Смазка для резьбовых соединений

Смазка для резьбовых соединений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

O rl И С А Н И Е (п)1004458

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советски к

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 31. 03. 80 (21) 2921229/23-04 с присоединением заявки М

{23) П риоритет (5l)M. Кл.

С 10 и 7/02

С 1О И 7./04

С 10 И 7/08 (53) УДК 621.892 (088.8) Р. » т» ;

Гасударственный квинтет

СССР

Опубликовано 1$.03.83. Бюллетень М 10

Дата опубликования описания 1 .03.83 ае аенвм нэвбретеннй н етнрытий, ф ЦА, в к; г. вv" „

1 (4

H.À.Ñåâåðèí÷èê, Ю.С.Лопатин, О.Т.Иасник, Н.С.Дон и И.Н.Гриневский. (72) Авторы изобретения!

1 (71) Заявитель

Ивано-Франковский институт нефти и газа (54) СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано в .качестве уплотняющей смазки для замковых резьб деталей бурильной колонны. В процессе работы скважины замковая резьба должна быть защищена от влияния коррозионной среды при помощи смазки, что на 303 повышает коррозионно-усталостную прочность соединения.

|о

Известны смазки для резьбовых соединений на нефтяной основе с добавлением мыл жирных кислот и наполнителей (1 3.

Однако указанные смазки при буре15 нии скважин из резьбы вымываются, и во время подъема инструмента можно наблюдать частичное или полное отсутствие смазки в соединении.

Наиболее близкой по составу и достигаемому результату к предлагаемой является смазка для резьбовых соединений Р-416 на жировой основе

2 в качестве связующего, с добавлением цинка и свинца 2 j.

Известная смазка имеет слабую адгезионную способность к металлу резьбы и низкие водоотталкивающие свойства. В результате смазка вымывается буровым раствором, не обеспечивает герметичность резьбового соединения и его эффективную защиту от влияния коррозионно-активной среды.

Цель изобретения - разработка смазки, обеспечивающей повышение герметичности и прочности соединения

Ф за счет улучшения адгезионных свойств смазки и придания ей высоких водоотталкивающих свойств (гидрофобности }.

Поставленная цель достигается тем, что смазка для резьбовых соединеий, содержащая связующее и порошок цинка дополнительно содержит порошок графита и в качестве связующегоалкилрезорциновую эпоксифенольную .смолу при следующем содержании компонентов, мас.л,: 1004458

Порошок цинка 5-9

Порошок графита 5-8

Аэросил 10-12

Алкилрезсрциновая I э поксифенол ь ная 5 смола (АРЭФС) Остальное

Для. приготовления смазки использована АРЗФС согласно ТУ 3830.937-75, имеющая следующую физико-химическую характеристику:,вязкость по В3-4 при

20 С 20-40 с т (ГОСТ 8420-74.): плат.ность при 20О С 1,0-1,1 г/см (ГОСТ 3980-47) содержание эпоксидных групп не менее

4Ф (ГОСТ 10587-76 ; содержание сухого остатка не менее ч53(ГОСТ 17537-72 ); термостойкость до 80 С; гарантийный срок хранения 12 месяцев. при температуре от минус 45 до +455С.

В составе смазки использован цинковый порошок (ГОСТ 12601-67), аэросил 20 (А"380, ГОСТ 14922-69), графит (COCT

-8295-73) .

Предложенные соотношения смолы (основы) и наполнителей выбраны опытным путем, исходя из необходи- 25 мости обеспечения требуемого коэффициента трения (0,07-0,09 ) и консистентности смазки (пенетрация при

25 С 220-280 ).

Содержание аэросила установлено 36 для обеспечения требуемого коэффициента трения (0,07-0,09 ) в резьбе.

Аэросил имеет высокую удельную поверхность, его присутствие в смазке изменяет ее обьемно-механические свойства, существенно увеличиваются силы молекупярного взаимодействия.

Цинк оказывает влияние на схватываемость трущихся поверхностей и обеспечивает анодную защиту стали от коррозии. При содержании цинкового порошка выше заявленного максимума происходит загустевание смазки и возможно нарушение ее структуры. Нижняя граница концентрации цинка в смазке определена скоростью его растворения в контакте со сталью в коррозионной среде с рН 3-5.

Добавление графита обеспечивает противозадирные свойства смазки осо1

$0 бенно в период приработки резьб.

Предложенные количественные соотношения компонентов, входящих в сос" тав смазки, установлены в результате лабораторных и промысловых испытаний, проведенных с целью определения коэф : Я фициента трения, консистенции, адгеионных свойств смазки, влияния ее а коррозионно-усталостную прочность стальных образцов и износостойкость замковых резьбовых соединений бурильного инструмента.

Известно, что адгезионные свойства смазок оказывают влияние на износ и коррозлю контактирующих поверхностей, С увеличением адгезии смазки к металлу повышается износостойкость трущихся пар и обеспечивается эффективная защита металла от воздействия коррозионно-активной среды.Зто свойство смазки имеет важное эксплуатационное значение, особенно для смазок реэьбовых соединений бурильного инструмента, критерием долговечности которых является коррозионно-усталостная прочность и износостойкость.

В табл. I приведены рецептуры смазок для испытания..

Адгезионные свойства определяют по силе адгезии, возникающей между твердым телом и смазкой, и оценивают величиной усилия, обеспечивающего отрыв контактирующих пар или их сдвиг при отсутствии нормально приложенной прижимаемой нагрузки.

Учитывая, что условия работы смазок в резьбовпм соединении характеризуются перемещениями (сдвигами) его элементов (ниппеля и муфты ), сравнительная оценка адгезионных свойств смазок проводится по величине сил молекулярного притяжения согласно закона Амонтона-Кулона

Т К= где - - коэффициент трения;

F Р- сила трения;

А - сила адгезии;

Ы - нормальная нагрузка, приложенная к паре трения.

Согласно закона Амонтона-Кулона величина силы адгезии при сдвиге определяется экстрополяцией зависимости Frp --- У(Й} до пересечения с осью ординат. Для испытаний изготовлена пара трения (цилиндрические диски ) из стали 40ХН. Испытания проводятся при 5-7 различных удельных нагрузках. Опыты повторяются 8 раз.

В табл.2 представлены результаты сравнительных испытаний.

Предлагаемые образцы смазки обладают высокой адгезионной способностью к металлу замковой резьбы. Результаты испытаний серийной смазки Р-416 и предлагаемой показывают, что адгезионная способность последней в 1,5

1004

Таблица 1

Наименование компонентов

Состав смазки, й, мас.Ф

1 1

75,0 76,0

71,0

8,0

9,0

9,0

5 раза выше. Предлагаемые составы являются гидрофобными, благодаря чему резьба полностью изолируется от коррозионного воздействия буровых растворов. Введение B смазку цин- s ковой пыли существенно повышает ее

1 защитные свойства в коррозионно-ак- . тивных средах, поскольку цинк обладает более отрицательным электродным потенциалом (-0,763 В), чем сталь (-б,440 В). Более низкий коэффициент трения у предлагаемых образцов обусловливает предотвращение схватывания металла резьбы при многократном свинчивании и развинчи- 15 вании.

При разработке смазки появились опасения, что ее основной компонент алкилрезорциновая i эпоксифенольная смола, которая является высокоактив- 20 ным поверхностно-активным веществом (ПАВ ), может оказывать резупрочняю-. щее воздействие на металл. Для проверки указанного предположения проведены исследования коррозионно-уста- 25 лостной прочности стандартных образцов с несплошным покрытием их рабочей части исследуемой смазкой.

Экспериментальные исследования, проведенные на усталостной машине ЗЕ

ИИА-5 при испытаниях образцов 5 мм из стали 40ХН в буровом растворе, показывают, что .предлагаемая смазка почти на 90 защищает металл от коррозионно-усталостного разрушения.

Предел коррозионной усталости в результате зациты Рабочей поверхности образца предлагаемой смазкой повышается с 9 до 27 кгс/мм,т.е. в 3 раза.

Сравнительные опыты по оценке эффективности смазки P-416 показывают, что она в аналогичных условиях не защиц*ет сталь от влияние среды, т.е. смывается с образца.

Наблюдение в процессе лабораторных и промысловых экспериментов показывает, что предлагаемая смазка обеспечивает эффективную защиту от корроОснова (АРЭФС) 75

Цинковый порошок 5

458 4 зии и благодаря хорошим адгезионным свойствам и гидрофобности не смывает-. ся водным буровым раствором. Без пов-. торного нанесения смазки на резьбу можно проводить три спуско-подъемные операции в бурении.

Исследование эффективности смазки при многократном свинчивании-развин-! ю чивании замковых резьб проводится на установке АПР, приспособленной для процессов сборки-разборки соединений с имитацией веса бурильной свечи. Испытывают стандартные резьбовые соединения 3-42 из стали 40ХН.

Сравнительные испытания ведут при свинчивании разьб на смазке P-416 и предлагаемой.

В качестве сравнительного критерия износа замкового резьбового соединения принято снижение осевого натяга резьбы, который для резьб 3"42 при наличии смазки равен 150 кгс.см.

В табл.3 представлены результаты исследований.

Исследования показывают (табл.3), что износостойкость резьбы, смазанной P-416 при 50 циклах свинчиванияразвинчивания в 3 раза ниже, чем в случае применения опытной смазки.

Все образцы предлагаемой смазки показывают одинаковые результаты.

Повышение износостойкости резьбы при свинчивании-развинчивании можно объяснить наличием прочной структурированной пленки между трущимися поверхностями. После развинчивания резьбы она равномерно распределена на ее поверхности и прочно сцепляется с металлом таким образом, что смыть ее водой невозможно.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что предлагаемая смазка для резьбовых соединений (ГС- 1) благодаря своей гидрофобности и высокой силе адгезии обеспечивает герметичность резьбовых сое;р . ений нефтепромысловых труб и защиту их от коррозии.

2 3 4

Продолжение табл.1

1004458

Наименование компонентов

Состав смазки, N мас.Ф

1 г (з

8,0

6,0

5,0

Вэросил

12,0

10,0

11,0

Таблица 2

Сила адгезии, гс

Коэффициент трения

Состав смазки, й

Р-.416

240

0,09

440

0,08

0,082

370

300

0,07

600

0,086

Таблица 3

Число циклов, Смазка

Р-416

0,7

0 9

1,0

0,1 предлагаемая 10

0,2

0 3

50 Формула изобретения

Смазка для резьбовых соединений, содержащая связующее и порошок цинка, отличающаяся тем, что, $$ с целью повышения. герметичности и прочности соединений, смазка дополнительно содержит порошок графита, Графитный порошок 8

Смещение рисок по наружной поверхности замка, мм аэросил и в качестве связующегоалкилрезорциновую эпоксифенольную смолу при следующем содержании компонентов, мас. Ф:

Порошок цинка . 5-9

Порошок графита 5-8

Аэросил 10-12

2. ТУ 38-301 "47-72,прототип) .

Составитель Е. Пономарева

Редактор Т.Парфенова Техред E. Харитончик Корректор С.Шекмар

Заказ 1798/34 . Тираж 501 -Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская ыаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Алкилреэорциновая эпоксифенольная смола Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1004458 1О

1. Синицын В.В. Подбор и -примене. ние пластичных смазок. И., "Химия", 1974, с.406.