Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCNOMY СВИДвтЕЛЬСтвУ

С 10 М 7/02

С 10 М 7/04

С 10 М 7/12

С 10 М 7/30

3Ъеударатаснны6 камнтет

СССР а делам нзааретеннй и аткрытнй

ОпУблнковано 30.06.82. Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 30 . 06 . 82 (53) УДК621. Sg2 (088. 8) П.А. Лещинский, И.Е. Шевченко, Г.Н. Кириченко, Б.И. Шнапер, В.П. Злобин и П.В. Ткаченко (72) Авторы изобретения

Днепропетровское отделение Института минереюьцых ресурсов (7I) Заявитель (54) УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ

СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к смазочным материалам и может быть использовано, про.1мущественно, для смазки резьбовых соединений бурильных и обсадных колонн, для смазки опор шарошечных долот, работающих в условиях высоких температур и притока в скважину высокоминерализованных вод, а также для смазки, узлов и механизмов, работающих-. в морской воде. о

В связи с ростом глубин и усложнением условий бурения скважин важное значение имеет проблема термостабильности смазок резьбовых соединений и опор шарошечных долот, так как при бурении скважин глубиной

5000-6000 и температура в них поднимается до 170-190 С. Кроме того, повышаются требования к устойчивости смаэок, работающих в условиях го промывки скважины агрессивными буровыми растворами и притока в скважину высокоминерализованных подземных вод.

Известна уплотнительная смазка (l j для резьбовых соединений следующего состава, вес,Ф:

Битум

Канифоль

Бензол

Скипидар

Толуол

Нигрол

Графит

Однако данная смазка имеет низкую термостабильность вследствие наличия в ее составе бензола и толуола, .температура кипения которых 80 и 110 С соответственно. При температуре в скважине более 100 С смазка начинает разрушаться и не обеспечивает смазочных функций. Из-эа наличия в составе легколетучих бенэола и толуола смазка является пожароопасной и токсичной.

Кроме того, она обладает низкой устойчивостью в промывочных раство939528

Г(анифол ь

Скипидар

Нигроп рафи"

18-20

40-49

8-10

2-3 ра ;, имеющих кислую или щелочную среду, и в ыс(коми(ГералнзоваГГньх подзон:-ГьГх ."-..;,(,.3х, (Год действ Гсм которых с(1а 3 I; 1 т . р, 1 i(т с !3011 ад г ез и он ные и cM2 .Г -.ч. Гы . с вой стьа.

На:Гбоп<.е близкой по составу к

Гр- д.,l;Iã:3(3b(<3(; является уплотнительная

1 смазка 12 ) для резьбовых соединений с31одуГощего состава, вес. -".:

КаГнифоль 18-20

Скипидар 1 -1

TO.I I V <3 f1 2?-25

l l è грол 8-10

Графит 2-3

Полиэ,иленим ",н 1,5-3

Двуокись титана 1-2

Ви.ум до 100

Указа(1(Гая смазка (3аботает с высокой наде.",Iloc I bio (1pll промывке скважин и щелочным!л буровыми рас, ворами. об- 70 падает хорошими герме3изиру(ощими свойствами 1 сгойкосгью в абразивных средах.

Однако извест(Гая смазка не обеспечивает своих фуГ „<ций при притоке в скважину высокомннерализованных вод. под дейст(зием которых она разрушается, рас(г,1ивается и вымывается, т.е. тер I

Смазка ",акже неустойчива и в условиях;.:ысоких гемп<ратур, так как по31ll з I иленнми н, обусла зли вающий высокне .: дгезио Нные свойства смазГ<и, y>l(е: ри 90" C начинает разрушаться.

Наличие в составе смазки легколетучего голуола обуславливает ее

I I< 3ГГ(аР(ЭОГ1. НО.. Г Ь

Це31ь изобрете(1ия — создание уплотнительной смазки дпя резьбовых ссединен(1й, обл-,дающей повышенными

1 сГ>:.C3(3 Г аб 13Гьными свойствами и работающей с высоГ<ой надежностью в условиях высокоминерализованных вод.

ПоставгГенная цель достигается тем, что уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содер>нащая канифоль, скипидар, нигрол, графит и двуокись титана, дополнительно содержит триэтаноламин, нитровоск, метилгдиридаэросил (Mf A) и окисленный битум при следующем c(держании компонентов вес.7.:

Двуокись титана 2-4

Триэтаноламин 1,5-2,9

Нитровоск 1-3

Метилгидридаэросил 0,1-0,5

Окисленный битум Остальное

Введение в состав смазки триэтаноламина, являющегося ингибитором термоокислительной деструкции, повышает ее термостабильность при сохранении высоких смазочных свойств, значительно повышает адгезионные свойства смазки, что позволяет с высокой надежностью обеспечить герметичность резьбовых соединений. Одновременно триэтаноламин способствует удержанию двуокиси титана в объеме смазки.

Увеличение процентного содержания двуокиси титана повышает термостабильность смазки и совместно с .Г.риэтаноламином увеличивает ее вязкос-.ь, что позволяет эффективно предохранять резьбовые пары от износа при перемещении в случае изгиба бурильной колонны, способствует снижению продольных и поперечных колебаний в резьбовых соединениях и обеспечивает надежность их работы..

Нитровоск, который так же как и

TpèýòàHoëàI3èH я- ляется ингибитором термоокислительной деструкции, кроме того, повышает антифрикционную и экранирующую способность смазки, придает ей наряду с кисло-и щелочестойкостью высокую стойкость в условиях высокоминерализованных вод.

Нитровоск (ТУ-39-01-012-80) твердая масса от желтого до желтокоричневого цвета с температурой о каплепадения 68-70 С, температурой разложения 385 С, кислотное число

387 мг КОН/г, число омыления

390 мг КОН/г. Получают его окислением сырого буроугольного воска концентрированной азотной кислотой.

Нитровоск устойчив в агрессивных средах и применяется как адгезионная и антиоксидантная добавка к смазке.

Метилгидридаэросил - высокодисперсный пирогенный кремнезем, основой которого является чистая аморфная непористая двуокись кремния в виде мелкодисперсных частиц сферической формы, поверхность которых модифицирована гидрометнлхлорсиланом, при30

Компоненты

Содержание состава, вес.3

Канифоль

18

Скипидар

Нигрол

Графит

Двуокись титана

40

2 5 2,25

Триэтаноламин

1,5

2,9

Нитровоск

Метилгидридаэросил

Окисленный бит м

0,1

0,25

0,5

До 100

До 100

До 100

5 9395 дающим метилгидридаэросилу гидрофобные свойства. физико-химические свойства .

Гидрофобность,4: Не менее 90-99ь

Размер частиц, мк 0,004-0,040

Насыпной вес, г/л 25-50

Использование метилгидридаэросила в составе смазки придает ей устой. чивость в агрессивных средах, в частности в высокоминерализованных подземных водах.

Введение в состав смазки окисленного битума (температура каплепадения 145-150 С) вместо нефтяного (темо пература каплепадения 55-60oC) увели- 15 чивает термостабильность смазки, а также ее адгезионные свойства.

Применение в качестве растворителя скипидара, представляющего собой сложную смесь терпеновых углеводоро- 20 дов, кипящего в интервале 160-220 С, также способствует увеличению термостабильности смазки, делает ее нетоксичной и пожаробезопасной, улучшает санитарно-гигиенические условия 25 труда °

Смазку готовят следующим образом.

Твердые компоненты - окисленный битум (ТУ 38-УССР 2-0184-75), каниАдгезия смазок к металлу в среде технической воды и минерализованной хлоридно-натриевой воды с жесткостью

150 мг-экв/л и минерализацией 40 r/ë

55 определяется по следующей методике.

На специальном стенде вращатель (металлический секционный ротор) сначала помещают в сосуд, заполненный

28 6 фоль (ГОСТ 14-201-73) и нитровоск предварительно дробят, взвешивают и загружают в горизонтальный цилиндрический смеситель, снабженный четырехлопастной мешалкой ножевого типа.

Растворитель-скипидар (ГОСТ 16943-71) подают в смеситель насосами через мерник. Для ускорения растворения твердых компонентов смесь подогревают до 140-145 С. После растворения окисленного битума, канифоли и нитровоска в раствор загружают графит (ГОСТ 8295-73) и нигрол (ТУ 38-101529-75), и смесь перемешивают в течение 2 ч до получения однородной мас сы. Затем добавляют триэтаноламин (ТУ 6-02-916-74)и двуокись титана (ТУ-6-09-2166-77)и перемешивают в течение часа, после чего добавляют метилгидридаэросил марки МГА и перемешивают еще 15 мин.

С целью удешевления смазки применяется экстракционная кедровая канифоль и обеспиненный скипидар il сорта.

По описанной технологии для проведения испытаний готовят несколько составов смазок, отличающихся друг от друга процентным соотношением компонентов (табл. 1)

Т а б л и ц а 1 технической водой, а затем в сосуд с водой жесткостью 150 мг-экв/л и минерализацией 40 г/л. На поверхность вращателя наносится смазка предлагаемых и известного составов. Частота вращения достигает 2800 об/мин.

В табл. 2 приведены результаты испытаний.

939528

Т а б л и ц а 2

Состояние смазки после опыта в среде

Смазка

Техническая вода

Смазка с вращателя сброшена через 2 ч

Смазка с вращателя сброшена через 5 ч

Известная

Предлагаемая

За время вращения

17 ч слой смазки стал маньше, но отрывов и оголенных участков нет.

То же

Из данных табл. 2 видно, что адзо гезионные свойства предлагаемой смазки в условиях высокоминерализованных вод более чем в 3 раза выше по сравнению с прототипом.

Испытания термостабильности предлагаемой смазки (1, 2, 3) и прототипа проведены по общепринятой методике на четырехшариковой машине трения MACT-1. Условия испытаний следующие. Осевая нагрузка на шарики во ао всех опытах одинакова и равна

10 кгс. Скорость вращения верхнего шарика 1 об/мин. Определение критической температуры {температуры разХарактер кривой на диаграмме при, С

Смазка

Плавный

При 146 С прерывистый

Предлагаемая о

При 198 С прерывистый

Плавный

Плавный

С ос тавы (1,2,3) Известная Плавный

Вода жесткостью !

50 мг-экв/л и минерализацией 40 г/л

За время вращения

7 ч слой смазки стал тоньше, но отрывов и оголенных участков нет

За время вразения 8 ч слой смазки стал тоньше, но отрывов и оголенных участков нет

За время вращения

7,5 ч слой смазки стал тоньше, но отрывов и оголенных участков нет рушения смазочной пленки) приводятся при ступенчатом повышении температуры образцов смазки. Продолжительность опыта 60 с. Температура, при которой происходит скачкообразное изменение момента трения, принимается за критическую (движение стрелки самописца скачкообразное,и характер кривой на диаграмме прерывистый). .При отсутствии разрушения смазочной пленки движение стрелки самописца почти без отклонений — характер кривой на диаграмме плавный.

В табл. 3 приведены результаты испытаний термостабильности смазок.

Таблица 3

Т а б л и ц а 4

100

Слой равномерный

Износа нет

200

То же

То же

Износ 0,02 мм

Износ 0,5 мм

300

Слой тоньше

400

Появляются огленные участки

500!

Износ 3,1 мм

Площадь оголенных участков составляет 80"ь от общей площади

Предлагаемая

100

Износа нет

Слой равномерный

200

То же

То же

300

400

Износ 0,035 мм

Слой смазки тоньше, равномерный

500

Износ 0,01 мм

Слой тоньше, равномерный

Как видно из табл. 3, термостабильность предлагаемой смазки превосходит известную, что обеспечит ее надежную работу в условиях высоких температур.

Кроме того, адгезия и термостабильность предлагаемой смазки в случае использование ее для опор шарошечных долот испытывается на стенде, состоящем из бурового станка и промывочного насоса. Смазки испытываются на шарошечных долотах типа 93Т разборной конструкции, изготовленных согласно методике (3 ).

Возможность использования смазок для подшипников опор шарошечных долот определяется путем отработки долот на гранитных блоках. При этом контро9528 10 лируется скорость вымывания смазки из опор долот во времени. Долото отрабатывается при следующих режимных параметрах: частота вращения долота 430 об/мин, количество прокачиваемой жидкости 150 л/мин. В качестве промывочной жидкости используется вода жесткосТью 150 мг-экв/л, минерализацией 40 г/л и содержанием квар.

1О цевого песка 5Ф. Разборка долот и определение количества вымытой смазки осуществляется через каждые

100 тыс. оборотов долота(ресурс

150 тыс. оборотов шарошки считаетIs ся удовлетворительным).

В табл. 4 приведены результаты испытаний известной и предлагаемых смазок в опорах шарошечных долот.

939528

600

Износ 0,065 мм

Появляются оголенные участки

Износ 1,55 м

700

Слой равномерный

Износа нет

100

То же

То же

200

300

Износ 0,03 мм

400

То же

Износ 0,01 мм

Износ 0,06 мм

200

500

Появляются оголенные участки

600

Износ 1,5 мм

700

Слой равномерный

То же

Износа нет

То же

100

200

300

Слой тоньше, равномерный

400

Износ 0,032 мм

То же

Износ О, 015 мм

Износ 0,061 мм

500

600

Появляются оголенные участки

Износ 1,52 мм

Площадь оголенных участков составляет 203 от общей площади

700

Как видно, из та л., предлагаемая смазка позволяет обеспечить на- дежную работу опор шарошечных долот при одновременном увеличении их ресурса в высокоминералиэованных абразивных средах.

Кроме того, как показывают экспериментальные данные, смазка устойчива при хранении.

Продолжение табл. 4

Площадь оголенных участков составляет

253 от общей площади

Слой тоньше, равномерный

Площадь оголенных участков составляет

204 от общей площади

Данные таблиц показывают, что введение в состав смазки триэтаноламина, нитровоска, метилгидридаэросила, окисленного битума и увеличение содержания двуокиси титана позволяет значительно повысить термостойкость смазки, обеспечить высокие адгезионные свойства и надежную ее работу в условиях высокоминерализованных вод.

9395

Формула изобретения

Составитель E. Пономарева

Редактор Л. Филь Техред 3. Палий Корректор О. Макаренко

Заказ 4595/39 Тираж 524 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Р,-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Таким образом, проведенные испытания смазок показывают, что по сравнению с прототипом адгезионные свойства предлагаемой смазки в условиях высокоминералиэированных сред повышаются более чем в 3 раза. Одновременно в полтора раза повышается термостабильность смазки. Предлагаемая смазка нетоксична, пожаробезопасна, устойчива при хранении и может успешно применяться в резьбовых соеди-нениях и в опорах шарошечных долот, а также в узлах, где требуется высокая термостойкость, повышенная адгеэия, устойчивость в высокоминерализованных средах и абразивоизносо- стойкость. Смазка обладает демпфирующей способностью 1,20-1,22 г/см и, как следствие, дает меньший износ резьб при знакопеременных нагрузках.

Уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая канифоль, скипидар, нигрол, графит и двуокись титана, отличающаяся

I„

28 14 тем, что, с целью повышения термостабильности и надежности ее работы в условиях высокоминералиэованных вод, она дополнительно содержит триэтаноламин, нитровоск, метилгдиридаэросил и окисленный битум при следующес содержании компонентов, вес.ь:

Канифоль 18-20

Скипидар - и -4 °

Нигрол 8-10

Графит 2-3

Двуокись титана 2-4

Триэтаноламин 1,5-2, Нитровоск 1-3

Метилгидридазросил О, 1-0,5

Окисленный битум Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 237314, кл. С 10 М 7/12, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

N 687 111, кл. С 10 М 7/12, 1979 (прототип).

3. Яров А.Н. и др. Буровые растворы с улучшенными смазочными свойствами. М., "Недра", 1975, с. 92.