Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

 

Изобретение относится к смазочным составам , в частности, к уплотнительной смазке для резьбовых соединений бурового оборудования, и может быть использовано при свинчивании замковых соединений бурильных труб и соединений высокогерметичных обсадных труб с уплотнением. Цель - повышение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств. Смазка имеет следующее содержание компонентов, мас.%: литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции C<SB POS="POST">17</SB>-C<SB POS="POST">20</SB> 3,6-4,0, литиевое мыло монтановой кислоты 0,9-1,0, кальциевое мыло кислот растительного масла 2,5-3,0, полиизобутилен мол.м. 9000-15000 2,5-3,0, осерненный полимер олефинов фракции C<SB POS="POST">3</SB>-C<SB POS="POST">6</SB> 4,5-5,0, цинковый порошок 45,0-47,0, графит 10-14,0, оловоорганическое комплексное соединение 3,0-5,0 [полученное реакцией четыреххлористого олова с синтетическим жирным спиртом фракции C<SB POS="POST">7</SB>-C<SB POS="POST">12</SB> и с трихлорпентиловым эфиром N,N-диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисизопропилксантогенатом при массовом соотношении 1:(2-4):(0,1-0,2)], минеральное масло остальное. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPGHOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4247463/23-04 (22) 07.04.87 (46) 07.09.89. Бюл. 1|р 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники и Ленинградский опытный нефтемаслозавод им. Шаумяна (72) Т.Г.Мальппева, Е.Ф.Сморгонская, П.Г.Суслов, З,Б.Бережанский,В.М.Ле бедева, В.Н,Жаров, Н.В.Якубовский, Н.Д.Щербюк, В.И.Ющук, А.С.Губарев и А.H.Èãíàòþê (53) 62 1,892(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

NI 1004458, кл. С 10 М 125/02, 1984.

Авторское свидетельство СССР

11р 897839, кл. С 10 М 169/06, 1982. (54) УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИИ (57) Изобретение относится к смазочным составам, в частности к уплотнительной смазке для резьбовых соединений бурового оборудования, и может

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к уплотнительным смазкам для реэьбовых соединений бурового оборудования, и может использоваться при свинчивании замковых соединений бурильных труб и соединений высокогерметпчных обсадных труб с уплотнением.

Цель изобретения — повышение противо| зносных, противозадирных и антифрньцио, ".ых свойств смазки.

„„80„„1505965 A 1 (50 4 С 10 М 159/18//(С 10 М 159/18, 117:02, 125: 02, 125: 04, 135:04, 143:06) С 1О N 30:06

2 быть использовано при свинчивании замковых соединений бурильных труб и соединений высокогерметичных обсадных труб с уплотнением. Цель — повышение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств. Смазка имеет следующее содержание компонентов, мас.7.: литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции С, -С

3,6-4,0, литиевое мал монтановой кислоты 0,9-1,0, кальциевое мыло кис— лот растительного масла 2,5-3,0, полииэобутилен мол.м. 9000-15000 2,5-3,0, лссрненный полимер олефинов фракции

С -С. 4,5-5,0, цинковый порошок

45,0-47,0, графит 10-14,0, оловоорга- р ническое комплексное соединение 3,05,0 (получпкое реекцкей четыреххлорлс Щ гого олова с синтетическим жирным

cITHpToM фракц||и Су С| и с трихлорпен С тиловым эфиром N,N-диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисиэопропилксантогенатом при массовом соотношении 1:(2-4):(0,1-0,2), минераль. ное масло остальное ° 3 табл.

Сп

В составе смазки используют оловоорганическое комплексное с единение, полученное при взаимодействии четыреххлористого олова (компонент А) с синтетическим жирным спиртом (СЖС) фрак- 3 ции С -С„ (компонент Б) и с трихлорпентиловым эфиром 11,N-диэтилдитиокарбаминовой кислоты (компонент В) или с этиленбисизопропилксантлгенатом (компонент Г) в их массовом соотношении

1:2-4:0,1-0,2 соответственно. Указан!

30

388

150596 ное соединение получают нагреванием при 50 С. В полученную смесь добавляют затем минеральное масло M-11> о при 50-70 С,в вакууме при давлении

25-75 мм рт.ст. в течение 3 ч отгоняют кристаллизационную воду и получают металлоплакирующую присадку с выходом 95,1%.

Характеристика присадки: темпера- 10 тура вспышки 101 С, вязкость кинематическая при 100 С 6,31 мм /с, темпео 2 ратура застывания минус 14 С, кислотное число 142,9 мг КОН/r.

Состав продукта по сырью, мас,7: 15

Олово четыреххлористое пятиводное 16,3

СЖС Фракции С -C«35,9

Трпхлорпентиловый эфир N,N-диэтилдитиокарбаминовой кислоты 2,4

Масло минеральное

И-11 45,4

Состав комплексного соединения под-25 тверждается результатами анализа выделенной колоночной хроматографией узкой целевой фракции металлоплакирующей добавки:

Кислотное число фракции, мгКОН/г 365,6 1ассовая доля хлора мас.7 23,4

Содержание серы, мас,7 0,40

Расчетные данны» для комплекса укаэанного состава следующие:

Кислотное число, мг КОН/г

Массовая доля хло- 40 ра, мас,7 24,6

Содержание серы, мас.7 0,45

Улучшение противоизносных, противоэадирных и антифрнкционных свойств 45 смазки при введении присадки связано с модификацией поверхности цинкового порошка — образованием на поверхности частиц цинка пленки мягкого пластического металла (олова), защищенно- 5 го лигандом комплексного соединения, и протеканием при свинчивании и работе резьбового соединения с предлагаемой смазкой процесса избирательного переноса. Образование пленки мягкого металла — олова, обладающего большой пластичностью, на частицах цинка в присутствии комплексного оловоорганического соединения может происходить за счет адсорбции молекул соединения на поверхности частиц цинка и электрохимического восстановления олова цинком. Эффект усиливается тем, что вследствие гетерополярного характера комплексного соединения олова органический радикал, образующийся в результате отложения металла на поверхности цинка, пристает к поверхности и образует защитный слой.

Основной эффект модифицирования поверхности цинкового наполнителя— повышение противоизносных свойств и улучшение противоэадирных свойств.

Повышение антифрикционных и противоиэносных свойств смазки связано также с возможностью протекания в резьбовом соединении при свинчивании, работе и раэвинчивании процесса избирательного переноса за счет присутствия в смазке соединения металла переменной валентности. Этот процесс носит адсорбционно-химический характер. Отложение олова на соприкасающихся поверхностях резьбы стимулируется термическим разложением соединения в результате нагрева от трения в точке соприкосновения поверхностей. Эти отложения характеризуются пластичностью и высокими характеристиками скольжения.

Особое действие металлоплакирующей добавки состоит в том, что находящиеся в ней лиганды садятся на поверхности пленки, причем, чем больше нагрузка и температура, тем больше таких соединений. Координационные соединения могут создавать плоскости скольжения, что значительно снижает трение. Металлическая пленка благодаря этому не наклепывается и способна к многократной деформации.

Приготовление предлагаемой уплотнительной смазки проводят следующим образом.

Растительное масло, например касторовое, загружают в реактор, где диспергируется в половине минеральо ного масла, при 60-70 С, добавляется 107.-ная водная суспензия гидроокиси кальция. В результате омыления получают кальциевые мыла кислот растительного масла.

После получения кальциевых мыл в реактор загружают монтан-воск, синтетические жирные кислоты (СЖК) фрак1505965

С11 -С о и 15Е-ный водный растворгидроокиси лития. Образование литиевых мьл монтановой кислоты и СЖК фракции С,7 -С о происходит при 75-90 С, затем мыльно-масляная основа обезо воживается нагреванием до 115-120 С.

После получения кальциевого и литиевого мыл они задаются, например, в следующем соотношении: кальциевое мыпо кислот касторового масла 30 r, литиевое мыло СЖК фракции С -С и (7 20 литиевое мыло монтановой кислоты соответственно по 36 и 9,5 r и затем разбавляются оставшимся количеством минерального масла и гомогенизируются. В полученную основу вводят 50 г осерненного полимера олефинав фракции С>-С и 25 г полииэобутилена, затем температуру состава доводят до о

70-80 С и в него вводят 40 г металлоплакирующей присадки. После тщательного перемешивания и равномерного распределения присадки в мыльной основе вводят цинковый порошок в количестве 460 г. При 80-90 С смазку тщательно перемешивают и в нее вводят 120 r графита. Готовую смазку отрабатывают до образования гладкой текстуры и сливают в тару. Технология приготовления предлагаемого состава при других соотношениях компонентов не меняется.

В каЧестве минерального масла в составе смазки может быть использовано масло вязкостью 40-50 сСт при о

50 С или смесь масел вязкостью

10-14 сСт при 50 С цилиндровое 52 (вапор), графит дисперсностью

4-6 мкм (например марки П), осернен- 4 ные полимеры олефинов (присадка ОТП) с содержанием серы не менее 20K. Величина молекулярного веса полиизобутилена в указанных пределах не оказывает влияния на эксплуатационные свойства предлагаемой уплотнительной пластичной смазки.

В табл. l приведены составы известной и предлагаемой смаэок, в табл.2 результаты оценки антифрикционных и противоизносных свойств образцов смазок.

Испытания проводят на машине трения СИТ-1 по схеме ролик-колодка.

Ролик изготовлен из стали 45 колод5 ка — иэ чугуна. Испытания проводят при постоянной нагрузке — удельном давлении на образец 30 МПа, скорости скольжения 3,96 м/с, постоянной подаче смазки и времени испытания 2, ч.Антифрикционные и противозадирные свойства смаэок оценивают по коэффициен5 ту трения и температуре на поверхности трения, противоизносные свойства — по износу образца колодки (в мг) и изменению диаметра образца ролика (в мм).

1р Как видно из табл.2, образцы предлагаемых смаэок обеспечивают снижение коэффициента трения в 4,3-5,0 раз по сравнению с прототипом, снижение температуры на поверхности трения на о

15 105 — 108 С и существенное снижение износа. За счет металлоплакирования трущихся поверхностей, наблюдаемого визуально, происходит незначительное увеличение веса образца колодки и

20 диаметра образца ролика.

У составов смазок 1-10 определяют также температуру каплепадения, коллоидную стабильность, предел прочности, пенетрацию, а также испыта25 ния на Ч121.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как видно из данных табл.3, предлагаемые смазки, сохраняя предел

30 прочности на уровне известной,обеспечивают более чем в 3 раза повышение коллоидной стабильности и нагr уэку сваривания более 800 кгс, в то время как у известной смазки этот показатель не превышает 631-708 кгг

Проводят испытания предлагаемых составов смазок на натурных соединениях замков с профилем резьбы

3 †1, навинченных на бурильные трубы диаметром 140 мм. Испытания проводят в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

Смазку наносят на испытываемые замковые соединения бурильных труб, входящих в компановку колонны, подвешиваемой на вертлюге.

Испытания осуществляют следующим образом.

Бурильную трубу с испытуемой муфр той свинчивают с утяжеленными бурильными трубами, опускают в скважину и устанавливают с помощью элеватора на роторном столе. Ниппельный конец замка подвешивают на вертлюге и затем осуществляют посадку смазанного испытуемой смазкой резьбового ниппеля в ответную муфту. При этом витки испытуемой резьбы испытывают ударные нагрузки (динамические и статичес1505965 кие), создаваемые бурильными трубами длиной 25 м и весом 920 кг. Затем осуществляют силовое свинчивание резьбового соединения стандартным автоматическим ключом АКБ-ЗМ крутящим моментом 1600-1800 кгс м, После этого испытуемое соединение нагружают осевой растягивающей нагрузкой

56 тс. и осуществляют нагружение сое- 1ð динения внутренним давлением 120135 кгс/см . Суммарная осевая нагруз2 ка достигает 68 тс. После цикла промывки глинистым раствором нагрузки снимают и испытуемое соединение раэвинчивают с одновременным приложением к нему растягивающего усилия,что создает на витки резьбы повышенные контактные напряжения. Угловая скорость при свинчивании и развинчивании резь- 20 бового соединения составляет 3060 об/мин. Удельный вес глинистого раствора 1, 1- 1,5 г/см с содержанием песка до 2Х.

С целью создания бокового биения 25 при свинчивании — развинчивании вышку децентрируют по отношению к оси скважины на 100- 150 мм.

После развинчивания соединения цикл повторяется снова. На каждом 30 образце осуществляют не менее 500 ! циклов испытаний, Испытания показывают, что,несмотря на специально созданные неблагоприятные условия работы замкового

35 реэьбового соединения, наличие децентровки вышки и попадание песка в резьбовое соединение при свинчивании, предлагаемые составы смазок позволяют осуществить на каждом образце бо- 40 лее 500 циклов свинчиваний-развинчиваний, что превышает ресурс замка.

В результате эксплуатационных испытаний установлено, что уплотнительная пластичная смазка обладает 45 повышенными противоиэносными свойствами — резьбовые соединения остаются работоспособными даже после выработки установленного ресурса и повышенt ными антиэадирными свойствами — в процессе испытаний на витках реэьб отсутствуют следы задиров и заусенцев.

Формула изобретения

2,5-3,0

3,0-5,0

Уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая минеральное масло, литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции С,z -C, литиевое мыло монтановой кислоты, viBJIb циевое мыло кислот растительного масла, полииэобутилен мол.м. 9000-15000, осерненный полимер олефинов фракции

С>-С, цинковый порошок и графит,о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, что с целью повышения противоиэносных, противоэадирных и антифрикционных свойств, смазка дополнительно содержит оловоорганическое комплексное соединение, полученное при взаимодействии четыреххлористого олова с синтетическим жирным спиртом фракции

С -С и с трихлорпентиловым эфиром N,N-диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисизопропилксантогенатом в их массовом соотношении 1:(2-4):(0,1-0,2) соответственно при следующем содержании компонентов, мас. :

Литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции С„ -С<о 3,6-4,0

Литиевое мыло монтановой кислоты 0,9-1,0

Кальциевое мыло кислот растительного масла 2,5-3,0

Полиизобутилен мол.м.9000-15000

Осерненный полимер олефинов фракции Сэ-С 4,5-5,0

Цинковый порошок 45,0-47,0

Графит 10,0-14 0

Оловоорганическое комплексное соединение

Минеральное масло Остальное

1505965

Таблиц ° 1

Компоненты

T Т Х:Г ГI 1 Г 1

3,6

4,0

3,6 3,8

Э,6

3,6

3,6

Э,6 3,7 3,6

0,9 0,9 0,95

0,9

0,95

0,9

0,9

0,9

0,9

2,5

3,0

3,0

3,0

3,0

2,7

3,0

3,0.

2,9

2,9

2,5 Э,О 2,5 2,5 2,5 2 ° 5 2,7 2,8 2,5 2 5

4,5

4,7

5,0

5,0

4, 6

5,0

5,0

4,8

5,0

5,0

3,0"">

45 0

10 О

28,0

5,0

47,0

14,0

18,3

4 О

46,0

12,0

22,95

2,5

46,0

12,0

24,9

4,0

46,0

12,0

22>9

5,5 °

46,0

12,0

21,5

4,0

46,0

12,0

23,1

4,0

46 0

12,0

22,9

4 О

46,0 46,0

12,0 14,0

22,9 25,05 э

Соотноаенне А: Б:В 1: 2,2: О, 15 е еэ

Соотноиение А:Б:В 1:2 О:О

Соотновение АгБ:В 1:4>0:0,2.

Соотноаенне А:Б:Г 1:2,2:О, 12.

Таблица 2

Коэффициен т трения

Изменение Наличие

Образец смазки

Износ образца колодки, МГ

Температура поверхности, С диаметра пленки образца металла ролика,мм

0,006

0,004

0,0035

0,0035

0,010

63

52

+0,002

+0,005

+0,0038

+0,0045

-0,0002

+0.0006

+ 0 0009

+0,0007

+0,0008

-0,0012 кирования

Есть

0,005

0,003

0,0035 . 0,003

0,015

7

9

51

53

52

52

160

+0,0008

+0,0005

+0,0005

+0,0004

-0,0084

+0,005

+0,0035

+0,0030

+0,003

-0,006

tt

ii

Нет (смазка

"дымит") Таблица 3

Свойства

1 1 2 1 3

Температура каплеО падения, С 150

Коллоидная стабиль»

172 180 182 176 137 181 170 168 174-176

Литиевое >пало:

СЖК фракции Сп -С е ионтановой кислоты

Балъцневое >а>ло кислот: касторового масла салоиаса

Полииэобутилен иол массы

9000-15000

Осерненный полныер олефинов фракции

С -С не таллоплак ируэ>пан присадка

Цинковый поронок

Графит

Минеральное масло

Содернание, иас.й,в составе обраэцов снаэок

Есть

»

ll

II

Незначительные очаги металлопла1505965

Продолжение табл.3

Свойства

Показатели для состава смазки

2,3 1,4

2,0 3,4

1,9 4,2 1,9

2,1 4,6

7,0

35 41 4045

800 800

98 105

) 800 > 800 в

113 98

78 108 96

94 115 ю О

Составитель Е. Пономарева

Редактор Н.Гунько Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 5391/26 Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ность,7

Предел прочности при

50„,С, кгс/см

Пенетрация при 25 С, мм

Испытания на

ЧШМ:ОПИ

Нагрузка сваривал кгс

Индекс задира

4,1 3,7 3,3 4,3 4,4 1,8 3,8

246 340 239 238 269 295 269 286 255 282-300

99,5 104 101 100 80 105 99 101 110 80,7-97,5

631 800 ) 800 )800 800 631-708