Резьбовое соединение для труб

Резьбовое соединение для труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к резьбовому соединению для труб, которое имеет твердое смазывающее покрытие, демонстрирующее способность самовосстановления, и которое является подходящим для использования при соединении друг с другом труб нефтепромыслового сортамента (ТНС), и к способу его изготовления. Резьбовое соединение для труб, соответствующее настоящему изобретению, демонстрирует улучшенные характеристики стойкости к заеданию и удобства в обращении и может быть использовано для соединения труб без нанесения текучей консистентной смазки, которую обычно наносили на резьбовые соединения для труб. В соответствии с этим оно может позволить избежать оказания вредного воздействия на глобальную окружающую среду и производственные условия, вызываемого использованием текучей консистентной смазки.

Уровень техники

Трубы нефтепромыслового сортамента (ТНС), такие как насосно-компрессорные трубы и обсадные трубы, использующиеся при производстве земляных работ на нефтяных скважинах и газовых скважинах, имеют длину в диапазоне приблизительно от 10 до 20 метров. На участке производства земляных работ их соединяют конец в конец при использовании резьбовых соединений вплоть до получения при соединении длины, достаточной для достижении нефти или газа (обычно, по меньшей мере, 2000 метров). В последние годы для удовлетворения повышенной потребности в энергии разрабатывают более глубокие нефтяные скважины, и в настоящее время ничего необычного нет в нефтяных скважинах, имеющих глубину в диапазоне от 8000 метров до 10000 метров. В дополнение к этому, насосно-компрессорные трубы, через которые протекает флюид, такой как сырая нефть, окружены множеством обсадных труб, имеющих диаметры, отличные друг от друга. Поэтому количество труб нефтепромыслового сортамента, которые соединяют друг с другом во время производства земляных работ на нефтяной скважине, составляет огромную величину. Таким образом, резьбовые соединения, которые соединяют чрезвычайно большое количество труб нефтепромыслового сортамента, претерпевают воздействие очень суровых условий использования, поскольку они подвергаются воздействию усилия осевого растяжения, создаваемого массой труб нефтепромыслового сортамента и муфт в случае использования муфт для соединения, в сочетании с внутренними и внешними давлениями и геотермальным теплом. В соответствии с этим для получения высоких эксплуатационных характеристик требуются резьбовые соединения, способные сохранять газонепроницаемость без возникновения повреждения даже в таких суровых условиях.

Во время процесса опускания насосно-компрессорных труб или обсадных труб в нефтяную скважину вследствие различных проблем иногда необходимо поднимать из нефтяной скважины резьбовое соединение, которое было однажды соединено, разъединять его, повторно его соединять, а после этого повторно опускать его в скважину. АНИ (Американский нефтяной институт) требует, чтобы так называемое заедание (неустранимое серьезное заклинивание) не возникало бы даже при десятикратном повторении монтажа (соединения) и демонтажа (разъединения) для соединения у насосно-компрессорных труб или троекратном для соединения у обсадных труб, которые имеют больший диаметр, чем насосно-компрессорные трубы, и в большей степени подвержены заеданию.

Типичное резьбовое соединение у труб, использующихся для соединения труб нефтепромыслового сортамента друг с другом, имеет структуру ниппель-соединительная коробка. Ниппель представляет собой компонент соединения, имеющий охватываемую резьбу, обычно сформированную на наружной поверхности на каждом конце трубы нефтепромыслового сортамента, а соединительная коробка представляет собой компонент соединения, имеющий охватывающую резьбу, обычно сформированную на внутренней поверхности муфты (соединителя с резьбовым сочленением).

В резьбовом соединении, называемом высокосортным соединением, которое характеризуется превосходной газонепроницаемостью, на оконечности охватываемой резьбы ниппеля и на участке в основании охватывающей резьбы соединительной коробки формируют нерезьбовые участки контакта металла. Нерезьбовые участки контакта металла могут включать участок металлического уплотнения, сформированный на цилиндрической поверхности ниппеля или соединительной коробки, и заплечик для передачи крутящего момента, который приблизительно перпендикулярен осевому направлению резьбового соединения.

В случае соединения труб нефтепромыслового сортамента друг с другом при использовании такого высокосортного соединения один конец трубы нефтепромыслового сортамента, которая составляет ниппель, вставляют в муфту, которая составляет соединительную коробку, и охватываемую резьбу ниппеля и охватывающую резьбу соединительной коробки затягивают вплоть до вхождения участков заплечиков для передачи крутящего момента у ниппеля и соединительной коробки в контакт друг с другом при предписанной величине взаимодействия. В результате участки металлического уплотнения ниппеля и соединительной коробки образуют друг с другом непроницаемый контакт при определенной величине взаимодействия, формируя металлическое уплотнение, обусловленный непосредственным контактом металла с металлом, и обеспечивая достижение газонепроницаемости.

Поверхности ниппеля и соединительной коробки, которые находятся в контакте друг с другом при соединении трубного соединения, в настоящем документе называются контактными поверхностями. Контактные поверхности включают резьбовые участки ниппеля и соединительной коробки (участки, имеющие охватываемую резьбу и охватывающую резьбу соответственно) и их не резьбовые участки контакта металла (то есть участки металлического уплотнения и заплечики для передачи крутящего момента у ниппеля и соединительной коробки).

Во время монтажа резьбового соединения к участкам металлического уплотнения и заплечикам для передачи крутящего момента, то есть к нерезьбовым участкам контакта металла соединения, прикладывается чрезвычайно высокое давление, которое может превышать предел текучести материала, который составляет резьбовое соединение. Поэтому заедание легко происходит, в частности, на нерезьбовых участках контакта металла резьбового соединения. Для улучшения стойкости к заеданию и газонепроницаемости в общем случае на резьбовые участки и не резьбовые участки контакта металла, то есть на контактные поверхности резьбового соединения, перед монтажом соединения наносят смазку, в частности, вязкую текучую консистентную смазку (трубную смазку), называемую компаундированной консистентной смазкой. Компаундированная консистентная смазка также придает контактным поверхностям антикоррозионные свойства. При наличии намерения улучшить удерживание компаундированной консистентной смазки и достигаемых, тем самым, характеристик скольжения известным способом для этого является придание контактным поверхностям резьбового соединения шероховатости в результате проведения надлежащей обработки поверхности (такой как фосфатная конверсионная обработка или плакирование).

Для достижения желательных смазочных и антикоррозионных свойств компаундированная консистентная смазка содержит большие количества порошкообразных относительно мягких тяжелых металлов, таких как цинк, свинец и медь. Однако консистентная смазка, которую нанесли на контактные поверхности резьбового соединения, выдавливается во внешнее пространство соединения во время монтажа или вымывается при повторном нанесении на соединение покрытия из компаундированной консистентной смазки перед повторным соединением, и существует возможность ее попадания в почву или в океан, что, тем самым, окажет неблагоприятное воздействие на окружающую среду, а в особенности на мир морских обитателей. В дополнение к этому, вследствие проведения нанесения компаундированной консистентной смазки на резьбовое соединение по месту эксплуатации каждый раз при монтаже соединения использование компаундированной консистентной смазки ухудшает не только производительность труда при монтаже, но также и производственные условия, в частности, вследствие вредного воздействия свинца на людей. Поэтому существует потребность в разработке резьбового соединения, способного создаваться без нанесения компаундированной консистентной смазки.

Резьбовое соединение, которое может быть использовано без нанесения компаундированной консистентной смазки и которое имеет твердое смазывающее покрытие, полученное на контактных поверхностях, на современном уровне техники было известно. Например, в публикации JP 09-72467 A1 (патентный документ 1) описывается резьбовое соединение, имеющее покрытие из смазывающей смолы, в котором диспергированы дисульфид молибдена (MoS₂) или дисульфид вольфрама (WS₂).

Такое резьбовое соединение, имеющее твердое смазывающее покрытие, значительно уменьшает вредное воздействие на окружающую среду и людей в сопоставлении с компаундированной консистентной смазкой. Поскольку резьбовое соединение транспортируют после получения твердого смазывающего покрытия, нанесение смазывающей консистентной смазки перед проведением операций монтажа по месту эксплуатации может быть исключено, что приводит к улучшению производительности труда и производственных условий.

Однако твердое смазывающее покрытие, относящееся к описывавшемуся выше типу, характеризуется неудовлетворительными податливостью и текучестью и имеет тенденцию к легкому отслаиванию. Поэтому в случае локального приложения во время монтажа к части резьбовых участков или нерезьбовых участков контакта металла резьбового соединения избыточно высокого давления в такой степени, что это будет вызывать локальную пластическую деформацию, твердое смазывающее покрытие в данной части резьбового соединения отслоится, так что обнажится поверхность незащищенного металла. Даже в случае небольшой площади обнаженной поверхности это мгновенно может вызвать заедание.

В противоположность этому, в случае нанесения на контактные поверхности резьбового соединения жидкой смазки, такой как густая консистентная смазка, в том числе компаундированная консистентная смазка, или смазочное масло, которое является жидким и текучим при комнатной температуре, смазка, удерживаемая в зазорах между охватываемой и охватывающей резьбой или в выемках вследствие шероховатости поверхности, может высачиваться под давлением, создаваемым во время монтажа, так что даже в случае локального приложения к части контактных поверхностей резьбового соединения избыточного давления смазка может перемещаться в данную часть и, тем самым, предотвращать заедание. Данное действие называется способностью самовосстановления жидкой смазки. В общем случае, чем большей будет текучесть (или чем меньшей будет вязкость) жидкой смазки, тем большей будет ее способность самовосстановления. В соответствии с этим, что касается стойкости к заеданию, то в общем случае выгодным является жидкое смазывающее покрытие, характеризующееся текучестью.

Однако в случае нанесения жидкой смазки на контактные поверхности, такие как резьбовые участки и нерезьбовые участки контакта металла резьбового соединения, во время транспортирования жидкая смазка сделает поверхности, на которые ее наносят, липкими, и инородный материал, такой как пыль, песок или частицы обломков, легко обнаружат тенденцию к приставанию к контактным поверхностям. В частности, в случае вертикальной установки труб нефтепромыслового сортамента во время сборки по месту эксплуатации вдоль стенок трубных изделий осыпаются чешуйки ржавчины и гранулы струйной обработки. В случае липких контактных поверхностей к поверхностям пристанет большое количество такого инородного материала. В результате даже в случае нанесения густой консистентной смазки, которая предположительно демонстрирует способность самовосстановления, ее смазывающая способность значительно ухудшится, и при повторении монтажа и демонтажа легко может возникнуть заедание. То есть с точки зрения адгезии инородного материала выгодным является твердое смазывающее покрытие, имеющее сухую поверхность.

В публикации US 2004/0239105 A1 (патентный документ 1) описывается резьбовое соединение, имеющее контактные поверхности, покрытые нижним слоем текучей консистентной смазки и верхним твердым смазывающим слоем. В случае данного резьбового соединения обе вышеупомянутые проблемы как с твердым смазывающим покрытием, так и с текучей консистентной смазкой становятся менее острыми, что обеспечивает одновременное достижение преимуществ данных двух типов смазывающих покрытий. Однако вследствие присутствия текучей консистентной смазки в качестве слоя основы величина уменьшения липкости поверхности является ненадлежащей. В дополнение к этому, вследствие очень мягкой природы слоистого покрытия в случае удара по покрытию предметом оно легко будет деформировано или удалено и пристанет к предмету, что, тем самым, уменьшит эффект от нанесения покрытия.

В публикациях JP 11-63132 A1 (патентный документ 2) и JP 11-223260 A1 (патентный документ 3) описывается размещение элемента, изготовленного из полимера, содержащего смазочное масло (также называемого полимером, импрегнированным маслом) в окрестности шарикового винта или подшипника, которые требуют использования смазки, для того чтобы смазочное масло непрерывно подавалось бы в результате высачивания из данного элемента.

Полимер, содержащий смазочное масло, представляет собой твердый материал, состоящий из смазочного масла и термопластичного органического полимера, которые взаимно растворяются с образованием одной фазы. В частности, большое количество смазочного масла может содержать полиолефиновая смола. В частности, комбинация из полиэтилена и минерального масла может содержать вплоть до 70% смазочного масла (минерального масла). Смазочное масло, содержащееся или импрегнированное в полимере, может проявлять свое смазочное действие в результате перемещения изнутри в направлении поверхности, высачиваясь под действием факторов, таких как давление, увеличение температуры и тому подобное. Такой полимер, содержащий смазочное масло, может быть изготовлен в результате нагревания для расплавления смеси исходных веществ, которые представляют собой органический полимер и смазочное масло, отливания получающегося в результате расплава в форму, а после этого охлаждения смеси в форме под давлением вплоть до затвердевания расплава.

Патентный документ 1: US 2004/0239105 A1

Патентный документ 2: JP 11-63132 A1

Патентный документ 3: JP 11-223260 A1

Описание изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в предложении резьбового соединения для труб, которое имеет неклейкую (сухую) поверхность, которое может продемонстрировать хорошие смазочные свойства даже при воздействии чрезвычайно высокого поверхностного давления во время монтажа труб нефтепромыслового сортамента и которое характеризуется чрезвычайно хорошей стойкостью к заеданию.

Один более конкретный предмет настоящего изобретения заключается в предложении резьбового соединения для труб, имеющего смазывающее покрытие, которое характеризуется повышенной стойкостью к заеданию вследствие использования твердого смазывающего покрытия в качестве основы во избежание клейкости поверхности и которое демонстрирует способность самовосстановления, подобную той, что и у текучей консистентной смазки.

У изобретателей настоящего изобретения зародилась идея о том, что описывавшихся выше целей можно добиться при использовании описывавшегося выше полимера, содержащего смазочное масло, для получения смазывающего покрытия резьбового соединения для труб. Полимер, содержащий смазочное масло, представляет собой твердое вещество при комнатной температуре и при атмосферном давлении перед монтажом резьбового соединения, и он не подвергается высачиванию смазочного масла. Поэтому его поверхность является сухой, а инородный материал к ней легко не пристает. С другой стороны, во время монтажа резьбового соединения вследствие высоких температур и высоких давлений, вызванных трением во время монтажа, жидкий компонент (смазочное масло) покрытия высачивается. Поэтому даже хотя покрытие и представляет собой твердое вещество, оно может продемонстрировать способность самовосстановления. Таким образом, покрытие предположительно может обеспечить достижение преимуществ как твердого смазывающего покрытия, так и текучей консистентной смазки.

Однако большинство обычных полимеров, содержащих смазочное масло, используют в качестве независимого элемента, такого как лист, который формуют в результате вдавливания в форму, и данная методика формования элемента не может быть использована без модифицирования для смазывающего покрытия на резьбовом соединении для труб. Это обуславливается наличием у полимера, содержащего смазочное масло, низкой адгезии к металлической подложке, так что даже в случае его нанесения на контактную поверхность резьбового соединения для труб в качестве смазывающего покрытия при воздействии на покрытие высокого давления во время монтажа резьбового соединения покрытие будет характеризоваться большой величиной отслаивания. Поэтому, как ожидается, воздействие покрытия на улучшение стойкости к заеданию благодаря способности самовосстановления будет значительно уменьшено.

Как обнаружили изобретатели настоящего изобретения, на контактной поверхности резьбового соединения может быть получено твердое смазывающее покрытие из полимера, содержащего смазочное масло, в котором полимер и смазочное масло полностью растворены друг в друге, в результате нанесения на контактную поверхность резьбового соединения для труб жидкой смеси, содержащей порошкообразный термопластичный полимер, а в частности, полиолефин, такой как полиэтилен, который представляет собой материал исходного сырья для полимера, содержащего смазочное масло, и смазочное масло, а после этого нагревания контактной поверхности до температуры, большей, чем температура плавления термопластичного полимера.

Однако, как ожидается, твердое смазывающее покрытие, которое получают в результате, характеризуется низкой адгезией к подложке, и оно легко отслаивается при воздействии на него высокого давления. Как было установлено в результате проведения дополнительного исследования, благодаря использованию в качестве термопластичного полимера полиолефина, который модифицировали для получения у него полярной группы (такого как сополимер этилен-винилацетат, обозначаемый как ЭВА), может быть получено твердое смазывающее покрытие из полимера, содержащего смазочное масло, характеризующееся достаточной адгезией.

Как также было установлено, в случае придания полимеру, содержащему смазочное масло и составляющему твердое смазывающее покрытие, градиентной композиции (или композиционного градиента), которая однонаправленно изменяется в направлении толщины покрытия таким образом, чтобы концентрация смазочного масла уменьшалась бы по мере уменьшения расстояния от подложки (контактной поверхности резьбового соединения, на которой получают покрытие) и увеличивалась бы по мере увеличения расстояния от подложки (другими словами, таким образом, чтобы концентрация полимера увеличивалась бы по мере уменьшения расстояния от подложки), из полимера, содержащего смазочное масло, может быть получено твердое смазывающее покрытие, характеризующееся достаточной адгезией, даже в случае полимера в виде немодифицированного полиолефина, не имеющего полярной группы, такого как полиэтилен.

Твердое смазывающее покрытие из полимера, содержащего смазочное масло, характеризующееся такой градиентной композицией, может быть получено в результате сначала получения полимерного покрытия, которое не содержит смазочного масла, после этого нанесения смазочного масла поверх полимерного покрытия, а затем нагревания полимерного покрытия до, по меньшей мере, температуры плавления полимера для растворения смазочного масла в полимере.

Настоящее изобретение представляет собой резьбовое соединение для труб, включающее ниппель и соединительную коробку, где каждый элемент из их числа имеет контактную поверхность, включающую резьбовой участок и нерезьбовой участок контакта металла, и характеризующееся тем, что:

(1) на контактную поверхность, по меньшей мере, одного элемента, выбираемого из ниппеля и соединительной коробки, по меньшей мере, частично наносят покрытие в виде твердого смазывающего покрытия, включающего матрицу содержащего смазочное масло полимера, образованного из полиолефинового полимера, который представляет собой модифицированный полиолефин, имеющий полярные группы, и смазочное масло, при этом полимер и масло растворены друг в друге и образуют покрытие, характеризующееся однородной композицией, или

(2) на контактную поверхность, по меньшей мере, одного элемента, выбираемого из ниппеля и соединительной коробки, по меньшей мере, частично наносят покрытие в виде твердого смазывающего покрытия, включающего матрицу содержащего смазочное масло полимера, образованного из, по меньшей мере, одного полиолефинового полимера, выбираемого из полиолефина и модифицированного полиолефина, и смазочное масло, которые растворены друг в друге и образуют покрытие, характеризующееся градиентной композицией (или композиционным градиентом), в котором композиция изменяется в направлении толщины покрытия таким образом, что концентрация смазочного масла в покрытии уменьшается по мере уменьшения расстояния от контактной поверхности, на которой получают покрытие.

В настоящем изобретении слово «полимер» само по себе обозначает полимерный компонент полимера, содержащего смазочное масло, и не обозначает полимера, содержащего смазочное масло.

Предпочтительные варианты осуществления резьбового соединения для труб, соответствующего настоящему изобретению, включают нижеследующее:

-Полиолефин представляет собой полиэтилен, а модифицированный полиолефин представляет собой полиэтилен, который модифицировали в результате проведения сополимеризации с винильным мономером, имеющим полярную группу, выбираемую из карбоксильной группы, сложноэфирной группы и гидроксильной группы.

-Твердое смазывающее покрытие содержит одну или несколько добавок, выбираемых из антикоррозионной добавки, антиоксиданта, противозадирной добавки, противоизносной добавки и порошкообразной смазки.

-Контактную поверхность, на которую, по меньшей мере, частично наносят покрытие в виде твердого смазывающего покрытия, подвергли подготовительной обработке поверхности по способу, выбираемому из травления, струйной обработки, ударного плакирования цинка или цинкового сплава, плакирования металла, фосфатной обработки и оксалатной обработки.

Резьбовое соединение для труб, соответствующее настоящему изобретению и демонстрирующее описывавшуюся выше характеристику (1), может быть изготовлено по способу, включающему нанесение на контактную поверхность резьбового соединения для труб жидкой композиции покрытия, содержащей смазочное масло и модифицированный полиолефин, имеющий полярные группы, тем самым, получение твердого смазывающего покрытия, включающего матрицу содержащего смазочное масло полимера, характеризующегося однородной композицией, в котором смазочное масло и полимер растворены друг в друге.

В одном предпочтительном способе наносимая жидкая композиция покрытия содержит смазочное масло и порошкообразный описывавшийся выше полимер (модифицированный полиолефин). После нанесения композиции контактную поверхность резьбового соединения, на которую наносят композицию, нагревают до температуры, которая является не меньшей, чем температура плавления полимера, для получения твердого смазывающего покрытия. В рамках еще одного способа модифицированный полиолефин, имеющий полярные группы, который используют в качестве полимера, диспергируют в подходящем растворителе, а получающуюся в результате дисперсию перемешивают со смазочным маслом для получения жидкой композиции покрытия, наносимой на контактную поверхность резьбового соединения. После нанесения жидкой композиции покрытия контактную поверхность нагревают тем же самым образом, что и описывавшийся только что выше.

Резьбовое соединение для труб, соответствующее настоящему изобретению и демонстрирующее описывавшуюся выше характеристику (2), может быть изготовлено по способу, в котором на контактной поверхности резьбового соединения для труб получают покрытие из полиолефинового полимера, выбираемого из полиолефина и модифицированного полиолефина, поверх полимерного покрытия наносят смазочное масло и резьбовое соединение нагревают до температуры, равной, по меньшей мере, температуре плавления полимера, для растворения смазочного масла в полимерном покрытии и получения твердого смазывающего покрытия, характеризующегося градиентной композицией в направлении толщины покрытия, при которой концентрация смазочного масла уменьшается по мере уменьшения расстояния от контактной поверхности, на которой получают покрытие.

Полимерное покрытие может быть получено по обычному способу нанесения покрытия, такому как нанесение покрытия, результате распыления при использовании композиции покрытия, содержащей полимер в порошкообразной форме, диспергированный в подходящем растворителе. В альтернативном варианте вследствие термопластичности полимера вместо использования растворителя могут быть использованы способ, в котором полимер в расплавленном состоянии наносят на предварительно нагретую подложку, или способ нанесения порошкового покрытия.

В случае содержания в твердом смазывающем покрытии одной или нескольких добавок, выбираемых из антикоррозионной добавки, антиоксиданта, противозадирной добавки, противоизносной добавки и порошкообразной смазки, добавка может содержаться в наносимой композиции.

В резьбовом соединении для труб, соответствующем настоящему изобретению, твердое смазывающее покрытие на контактной поверхности резьбового соединения является по существу твердым или сухим покрытием, полученным из полимера, содержащего смазочное масло. Поэтому при комнатной температуре и атмосферном давлении смазочное масло не высачивается из твердого смазывающего покрытия и поверхность покрытия создает ощущение сухости при незначительной или нулевой клейкости. В соответствии с этим инородный материал, такой как песок, пыль или частицы струйной обработки, не пристают к поверхности покрытия, и заедание, создаваемое таким инородным материалом, может быть предотвращено.

С другой стороны, данное твердое смазывающее покрытие также демонстрирует характеристику, заключающуюся в высачивании смазочного масла из покрытия при приложении давления. В соответствии с этим вследствие высоких температур и высоких давлений, вызванных трением во время монтажа резьбового соединения, жидкий компонент (смазочное масло) высачивается из покрытия, и покрытие демонстрирует способность самовосстановления тем же самым образом, как и текучая консистентная смазка. Поэтому даже в случае определенной степени отслаивания твердого смазывающего покрытия металлическая поверхность (контактная поверхность резьбового соединения, на которой получают покрытие) может быть защищена маслом, которое высачивается, и стойкость к заеданию резьбового соединения значительно увеличивается.

Краткое разъяснение чертежей

Фиг. 1 схематически демонстрирует собранное состояние резьбового соединения для труб во время транспортирования стальной трубы и муфты.

Фиг. 2 схематически демонстрирует соединяющиеся участки резьбового соединения фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение испытания на трение Баудена с образцом для испытания, имеющим покрытие и поврежденный участок, который намеренно получают в покрытии.

Фиг. 4 представляет собой график, демонстрирующий начальный коэффициент трения (µ) поврежденного участка твердого смазывающего покрытия из полимера, содержащего смазочное масло (ЭВА, содержащего различное количество минерального масла в качестве смазки или характеризующегося градиентной композицией), и соответствующую характеристику покрытия в отсутствие смазки или покрытия при 100% ЭВА.

Фиг. 5 представляет собой график, демонстрирующий зависимость адгезии (сопротивления отслаиванию), измеренной по методу SAICAS (система анализа поверхности и межфазного рассечения) для твердого смазывающего покрытия из полимера, содержащего смазочное масло, полученного из жидкой смеси из ПЭ (полиэтилена) или ЭВА (сополимера этилен-винилацетат) и минерального масла, от уровня содержания масла в жидкой смеси.

Способы реализации изобретения

Ниже настоящее изобретение будет разъяснено более подробно при обращении к вариантам осуществления. В следующем далее разъяснении, если только не будет указано другого, то % указывает на % (мас.).

Фиг. 1 схематически иллюстрирует структуру типичного резьбового соединения в собранном состоянии, демонстрируя состояние стальной трубы для трубы нефтепромыслового сортамента и муфты, собранных для транспортирования. Стальная труба А имеет ниппель 1, сформированный по обоим концам трубы. Ниппель 1 на своей наружной поверхности имеет охватываемую резьбу 3а. Муфта В по обоим своим концам имеет соединительную коробку 2, и соединительная коробка 2 имеет на своей внутренней поверхности охватывающую резьбу 3b. Ниппель обозначает компонент резьбового соединения, имеющий охватываемую резьбу, а соединительная коробка обозначает другой компонент резьбового соединения, имеющий охватывающую резьбу. Муфту В предварительно соединяют с одним концом стальной трубы А. Хотя это и не показано, каждый элемент, выбираемый из неприсоединенного ниппеля стальной трубы А и неприсоединенной соединительной коробки муфты В, имеет резьбозащитный протектор, установленный на нем перед транспортированием для предохранения резьбы. Перед использованием резьбового соединения резьбозащитные протекторы удаляют.

Обычно, как это продемонстрировано на данной фигуре, ниппель формируют на наружной поверхности обоих концов стальной трубы, а соединительную коробку формируют на внутренней поверхности муфты, которая представляет собой элемент, отдельный от трубы. Наоборот, теоретически возможным является случай, когда внутренняя поверхность обоих концов стальной трубы представляет собой соединительную коробку, а наружная поверхность муфты представляет собой ниппель. Также существуют встроенные резьбовые соединения, которые не используют муфту и у которых один конец стальной трубы изготавливают в виде ниппеля, а другой конец изготавливают в виде соединительной коробки. Настоящее изобретение может быть использовано для любых таких типов резьбовых соединений.

Фиг. 2 схематически иллюстрирует структуру типичного резьбового соединения для труб (ниже называемого просто резьбовым соединением). Резьбовое соединение включает ниппель 1, сформированный на наружной поверхности концевого участка стальной трубы А, и соединительную коробку 2, сформированную на внутренней поверхности муфты В. Ниппель 1 имеет охватывающую резьбу 3а, уплотняющую поверхность 4а, расположенную на оконечности трубы А, и поверхность заплечика 5а, которая представляет собой концевую поверхность трубы. В соответствии с этим соединительная коробка 2 имеет охватывающую резьбу 3b, уплотняющую поверхность 4b на внутренней стороне резьбы 3b и поверхность заплечика, которая соединяется встык с поверхностью заплечика 5b ниппеля 1. Уплотняющие поверхности и поверхности заплечиков ниппеля и соединительной коробки составляют нерезьбовые участки контакта металла резьбового соединения.

Резьба 3а, 3b, уплотняющие поверхности 4а и 4b и поверхности заплечиков 5а, 5b ниппеля 1 и соединительной коробки 2 составляют контактные поверхности резьбового соединения. Контактные поверхности требуют наличия стойкости к заеданию, газонепроницаемости (стойкости к протечкам) и коррозионной стойкости. В прошлом для данной цели на резьбовые соединения перед монтажом обычно наносили трубную смазку, содержащую порошкообразные тяжелые металлы и называемую компаундированной консистентной смазкой, но использование такой трубной смазки в настоящее время регулируется.

Твердое смазывающее покрытие

В резьбовом соединении, соответствующем настоящему изобретению, на контактную поверхность, по меньшей мере, одного элемента, выбираемого из ниппеля и соединительной коробки, по меньшей мере, частично наносят покрытие в виде твердого смазывающего покрытия, включающего матрицу полимера, содержащего смазочное масло. Как утверждалось ранее, данное твердое смазывающее покрытие является сухим и неклейким при комнатной температуре и атмосферном давлении. Однако во время монтажа резьбового соединения жидкий компонент (смазочное масло, импрегнированное в полимер) высачивается из покрытия при высоких температурах и высоких давлениях, вызываемых трением, благодаря чему покрытие демонстрирует способность самовосстановления тем же самым образом, как и текучая консистентная смазка, и заедание может быть предотвращено.

Матрица твердого смазывающего покрытия представляет собой содержащий смазочное масло полимер, содержащий смазочное масло и полиолефиновый полимер, который представляет собой термопластичную смолу. Данные два компонента растворены друг в друге с образованием одной фазы. Растворение друг в друге обозначает наличие у смазочного масла и полимера достаточного сродства друг к другу для полного взаимного перемешивания друг с другом и образования одной фазы. Другими словами, фаза, состоящая исключительно из полимера, который представляет собой твердый материал при комнатной температуре, не существует. В соответствии с этим смазочное масло и полимер выбирают таким образом, чтобы обеспечить наличие у них сродства друг к другу и их растворение друг в друге.

Смазочное масло выбирают из тех, которые демонстрируют наличие смазочного действия в условиях монтажа труб нефтепромыслового сортамента. Примерами смазочных масел, которые могут быть использованы, являются парафиновые углеводородные масла, такие как поли(α-олефиновое) масло, нафтеновые углеводородные масла, минеральное масло, эфирные масла, такие как диалкилдифениловый эфир, и сложноэфирные масла, такие как сложные эфиры фталевой кислоты или сложные эфиры тримеллитовой кислоты. Могут быть использованы одно или несколько данных масел. Одним в особенности предпочтительным смазочным маслом является минеральное масло, поскольку большое его количество может быть растворено в полиолефиновом полимере и поскольку оно является относительно недорогим.

Полимер выбирают из полиолефиновых полимеров, которые обычно использовали в полимерах, содержащих смазочное масло. В числе полиолефиновых полимеров предпочтительными являются полиэтилен и модифицированные полиэтилены. Как утверждалось выше, полиолефины, в частности, полиэтилен, могут абсорбировать и содержать чрезвычайно большое количество смазочного масла, такого как минеральное масло. Таким образом, полимер и смазочное масло могут образовывать однофазную композицию, где смазочное масло и полимер растворены друг в друге, в то время как уровень содержания смазочного масла в композиции может изменяться в широком диапазоне, тем самым, делая возможным регулирование свойств, таких как смазывающая способность композиции. В дополнение к этому, полиэтилен является выгодным тем, что гибкость покрытия, которое образуется, является наибольшей среди полиолефинов.

Как утверждалось выше, в случае наличия у полимера, содержащего смазочное масло, который образует матрицу твердого смазывающего покрытия, однородной композиции адгезия покрытия к контактной поверхности резьбового соединения, которая является подложкой для нанесения покрытия, уменьшается вследст