Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

 

Сущность изобретения: смазка содержит продукт омыления кубового остатха производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5-25 мг КОН/г 17-30%. отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, 55-66%. ингибитор коррозии металла 3-5% и графит остальное. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ их (21) 4890099/04 (22) 22,11.90 (46) 07.01,93, Бюл. N. 1 (71) Черниговское отделение Украинского научно-исследовательского геологоразведочного института (72) Н.B.Ùóêèí, О,И.Лукина, Л.Ф.Беляева, Л,П.Пашко, С.А,Малютин, А,Н.Моргунов, В,В.Фесенко и А.Ф.Рудь (56) Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок, M,: Химия, 1974, с, 239 — 244.

Синицын В.В. Пластичные смазки в

СССР. М,: Химия, 1984. с. 164 — 168, Изобретение относится к уплотнительным пластичным смазкам для герметизации резьбовых соединений металлоизделий, в частности может быть использовано для герметизации резьбовых соединений обсадных, бурильных и насосно-компрессорных труб нефтяных и газовых скважин.

Известны уплотнительные смазки для герметизации резьбовых соединений на масляной или масляно-силиконовой основе с мелкодисперсными наполнителями.

Недостатки этих смазок — резкое снижение их герметизирующей способности при температурах выше 80 С и очень низкие защитные свойства металла от коррозии в агрессивных водных и углеводородных средах нефтяных и газовых скважин, За прототип принята уплотнительная смазка для резьбовых соединений Р-402, выпускаемая по ТУ38-101708-78 (2), состоящая из дисперсионной среды, загустителя и присадок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь масла индустриального И-50А. Ж 1786062 А1 (si)s С 10 М 169/04//(С 10 М 169/04, 103:02, 103:06, 125:02. 125:04, 129:40) С 10 N 30:06 (54) УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СМАЗКА ДЛЯ

РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Сущность изобретения: смазка содержит продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5 — 25 мг KOH/г 17 — 30, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, 55 — 66ф„ингибитор коррозии металла 3 5 и графит остальное. 3 табл. и полисилоксановой жидкости 132-24 или ПЭС-5 (в соотношении 1;2) 24

Стеарат лития 6

Стеарат алюминия 1

Графит П 21

Порошок свинца ПСА 29

Порошок цинка ПЦВ 14

Медная пудра 5 CO

Однако эта смазка обеспечивает недо- СЬ статочно высокую герметизацию резьбовых С) соединений при температуре выше 100 С и 0, практически не защищает соединения от коррозионного разрушения в горячих агрессивных водных и углеводородных средах нефтяных и газовых скважинах, особенно е кислотах.

° аа31

Цель изобретения — повышение герметиэирующей способности и противокоррозионных свойств смазки при температурах до 150 С. Цель достигается тем, что уплотнительная смазка для реэьбовых соединений, содержащая графит, дополнительно содержит продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных кис1786062

17 — 30 лот до кислотного числа 5-25 мг КОН/г, отходы отработан ного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, и ингибитор коррозии 5 металла при следующем сОотношении компонентов, мас.%;

Продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных 10 кислот до кислотного числа 5 — 25 мг КОН/г

Отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные 15 при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот 55-66

Ингибитор коррозии металла 3 — 5 20

Графит Остальное

Для приготовления смазкй используют кубовый остаток производства СЖК по ТУ

38-1071231-89, получаемый на Шебекин ском и Волгодонском химзаводах, на Уфим- 25 ском, Надворнянском, Волгоградском нефтеперегонных заводах и Бердянском

ОНМЗ.

Кубовый остаток является отходом производства при ректификации или дистилля- 30 ции сырых жирных кислот и представляет собой смесь высших жирных кислот фракции С и выше в основном насыщенных и ненасыщенных монокарбоновых кислот, неомыляемых веществ и смолистых продуктов 35

* конденсации и полимеризации следующего состава. мас,%: парафины (Сто — Сзо) 10 — 20; жирные кислоты (С1в — Сзо) 80 — 90, в том числе; жирные монокарбоновые кислоты (С1а—

Сзо) 20 — 35; полифункциональные кислоты — 40

20-30; полимерные кислоты остальное.

Кислотное число продукта составляет

50-100 мг КОН/r, При производстве смазки

; он омыляется.

В качестве наполнителя в предлагаемой 45 смазке используют отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, образующиеся на Шебекинском и Волгодонском химзаводах при производстве первичных . жирных спиртов методом гидрирования 50 жирных кислот фракции С ю-С>а с использованием порошкообразного меднохромбариевого катализатора по ТУ 38-102142-85.

Отходы отработанного меднохромбариевого катализатора получают в процессе 55 гидрирования синтетических жирных кислот (СЖК) до первичных жирных спиртов (ПЖС) на стадии окончания гидрирования

СЖК до ПЖС и последующего отделения

ПЖС от отработанного меднохромбариевого катализатора методом центрифугирования, В итоге получают отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, которые используют в качестве наполнителя в смазке, Отходы отработанного катализатора представляют собой пасту черного цвета, состоящую из смеси первичных жирных спиртов фракции Сю — С1в в количестве 3050 Mac,% и металлического порошка отработанного меднохромбариевого катализатора в количестве 50 — 70 мас,% Металлический порошок состоит из соединений хромитов, хроматов меди и окислов хрома, бария, меди в соотношении (в расчете на окислы металлов), мас.%: CUO 46 — 48, Сг О 43 — 47;

ВаО 6,0-9,5.

В настоящее время отходы отработанного катализатора не находят применения в производстве и утилизируются.

Для получения смазки используют графит марки ГЛ-1 или ГЛ-2 по ГОСТ 5279-74. а в качестве ингибитора коррозии металла— и/или НИИФОХ-3 по ТУ 113-03-20-98-89, и/или ХОСП-10 по ТУ 6-02-1089-77, и/или

ИНКОР-3 по ТУ 6-01-1302-85 и др, Ингибитор ИНКОР-3 (TY 6-01-1302-85)— продукт взаимодействия технических хлорметилированных фенолов с пиридиновыми основаниями, приготовленный в виде 50—

70%-ного водного раствора, ИНКОР является поверхностно-активным веществом катионного типа, это прозрачная легко подвижная жидкость от коричневого до красно-коричневого цвета со слабым специфическим запахом, хорошо растворим в органических и минеральных кислотах без помутнения и образования осадка, плотность 1,180 — 1,220 г/см, т,кип. 112 С.

Ингибитор ХОСП-10 (ТУ 6-02-1089-77)— комбинированный ингибитор, состоящий из смеси солей замещенного четвертичного аммония, пенообразователя и синергиста.

Вязкая жидкость темно-вишневого или жел- . то-зеленого цвета со слабым запахом аминов, нерастворимая в щелочах и хорошо растворимая в минеральных и органических кислотах, плотность 1,050 — 1,150 г/см, т.кип. 115 С.

Ингибитор НИИФОХ-3 (ТУ 113-03-2098-89) — смесь, содержащая кубовые остатки моноэтаноламиновой очистки капролактама и поверхностно-активное вещество неионогенного. типа, Легко подвижная маслянистая жидкость темно-коричневого цвета, частично растворимая в воде и кислотах, плотность 0,98 — 1,04 г/см, т,кип, 122 С, Ингибитор БИКОР, опытная партия, представляющий собой смесь гетероциклических соединений (пеназолин, имидозо1786062 лин, оксазолин), синергиста и пенообразователя. Это вязкая жидкость от светло- до темно-коричневого цвета, хорошо растворимая в минеральных и органических кислотах с обильным образованием пены, плотность 1,18 — 1,20 г/см, т.кип. 116 С.

Смазку готовят по такой технологии. В обогреваемый реакционный сосуд с мешалкой заливают расчетное количество 3040%-ного водного раствора гидроокиси щелочного металла (калия и/или натрия, и/или лития — предпочтительнее лития и/или калия). Нагревают раствор до 80—

95 С и затем при перемешивании в него вводят расчетное количество кубового -остатка производства СЖК (c известным кислотным числом). Смесь при 80-95 С тщательно перемешивают в течение 60-70 мин до получения продукта с остаточным кислотным числом 5 — 25 мг КОН/г. Затем при работающей мешалке загружают в реакционный сосуд расчетное количество отходов отработанного меднохромбариевого катализатора. Продолжают перемешивание до получения гомогенного состояния общей смеси и после этого вводят (при работающей мешалке) расчетное количество ингибитора коррозии металла и графит и дальше гомогениэируют при 110-120 С с целью обезвоживания продукта.

Приготовленную смазку отрабатывают до образования гладкой текстуры и сливают в тару.

По указанной технологии было приготовлено 12 рецептур смазки с различным содержанием ингредиентов (табл.1).

Технические. показатели качества предлагаемой смазки сравнивали с показателями прототипа — товарной смазки резьбовой

Р-402 по ТУ 38-101708-78 в соответствии с требованиями ГОСТ 423-83 (Смазки пластичные..Номенклатура показателей)., Как видно из экспериментальных данных, приведенных в табл,2, предлагаемая смазка в определенной пропорции ингредиентов по техническим показателям качества соответствует прототипу или превосходит

его. Увеличение или уменьшение концентрации основных компонентов приводит к ухудшению параметров смазки.

Так, уменьшение массового содержания остатка кубового производства СЖК до

14 мас.% или увеличение выше 30 мас.% приводит к образованию плотной текстуры смазки, и ее затруднительно наносить на поверхность (табл,1 и 2, рецептуры 1 и 12).

К такому же результату приводит и омыление кубового СЖК с остаточным кислотным числом менее 5 мг КОН/г (табл.1 и 2, рецептура 5), а омыление с остаточным кис50 тогда как предлагаемая смазка имеет степень защиты 86 — 93%. Содержание ингибитора в предлагаемой смазке должно быть в пределах 3-5 мас.%. В случае содержания ингибитора в смазке менее 3 мас.% степень защиты. при 1200С снижается до 72%, а при увеличении содержания ингибитора более 5 мас.% незначительно повышается защитный эффект (табл,3, рецептуры 2, 8 и 10, 7).

Оценку уплотняющих (герметиэирующих) лотным числом выше 30 мг КОН/г снижает температуру каплепадения и повышает показатель пенетрации (табл.1 и 2, рецептура 4), Содержание в предлагаемой смазке от5 ходов отработанного меднохромбариевого катализатора не должно превышать 66 мас. % и быть не менее 55 мас.%, так как и в том и в другом случае образуется плотная текстура смазки (табл.1 и 2,-рецептуры 1 и

10 12), Колебание содержания в отходах отработанного меднохромбариевого катализатора первичных жирных спиртов не оказывает существенного влияния на свой15 ства смазки (табл,1 и 2, рецептуры 6 и 7).

Предлагаемые рецептуры смазок имеют высокую температуру каплепадения и сползания соответственно (128-176) С и (143—

184)0С, тогда ка к у и рототи па

20 соответственно 130 C и 132 С (табл,2), Также смазка имеет более высокие показатели предела прочности на сдвиг, т,е. (266-317)

Па против 200 Па и прототипа. Эти параметры свидетельствуют о более высокой адге25 зионной и уплотняющей способности . предлагаемой смазки по сравнению с прототипом. Эксплуатационные свойства смаэок оценивали по таким основным показателям:

30 степень защиты металла от коррозии, покрытого слоем смазки толщиной 0,3 мм, в

15%-ной соляной кислоте при 80 и 120 С; степень защиты оценивали гравиметрическим методом по ГОСТ 9.502-82;

35 способность смазки уплотнять (герМетизировать) реэьбовые соединения при высоких температурах; способность смазки предотвращать заедание (сваривание) резьбовых соединений

40 в условиях высоких температур и предельных моментов свинчивания.

Проверка степени защиты от коррозии металла, покрытого смазкой, в 15%-ной соляной кислоте при 80 и 120 С показывает, 45 что предлагаемая смазка при оптимальном содержании ингибитора имеет степень защиты при 80 С выше 99%, тогда как прото-. тип 57%, а при температуре 120 С, прототип не защищает металл от коррозии, 1786062 свойств смазок проводили по двум методам, По первому методу для получения сопоставимых результатов использовали разборное устройство с выходной щелью зазором 40 мкм, шириной 10 мм и длиной

50 мм, Перед каждым опытом устройство разбирали, вскрывали щель, промывали ее бензином А-76, at, сушивали, а затем заполняли щель исследуемой смазкой, собирали устройство. При этом излишки смазки выжимались (устройство выполнено по типу пресс-формы}. После сборки устройства его подсоединяли к гидростенду ГПЛ-1 и помещали в термокамеру. Создавали планируемую температуру и при такой температуре выдерживали в течение 40 мин. Затем создавали на устройство давление водой и визуально наблюдали начало выжимания смазки иэ открытого торца щели. Начало подвижки смазки считали предельным давлением выжимания смазки, что характеризует показатель уплотняющей способности смазки.(степень повышения герметизирующей способности), так как зазоры в резьбовых соединениях нефтепромысловых труб значительно меньше, чем в использованном авторами устройстве, Более того на данном устройстве разброс опытных данных не превышает 1,5-2,0 Д, тогда как при испытании на натурных трубах нередко получают и аномальные выбросы из-эа дефектов резьбы.

Результаты выполненных экспериментов приведены в табл,3, п.2, которые свидетельствуют о том, что уплотняющая способность предлагаемой смазки (давление выжимания смазки) сохраняется высокой в широком температурном диапазоне — от 25 до 160 С и превосходит известную смазку в 1,41-3,45 раза при 25 Си в2,25-10,9 раз — при 160 С.

По второму методу уплотняющую способность смазок определяли по степени герметизации реэьбовых соединений натурных обсадных труб диаметром 193,7 мм с толщиной стенки 8,3 мм группы прочности

"Д" по ГОСТ 632-80. Испытания проводили с использованием модернизированного приспособления ПИГЕР-1 и станции высокого давления НСВД-2500 (Еременко Т.Е., Мочернюк Д.Ю., Тищенко А,В. Герметизация резьбовых соединений обсадных колонн нефтяных и газовых скважин. Киев:

Техн!ка, 1967, с. 25-27). Устройство ПИГЕР1 позволяет испытывать герметичность только непосредственно муфтоаого соединения, не подвергая давлению всей полости трубы, и четко фиксировать малейшие пропуски резьбового соединения с помощью водяного манометра с капилляром 2,5 мм. сти "Д" по ГОСТ 633-80, Подготовленные соединения труб (муфта-трубная заготовка) промывали бензином А-76, равномерно на резьбы наносили шпателем исследуемую смазку и свинчивали соединения с постоянным моментом 0,9 кН м. Затем собранное соединение помещали s песочную ванну термопечи и выдерживали при заданной температуре в течение 12 ч, По истечении времени опыта соединение охлаждали на

40 воздухе до комнатной температуры и развинчивали, .фиксируя при этом момент раскрепления. резьбы. Степень эаедания (С ) (сваривания) резьбового соединения рассчитывали по формуле

45 с, = - — — - - оо д.

Мс где Мс и Мр — соответственно момент свинчивания и развинчивания резьбового соединения, кН м, Результаты выполненных исследований приведены в табл.З, п,4. Экспериментальные данные показывают, что предлагаемая смазка а рекомендуемом диапазоне содержания ингредиентов имеет лучшие свойства по показателю заседания (сваривания) резьбового соединения и обеспечивает надежные эксплуатационные свойства до

Резьбовые соединения предварительно промывали бензином А-76 и высушивали с целью удаления заводской смазки.

Испытываемую смазку наносили на

5 резьбы шпателем ровным слоем, навинчивали муфту на трубу с постоянным моментом 8,5 кН м, затем собирали устройство

ПИГЕР-1 и создавали водой давление в полости муфтового резьбового соединения с

10 помощью станции НСВД-2500. Начиная с давления 20 МПа, давление поднимали плавно, ступенчато по 3 МПа с выдержкой на каждой ступени 15 мин для фиксирования состояния герметичности резьбового

15 соединения по водяному манометру. Результаты испытаний приведены а табл,3, п,3. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что предлагаемая смазка а

1,24-1,73 раза превосходит прототип по уп20 лотнительной (герметизирующей) способности.

Степень эаедания (сваривания) резьбового соединения с различными смазками оценивали по соотношению усилия свинчи25 вания и развинчивания соединения, выдержанного а течение 12 ч при 120 и 200 С. Для . экспериментов использовали заготовки из натурных насосно-компрессорных труб диаметром 60,3х5 мм; гладкие, группы прочно1786062

Таблица 1

Компонентный состав смазки

Со е жение+, мас. в е еп е

Ингредиент г

9 10

1г го

25 30

20 20 го зо

66 25

66/23

66/26

50/20 тг/зо

66/30

66/20

60/25 60/30

55/20

66/26 66 33 з

4

1О

1! 5

12 го

15

15

5 20

10 я В рЕцЕПтураХ Садвржаинв ОтХОдОВ ОтрабатаННОГО Мвдив-ХрОМбарИЕВОГО Катапнватара Прнеаднтоя В числителе. а в знаменателе дается содержание в нем первичных жирных спиртов фракции Cio-С1в.

200 C. Заедания (сваривания) реэьбового соединения практически не происходит, тогда как у прототипа момент развинчивания увеличивается на 5 — 6% по отношению к моменту свинчивания с повышением температуры выше 120 С.

Использование в народном хозяйстве предлагаемой смазки существенно увеличит долговечность и надежность работы резьбовых соединений насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб, упростит эксплуатацию труб и повысит основные технико-экономические показатели бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, Формула изобретения

Уплотнительная смазка для реэьбовых соединений, содержащая графит, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения герметиэирующей способности и противокорроэионных свойств при температурах до

150 С, смазка дополнительно содержит продукт омыления кубового остатка произПродукт омыления кубового остатка производства СЖК

Отходы отработанного медно-хро и ба риевого катализатора

Ингибитор коррозии металла:

Бикор

НИИФОХ-3

ХОСП-10

ИНКОР-3

Графит

Кислотное число, мг

КО Н / r о мы лен ного кубового остатка произво ства СЖК водства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5 — 25 мг КОНIГ, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве

5 первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, и ингибитор коррозии металла при следующем соотношении компонентов в мас,:

Продукт омыления кубового

10 остатка производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5 — 25 мг K0H jr 17-30

Отходы отработанного

15 меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот 55-66

20 Ингибитор коррозии металла 3 — 5

Графит Остальное

1786062

Таблице 2

Текмические кокаэатепи качества сказок

«. «

i I

Прототип . Рецептура предпагавмо№ смазки

Р-402

Ю ч ч»»»«»»»

Температура кзппепаде- .

-., С (ГОСТ 6793-7Ч 130 в!80 148 142, 65 176 149 128 137 132 176 148 ) 180

Температура спопзамил, С (ГОСТ 6037-75) . 132 !67 16 1 "71, " . 156 143 144 181 184 184

Пеметрацил беэ переиеамеаиил при температура (D0CT 5346-78); 25"С 290 274 350 41 244 233 216 120

60 с 358 ЗЗЗ Зво Вз 280 268 285 183 .

90 С . >300 . 364 351 302 310

Предел прочиости Не сдвиг при 50 С ° Па (ГССТ, 7143-7З) 200 315 293 . 283

Растворимость при 95ОС (тУ 38-101622-76> и.3.3); в воде, и/р, и/р " и/р и/р и/р и/р е 151"ио№ ПС1 Частично и/р и/р и/р и/р и/р Н/р

Показатель

34 261

334

378

269 ãâ! 297

293 312 344

304 36В Звг

289 266 273 302

317 и/р и/р

И/р и/р и/р растеорима ч«к ч«

Эксплуетациоииыа сво№ст

Таблиц ° 3 б

° е сказок

Рецептура предлагаемой смазки

» « « » ь »ь»

М Показатель и/п

Прототип, смазка

Р-402

1 Степемь замыты от кор- розии образца стапм

Р !05, 2, покрытого слоем смазки топцимой

С ° 3 ии, в 152"мо№ НС! при тейературе: 80 C

l20eC

997 100 100 993 995 100, 995

88,0 91,0 93,5 . 72,0 86,3 93,0 87,0

57

Пе закипает

2 Давление эмкимаимл смазки через цель зазором 40 нкм, Ийа, при теимвратуре! 25зС ео

Степень герметизации резьбоеого соедииемил исследуемыми смазками:

36,60 44,80 51;20 24,80 39,8 60,80 5Ь,ЬО

10,30 12,20 14,10 8.30 9 70 11,20 20,11

0 53 0,82 0,85 O,6I O,8! 1 15 г 7О

17,60

5,60

0,24 давление качала про пуска резьбы, дйа 33,5 43,5 49,0 52,5 41;5 . 54,2 56,0 53ь5 степень повивеимл герметичности,е 100 129,9 !46,3 156,7 123,9 161,8 167,2 159,7 .

Степень эаедаиил (сва риваиил) резьбового соерииеммл, 2, при температура 120 С О

200 С 5,3

О О О О О О 0..

11 03 О 0 О 0 06

«»

Составитель H. Щукин

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà

Редактор

П оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 роиз

Заказ 227 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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