
　本実施形態による油井用金属管１では、ピン接触表面４００及びボックス接触表面５００の少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層が形成されている。つまり、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、ピン接触表面４００上に形成されており、ボックス接触表面５００上に形成されていなくてもよい。また、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、ボックス接触表面５００上に形成されており、ピン接触表面４００上に形成されていなくてもよい。また、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、ピン接触表面４００上及びボックス接触表面５００上に形成されていてもよい。
　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の組成］
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、Ｚｎ－Ｎｉ合金からなる。具体的に、Ｚｎ－Ｎｉ合金は、亜鉛（Ｚｎ）及びニッケル（Ｎｉ）を含有する。Ｚｎ－Ｎｉ合金は不純物を含有する場合がある。ここで、Ｚｎ－Ｎｉ合金の不純物とは、Ｚｎ及びＮｉ以外の物質で、油井用金属管１の製造中等にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層に含有され、本実施形態の効果に影響を与えない範囲の含有量で含まれる物質を意味する。
　ここで、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層はＺｎを含有する。ＺｎはＦｅと比較して卑な金属である。そのため、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、鋼材よりも優先的に腐食される（犠牲防食）。このようにして、油井用金属管１の防食性が高まる。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の化学組成は次の方法で測定することができる。油井用金属管１から、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を含むサンプル（Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層が形成されている接触表面を含む）を採取する。採取されたサンプルのＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を、１０％濃度の塩酸で溶解して、溶液を得る。得られた溶液に対して、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ－ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ　Ａｔｏｍｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による元素分析を実施して、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層中のＮｉ含有量（質量％）、及び、Ｚｎ含有量（質量％）を求める。
　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さ］
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さは特に限定されない。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さはたとえば、１～２０μｍである。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さが１μｍ以上であれば、耐焼付き性をさらに高めることができる。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さが２０μｍを超えても、上記効果は飽和する。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さの下限は好ましくは３μｍであり、より好ましくは５μｍである。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さの上限は好ましくは１８μｍであり、より好ましくは１５μｍである。
　本実施形態においてＺｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さは、次の方法で測定できる。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成したピン接触表面４００、又は、ボックス接触表面５００の任意の４箇所に対して、Ｈｅｌｍｕｔ　Ｆｉｓｃｈｅｒ　ＧｍｂＨ製、渦電流位相式膜厚計ＰＨＡＳＣＯＰＥ　ＰＭＰ１０を用いて、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さを測定する。測定は、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）２１９６８（２００５）に準拠する方法で行う。測定箇所は、油井用金属管１の管周方向の４箇所（０°、９０°、１８０°、２７０°の４箇所）である。測定結果の算術平均値を、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さとする。
　［リン酸亜鉛化成処理皮膜］
　本実施形態による油井用金属管１では、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の上に、リン酸亜鉛化成処理皮膜が形成されている。つまり、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００がピン接触表面４００上に形成されている場合、ピン接触表面４００上に形成されたＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上に、リン酸亜鉛化成処理皮膜が形成される。この場合、ボックス接触表面５００上には、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が形成されてもよく、リン酸亜鉛化成処理皮膜が形成されてもよく、いずれも形成されていなくてもよい。また、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００がボックス接触表面５００上に形成されている場合、ボックス接触表面５００上に形成されたＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上に、リン酸亜鉛化成処理皮膜が形成される。この場合、ピン接触表面４００上には、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が形成されてもよく、リン酸亜鉛化成処理皮膜が形成されてもよく、いずれも形成されていなくてもよい。すなわち、本実施形態では、ピン接触表面４００、及び、ボックス接触表面５００の少なくともいずれか一方の上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が形成され、当該Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の上に、リン酸亜鉛化成処理皮膜が形成されていればよい。
　以後の説明では、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層及びリン酸亜鉛化成処理皮膜がピン接触表面４００上に形成されている場合のピン接触表面４００上の構成、及び、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層及びリン酸亜鉛化成処理皮膜がボックス接触表面５００上に形成されている場合のボックス接触表面５００上の構成について説明する。
　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層がピン接触表面上に形成されている場合のピン接触表面上の構成］
　図８は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層がピン接触表面４００上に形成されている場合のピン接触表面４００近傍の断面図である。図８を参照して、油井用金属管１はさらに、ピン４０のピン接触表面４００の上に形成されるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００と、当該Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の上に形成されるリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０とを備える。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、ピン接触表面４００の一部に形成されていてもよく、ピン接触表面４００全体に形成されていてもよい。ピンシール面４２は、ねじ締めの最終段階で特に面圧が高くなる。したがって、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００がピン接触表面４００上に部分的に形成されている場合、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、少なくともピンシール面４２に形成されていることが好ましい。また、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の上全体に形成されているのが好ましい。
　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層がボックス接触表面上に形成されている場合のボックス接触表面上の構成］
　図９は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層がボックス接触表面５００上に形成されている場合のボックス接触表面５００近傍の断面図である。図９を参照して、油井用金属管１はさらに、ボックス５０のボックス接触表面５００上に形成されるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００と、当該Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の上に形成されるリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０とを備える。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、ボックス接触表面５００の一部に形成されていてもよく、ボックス接触表面５００全体に形成されていてもよい。ボックスシール面５２は、ねじ締め最終段階で特に面圧が高くなる。したがって、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００がボックス接触表面５００上に部分的に形成されている場合、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、少なくともボックスシール面５２に形成されていることが好ましい。また、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の上全体に形成されているのが好ましい。
　［リン酸亜鉛化成処理皮膜の配向性］
　本実施形態による油井用金属管１において、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０は、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上である。上述のとおり、本明細書において、配向指数とは、無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末と比較して、特定の面がどの程度優先的に配向しているかを示す指標である。つまり、リン酸亜鉛化成処理皮膜の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上であるとは、ランダム配向の場合よりも（０２０）面が２．００倍以上優先して配向していることを意味する。
　この点について、より具体的に説明する。本実施形態による油井用金属管１では、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の下層に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が形成されている。この場合、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００に対して化成処理を実施して、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０を形成する。また、上述のとおり、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の化学組成は、亜鉛（Ｚｎ）及びニッケル（Ｎｉ）を含有し、残部は不純物である。そのため、本実施形態によるリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０には、一般にリン酸亜鉛化成処理皮膜中に含まれるリン酸亜鉛鉄結晶（Ｚｎ２Ｆｅ（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ：「Ｐｈｏｓｐｈｏｐｈｙｌｌｉｔｅ」ともいう）がほとんど含まれず、リン酸亜鉛結晶（Ｚｎ３（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ：「Ｈｏｐｅｉｔｅ」ともいう）を主体とする。
　ここで、任意の面のミラー指数を（ｈｋｌ）と表現する。Ｈｏｐｅｉｔｅを主体とする本実施形態によるリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０では、ＸＲＤにより検出される回折線は（０２０）面、（２４０）面、（２４１）面、及び、（１５１）面に代表される種々の結晶面の回折ピークを有している。また、上述のとおり、配向指数とは、無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末と比較して、該当する面がどの程度優先的に配向しているかを示す指標である。つまり、本実施形態において、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０とは、次の式（１）で定義することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、式（１）中のＩ０２０、ΣＩｈｋｌ、Ｉ′０２０、及び、ΣＩ′ｈｋｌは、次のように定義される。
　Ｉ０２０：リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の（０２０）面の回折強度
　ΣＩｈｋｌ：リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の全ての結晶面の回折強度の和
　Ｉ′０２０：無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末の（０２０）面の回折強度
　ΣＩ′ｈｋｌ：無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末の全ての結晶面の回折強度の和
　すなわち、本実施形態による油井用金属管１では、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０において、上述の式（１）によって定義される（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が、２．００以上である。その結果、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の表面の凹凸が大きく形成され、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の上に形成される潤滑被膜の密着性が高まる。このようにして、本実施形態による油井用金属管１の耐焼付き性が高まると考えられる。
　本実施形態において、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０は次の方法で求めることができる。本実施形態による油井用金属管１のうち、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０が形成されたピン接触表面４００又はボックス接触表面５００から、試験片を作製する。試験片の大きさは特に限定されないが、たとえば、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ２ｍｍである。試験片のリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の表面に対して、Ｘ線回折装置を用いて、Ｘ線回折測定を実施する。Ｘ線回折測定は、周知の方法で実施することができる。Ｘ線回折装置は特に限定されず、たとえば、株式会社リガク製　ＲＩＮＴ－２５００を用いることができる。また、本実施形態において、Ｘ線回折装置のターゲットは特に限定されない。たとえば、Ｘ線回折装置のターゲットとして、Ｃｏ（ＣｏＫα線）を用いてもよい。なお、Ｘ線回折測定は、試料のうち任意の４箇所以上を特定して実施するのが好ましい。
　Ｘ線回折測定によって得られたＸ線回折スペクトルから、（０２０）面、（２４０）面、（２４１）面、及び、（１５１）面を含む、各回折ピークを特定する。特定された回折ピークの強度（ｃｐｓ）をそれぞれ求め、Ｉ０２０、及び、ΣＩｈｋｌを算出する。さらに、Ｉ′０２０、及び、ΣＩ′ｈｋｌに代入する、無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末における該当する面のＸ線回折強度は、ＩＣＤＤ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｆｏｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｄａｔａ）の３７－０４６５に記載の数値を用いることができる。以上の方法で得られたＩ０２０、ΣＩｈｋｌ、Ｉ′０２０、及び、ΣＩ′ｈｋｌと、上述の式（１）とから、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０を求めることができる。なお、試料のうち任意の複数箇所を特定してＸ線回折測定を実施する場合、得られた複数の配向指数Ｘ０２０の算術平均値を、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０と定義する。
　［潤滑被膜］
　油井用金属管１では、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０上、又は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が形成されていない接触表面上（ピン接触表面４００上又はボックス接触表面５００上）に、潤滑被膜を備えてもよい。潤滑被膜は、油井用金属管１の潤滑性をさらに高める。図１０を参照して、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００及びリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０がピン接触表面４００上に形成されている場合において、潤滑被膜１２０は、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０上に形成されてもよい。また、図１１を参照して、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００及びリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０がボックス接触表面５００上に形成されている場合において、潤滑被膜１２０は、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０上に形成されてもよい。
　潤滑被膜は、固体であってもよく、半固体状及び液体状であってもよい。潤滑被膜は、市販の潤滑剤を用いて形成することができる。潤滑被膜はたとえば、潤滑性粒子及び結合剤を含有する。潤滑被膜はさらに、必要に応じて、溶媒及び他の成分を含有してもよい。
　潤滑性粒子は、潤滑性を有する粒子であれば特に限定されない。潤滑性粒子はたとえば、黒鉛、ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）、ＷＳ２（二硫化タングステン）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＣＦｘ（フッ化黒鉛）及びＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）からなる群から選択される１種以上である。
　結合剤はたとえば、有機結合剤及び無機結合剤からなる群から選択される１種又は２種である。有機結合剤はたとえば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される１種又は２種である。熱硬化性樹脂はたとえば、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上である。無機結合剤はたとえば、アルコキシシラン及びシロキサン結合を含有する化合物からなる群から選択される１種又は２種である。
　市販の潤滑剤はたとえば、ＪＥＴ－ＬＵＢＥ株式会社製、ＳＥＡＬ－ＧＵＡＲＤ　ＥＣＦ（商品名）である。他の潤滑被膜はたとえば、ロジン、金属石鹸、ワックス及び潤滑性粉末を含有する潤滑被膜である。
　［油井用金属管１の製造方法］
　本実施形態の油井用金属管１の製造方法について、以下に説明する。なお、本実施形態の油井用金属管１は、上記構成を有すれば、製造方法は以下の製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態による油井用金属管１を製造する好適な一例である。
　油井用金属管１の製造方法は、ピン４０又はボックス５０が形成されている素管を準備する準備工程（Ｓ１）と、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程（Ｓ２）と、リン酸亜鉛化成処理工程（Ｓ３）とを備える。以下、本実施形態の油井用金属管１の製造方法の各工程について詳述する。
　［準備工程（Ｓ１）］
　準備工程（Ｓ１）では、ピン４０又はボックス５０が形成されている素管を準備する。本明細書において、「ピン又はボックスが形成されている素管」とは、Ｔ＆Ｃ型の油井用金属管１における管本体１０、ピン管体１１、及び、インテグラル型の油井用金属管１における管本体１０のいずれかを意味する。
　ピン４０又はボックス５０が形成されている素管（管本体１０）は、たとえば、次の方法で製造する。溶鋼を用いて素材を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造してもよい。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを分塊圧延して、鋼片（ビレット）を製造してもよい。以上の工程により素材（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。準備された素材を熱間加工して素管を製造する。熱間加工方法はマンネスマン法による穿孔圧延でもよいし、熱間押出法でもよい。熱間加工後の素管に対して、周知の焼入れ及び周知の焼戻しを実施して、素管の強度を調整する。以上の工程により、素管を製造する。なお、油井用金属管１がＴ＆Ｃ型である場合、カップリング１２用の素管も準備する。カップリング１２用の素管の製造方法は、上述の素管の製造方法と同じである。
　油井用金属管１がＴ＆Ｃ型である場合、ピン管体１１用の素管の両端部の外面に対してねじ切り加工を実施して、ピン接触表面４００を含むピン４０を形成する。以上の工程により、油井用金属管１がＴ＆Ｃ型である場合の、ピン４０が形成された素管（ピン管体１１）を準備する。なお、油井用金属管１がＴ＆Ｃ型である場合、カップリング１２も準備しておいてもよい。具体的には、カップリング１２用の素管の両端部の内面に対してねじ切り加工を実施して、ボックス接触表面５００を含むボックス５０を形成する。以上の工程により、カップリング１２が製造される。
　油井用金属管１がインテグラル型である場合、素管の第１端部１０Ａの外面に対してねじ切り加工を実施して、ピン接触表面４００を含むピン４０を形成する。さらに、素管の第２端部１０Ｂの内面に対してねじ切りを実施して、ボックス接触表面５００を含むボックス５０を形成する。以上の工程により、油井用金属管１がインテグラル型である場合の、ピン４０及びボックス５０が形成された素管（管本体１０）を準備する。
　［その他任意の工程］
　本実施形態の準備工程（Ｓ１）ではさらに、研削加工工程を含んでもよい。
　本実施形態による準備工程（Ｓ１）において研削加工工程を実施する場合、研削加工工程では、たとえば、サンドブラスト処理、及び、機械研削仕上げを実施する。サンドブラスト処理は、ブラスト材（研磨剤）と圧縮空気とを混合して接触表面に投射する処理である。ブラスト材はたとえば、球状のショット材及び角状のグリッド材である。サンドブラスト処理により、接触表面の表面粗さを大きくできる。サンドブラスト処理は、周知の方法により実施できる。たとえば、コンプレッサーで空気を圧縮し、圧縮空気とブラスト材を混合する。ブラスト材の材質はたとえば、ステンレス鋼、アルミ、セラミック及びアルミナ等である。サンドブラスト処理の投射速度等の条件は特に限定されず、周知の条件で適宜調整することができる。
　本実施形態の準備工程（Ｓ１）ではさらに、めっき層形成工程を含んでいてもよい。上述のとおり、本実施形態による管本体１０は、めっき層が形成されていてもよい。具体的に、たとえば、ピン接触表面４００上、及び／又は、ボックス接触表面５００上に、Ｎｉストライクめっき層を形成してもよい。
　本実施形態による準備工程（Ｓ１）においてＮｉストライクめっき層を形成する場合、ピン接触表面４００上、及び／又は、ボックス接触表面５００上に、電気めっきによりＮｉストライクめっき層を形成する。Ｎｉストライクめっき層は、非常に薄い下地めっき層であって、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の密着性を高める。なお、Ｎｉストライクめっき層形成工程で用いられるめっき浴は特に限定されず、周知の浴を用いることができる。また、Ｎｉストライクめっき層を形成する条件も特に限定されず、適宜調整して実施することができる。
　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程（Ｓ２）］
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程（Ｓ２）では、準備工程（Ｓ１）後のピン接触表面４００上、及び／又は、ボックス接触表面５００上に、電気めっきにより、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成する。上述のとおり、ピン接触表面４００上に直接Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成してもよく、ボックス接触表面５００上に直接Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成してもよい。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程（Ｓ２）では、亜鉛イオンとニッケルイオンとを含有する周知のめっき浴を用いて、電気めっきによりＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成する。たとえば、亜鉛イオン：１～１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン：１～１００ｇ／Ｌを含有するめっき浴を用いることができる。また、亜鉛イオン及びニッケルイオンのカウンターアニオンは特に限定されない。たとえば、カウンターアニオンとして塩化物イオンを用いてもよく、硫酸イオンを用いてもよい。つまり、本実施形態によるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程（Ｓ２）では、めっき浴として塩化浴を用いてもよく、硫酸浴を用いてもよい。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程（Ｓ２）における電気めっきの条件は、特に限定されず、周知の条件で適宜調整することができる。電気めっきの条件は、たとえば、めっき浴ｐＨ：１～１０、めっき浴温度：１０～６０℃、電流密度：１～１００Ａ／ｄｍ２、及び、処理時間：０．１～３０分である。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００をピン接触表面４００の上に形成する場合、上述のめっき浴にピン接触表面４００を浸漬して、電気めっきを実施する。同様に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００をボックス接触表面５００の上に形成する場合、上述のめっき浴にボックス接触表面５００を浸漬して、電気めっきを実施する。
　［リン酸亜鉛化成処理工程（Ｓ３）］
　リン酸亜鉛化成処理工程（Ｓ３）では、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００に対して、リン酸亜鉛化成処理を実施して、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０を形成する。上述のとおり、ピン接触表面４００の上に形成されたＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００に対してリン酸亜鉛化成処理を実施してもよく、ボックス接触表面５００の上に形成されたＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００に対してリン酸亜鉛化成処理を実施してもよい。
　通常、リン酸亜鉛化成処理では、母材に対して表面調整剤を塗布するか、又は、母材を表面調整剤に浸漬させる。表面調整剤には、リン酸亜鉛の微結晶が含有されているため、リン酸亜鉛結晶が析出する核が多数分散される。このように、リン酸亜鉛化成処理では、表面調整剤を適用することにより、緻密な皮膜が形成されてきた。一方、本実施形態によるリン酸亜鉛化成処理工程（Ｓ３）では、表面調整剤を使用しない。そのため、本実施形態によるリン酸亜鉛化成処理は、特定の方向に結晶を成長させることができ、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０を２．００以上にすることができる。また、その結果、局所的にリン酸亜鉛結晶が偏在し、表面の凹凸が大きいリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０を形成することができる。
　すなわち、本実施形態によるリン酸亜鉛化成処理工程（Ｓ３）では、通常実施する表面調整剤を適用せず、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を化成処理液へ浸漬する、又は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００に化成処理液を塗布して化成処理を実施する。本実施形態では、化成処理液として、たとえば、燐酸イオン１～１５０ｇ／Ｌ、亜鉛イオン３～７０ｇ／Ｌ、硝酸イオン１～１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン０～３０ｇ／Ｌを含有する化成処理液を用いることができる。この場合、化成処理液の液温は、たとえば、２０～１００℃である。なお、化成処理のその他の条件は、周知の条件を用いることができる。
　［その他の工程］
　本実施形態による油井用金属管１は、製造工程にその他の工程を含んでもよい。たとえば、サンドブラスト処理に代表される下地処理を実施してもよい。たとえばさらに、潤滑被膜を形成する工程を含んでもよい。たとえばさらに、リン酸亜鉛化成処理以外の化成処理を実施してもよい。このように、周知の製造工程をさらに実施してもよい。
　［成膜工程］
　本実施形態の製造方法は、必要に応じて、潤滑被膜１２０を形成する工程（成膜工程）を実施してもよい。つまり、成膜工程は任意の工程である。成膜工程では、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上、及び／又は、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０上、及び／又は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００及びリン酸亜鉛化成処理皮膜１１０がいずれも形成されていない接触表面（ピン接触表面４００又はボックス接触表面５００）上に、潤滑被膜１２０を形成する。
　成膜工程では、上述の潤滑被膜１２０の成分を含有する組成物又は潤滑剤を塗布する。このようにして、潤滑被膜を形成することができる。なお、塗布方法は特に限定されない。塗布方法はたとえば、スプレー塗布、刷毛塗り及び浸漬である。スプレー塗布を採用する場合、組成物又は潤滑剤を加熱して、流動性を高めた状態で噴霧してもよい。この場合さらに、組成物又は潤滑剤を乾燥して潤滑被膜１２０を形成する。
　以上の工程により、本実施形態による油井用金属管１が製造される。しかしながら、上述する製造方法は、本実施形態による油井用金属管１の製造方法の一例であって、この製造方法に限定されるものではない。本実施形態による油井用金属管１は、他の方法によって製造されてもよい。
　以下、実施例により本実施形態の油井用金属管の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の油井用金属管の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の油井用金属管はこの一条件例に限定されない。
　本実施例では、油井用金属管として、日本製鉄株式会社製のＶＡＭ２１（登録商標）を用いた。ＶＡＭ２１（登録商標）は、外径：２４４．４８ｍｍ（９インチ５分）、肉厚１３．８４ｍｍの油井用金属管である。鋼種は、ＡＰＩ　５ＣＴ規格に記載のＰ１１０に相当した。
　各試験番号の油井用金属管のうちボックス接触表面に、それぞれ異なる構成の表面処理を実施した。以下、各試験番号のボックス接触表面について、具体的に説明する。
　［試験番号１］
　試験番号１では、ボックス接触表面の上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成した（表１中の「下層」欄に記載）。さらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に、リン酸亜鉛化成処理皮膜を形成した。このとき、リン酸亜鉛化成処理において、表面調整を実施しなかった（表１中の「リン酸亜鉛化成処理皮膜」欄に記載）。さらに、リン酸亜鉛化成処理皮膜の上に、潤滑被膜を形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　［試験番号２］
　試験番号２では、ボックス接触表面の上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成した（表１中の「下層」欄に記載）。さらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に、リン酸亜鉛化成処理皮膜を形成した。このとき、リン酸亜鉛化成処理において、表面調整を実施した（表１中の「リン酸亜鉛化成処理皮膜」欄に記載）。さらに、リン酸亜鉛化成処理皮膜の上に、試験番号１と同様の潤滑被膜を形成した。
　［試験番号３］
　試験番号３では、ボックス接触表面の上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成した（表１中の「下層」欄に記載）。一方、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上には、リン酸亜鉛化成処理皮膜を形成しなかった（表１中の「リン酸亜鉛化成処理皮膜」欄に記載）。さらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に、試験番号１及び２と同様の潤滑被膜を形成した。
　なお、各試験番号において、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成の条件は、以下のとおりとした。各試験番号のボックス接触表面に対して、電気めっき処理を実施して、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成した。具体的に、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき浴は、大和化成株式会社製の商品名ダインジンアロイＮ－ＰＬを使用した。電気めっきの条件は、めっき浴のｐＨを６．５とし、めっき浴の温度を２５℃とし、電流密度を２Ａ／ｄｍ２とし、処理時間を１８分とした。なお、めっき浴にはＺｎが８５％、Ｎｉが１５％含有していた。
　また、試験番号１において、リン酸亜鉛化成処理皮膜形成の条件は、以下のとおりとした。具体的に、試験番号１のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層に対して、アルカリ脱脂を１２０秒実施した。さらに、表面調整剤へ浸漬すること無く、リン酸亜鉛化成処理液に浸漬した。リン酸亜鉛化成処理液は、日本パーカライジング株式会社製、商品名パルボンドＳＸ３５を用いた。処理時間は３００秒とした。
　さらに、試験番号２において、リン酸亜鉛化成処理皮膜形成の条件は、以下のとおりとした。具体的に、試験番号２のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層に対して、アルカリ脱脂を１２０秒実施した。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を表面調整剤へ３０秒浸漬した後、水洗を実施した。水洗後のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層をリン酸亜鉛化成処理液に浸漬した。リン酸亜鉛化成処理液は、試験番号１と同様のものを用い、処理時間も試験番号１と同様とした。
　以上の方法により、各試験番号のボックス接触表面を得た。得られた各試験番号のピン接触表面とボックス接触表面とを含む油井用金属管を用いて、配向指数測定試験と、耐焼付き性試験とを実施した。
　［配向指数測定試験］
　試験番号１及び２のボックス接触表面の上方に形成されたリン酸亜鉛化成処理皮膜に対して、上述の方法でＸＲＤ測定を実施して、リン酸亜鉛化成処理皮膜の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０を求めた。具体的には、試験番号１及び２のリン酸亜鉛化成処理皮膜に対して、Ｘ線回折装置を用いて、Ｘ線回折測定を実施した。Ｘ線回折装置は、株式会社リガク製　ＲＩＮＴ－２５００を用いた。また、Ｘ線回折測定では、ターゲットをＣｏとした（ＣｏＫα線）。また、Ｘ線回折測定は、試験番号１及び２のリン酸亜鉛化成処理皮膜のうち任意の４箇所を特定して実施した。
　Ｘ線回折測定によって得られたＸ線回折スペクトルから、（０２０）面、（２４０）面、（２４１）面、及び、（１５１）面に該当する回折ピークを特定した。特定された回折ピークの強度（ｃｐｓ）を求め、Ｉ０２０、Ｉ２４０、及び、Ｉ２４１と定義した。さらに、Ｉ′０２０、Ｉ′２４０、及び、Ｉ′２４１に代入する、無配向のリン酸亜鉛多結晶粉末における該当する面のＸ線回折強度とは、ＩＣＤＤの０６－０６５３に記載の数値を用いた。以上の方法で得られたＩ０２０、Ｉ２４０、Ｉ２４１、Ｉ′０２０、Ｉ′２４０、及び、Ｉ′２４１と、上述の式（１）とから、リン酸亜鉛化成処理皮膜１１０の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０を求めた。得られた各測定箇所での配向指数Ｘ０２０の算術平均値を、各試験番号の配向指数Ｘ０２０とし、表１の「配向指数Ｘ０２０」欄に示す。なお、試験番号３では、リン酸亜鉛化成処理皮膜を形成しなかったため、配向指数測定試験は実施しなかった。
　［耐焼付き性試験］
　耐焼付き性試験は、ＡＰＩ　ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＥＤ　ＰＲＡＣＴＩＣＥ　５Ｃ５（２０１７）に準拠して実施した。具体的には、各試験番号のピン及びボックスを用いて、ハンドタイト（人力で締結する状態）により、締結初期にねじがかみ合うまで締結した。ハンドタイトでの締結後、パワートングでねじ締め及びねじ戻しを繰り返し、耐焼付き性を評価した。ねじ締め及びねじ戻しを１回行うごとに、ピン接触表面及びボックス接触表面を目視により観察した。目視観察により、焼付きの発生状況を確認した。焼付きが軽微であり、回復可能な場合には、焼付き疵を補修して試験を続行した。回復不能な焼付きが発生した時点のねじ締め及びねじ戻し回数を測定した。得られたねじ締め及びねじ戻し回数を、表１の「メイクブレイク回数（回）」欄に示す。
　［評価結果］
　表１を参照して、試験番号１の油井用金属管では、リン酸亜鉛化成処理皮膜の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上となった。その結果、メイクブレイク回数が１０回となり、優れた耐焼付き性を示した。
　一方、試験番号２の油井用金属管では、リン酸亜鉛化成処理皮膜の（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００未満となった。その結果、メイクブレイク回数が５回となり、優れた耐焼付き性を示さなかった。
　試験番号３の油井用金属管では、リン酸亜鉛化成処理皮膜を形成しなかった。その結果、メイクブレイク回数が３回となり、優れた耐焼付き性を示さなかった。
　以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
　１　油井用金属管
　１０　管本体
　１０Ａ　第１端部
　１０Ｂ　第２端部
　４０　ピン
　４１　雄ねじ部
　５０　ボックス
　５１　雌ねじ部
　１００　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層
　１１０　リン酸亜鉛化成処理皮膜
　１１１　リン酸亜鉛結晶
　１２０　潤滑被膜
　４００　ピン接触表面
　５００　ボックス接触表面

Claims (2)

  1. 　油井用金属管であって、
    　第１端部と第２端部とを含む管本体を備え、
    　前記管本体は、
    　前記第１端部に形成されているピンと、
    　前記第２端部に形成されているボックスとを含み、
    　前記ピンは、
    　雄ねじ部を含むピン接触表面を含み、
    　前記ボックスは、
    　雌ねじ部を含むボックス接触表面を含み、
    　前記油井用金属管はさらに、
    　前記ピン接触表面及び前記ボックス接触表面の少なくとも一方の上に形成される、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層と、
    　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の上に形成される、リン酸亜鉛化成処理皮膜とを備え、
    　前記リン酸亜鉛化成処理皮膜は、（０２０）面の配向指数Ｘ０２０が２．００以上である、
    　油井用金属管。
  2. 　請求項１に記載の油井用金属管であって、
    　前記リン酸亜鉛化成処理皮膜の上に潤滑被膜を備える、
    　油井用金属管。
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