Смазка для герметизации резьбовых соединений

 

Использование: для герметизации резьбовых соединений насосно-компрессорных, обсадных, бурильных труб и труб для трубопроводов. Сущность: смазка содержит, мас.%: пластичная кальциевая смазка на основе минерального масла, загущенного комплексным кальциевым мылом, 15,5-25,5, графит 55,0-65,0, полиметакрилат 0,5-2,0, индустриальное масло - остальное. Технический результат - смазка сохраняет свои пластические свойства в диапазоне температур от минус 50 до плюс 200°С и обеспечивает герметичность резьбовых соединений при давлениях жидкости до 90 МПа и газа до 70 МПа. 1 табл.

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к уплотнительным смазкам для резьбовых соединений, и предназначено преимущественно для герметизации резьбовых соединений насосно-компрессорных, обсадных, бурильных труб и труб для трубопроводов.

Известна смазка для герметизации резьбовых соединений нефтяного оборудования, содержащая пластичную кальциевую смазку, графит, минеральное масло и жидкое стекло (патент РФ № 2032713, кл. С 10 М 169/04). Однако использование этой смазки затрудняет развинчивание резьбового соединения после длительной эксплуатации, особенно при повышенных температурах.

Известна также уплотнительная низкотемпературная пластичная смазка для резьбовых соединений бурильных труб “УГС”, содержащая натриевую пластичную смазку, синтетическое масло Б-3В и присадку АФК (патент РФ № 2136722, кл. С 10 М 129/02). Эта смазка, однако, имеет недостаточно широкий температурный диапазон применения (от +150 - до -40°С).

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является смазка для герметизации резьбовых соединений, содержащая пластичную кальциевую смазку, графит, ингибитор коррозии, политетрафторэтилен и индустриальное масло. При этом используют в качестве пластичной кальциевой смазки смазку типа ПК-1 в количестве 5-15%, графит в количестве 27-69,98%, ингибитор коррозии в количестве 0,02-3%, в качестве политетрафторэтилена - порошок фторопластовый термообработанный ПФТ-400 в количестве 5-15% и индустриальное масло ИГП-18 в количестве 20-40% (патент РФ № 2187545, кл. С 10 М 177/00). К недостаткам указанной смазки следует отнести достаточно сложную технологию ее приготовления, поскольку для получения смазки с требуемыми свойствами необходимо точное соблюдение параметров гомогенизации смеси. Кроме того, в случае применения данной смазки при температурах окружающего воздуха ниже -30°С ее эксплуатационные свойства резко ухудшаются.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание дешевой смазки для герметизации резьбовых соединений с повышенной уплотнительной способностью, сохраняющей свои эксплуатационные качества в широком диапазоне температур.

Поставленная задача решается за счет того, что смазка для герметизации резьбовых соединений, включающая пластичную кальциевую смазку на основе минерального масла, загущенного комплексным кальциевым мылом, графит, политетрафторэтилен и индустриальное масло, в отличие от прототипа дополнительно содержит полиметакрилат при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: пластичная кальциевая смазка на основе минерального масла, загущенного комплексным кальциевым мылом, 15,5-25,5; графит 55,0-65,0; политетрафторэтилен 3,0-4,8; полиметакрилат 0,5-2,0; индустриальное масло остальное.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой смазки, заключается в следующем. Известно использование присадки ПМА “Д”, представляющей собой продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных синтетических первичных спиртов С₁₂-С₁₈ нормального строения - полиметакрилат марки “Д”, для снижения температуры застывания в моторных, трансмиссионных и других маслах в концентрации до 1%. Как показали проведенные экспериментальные исследования, наряду с вышеуказанным введение в состав предлагаемой смазки данной присадки значительно улучшает и пластические свойства смазки во всем требуемом диапазоне температур (от -50°С до +200°С). Нанесение предлагаемой смазки на резьбу даже при температуре окружающего воздуха ниже -30°С осуществляется обычным способом (шпателем или кистью) без предварительного подогрева, требующегося в случае использования известной смазки по патенту РФ № 21875457. При этом смазка с предлагаемым количественным составом ингредиентов обеспечивает герметичность резьбовых соединений, работающих при высоких давлениях жидкости (до 90 МПа) и газа (до 70 МПа), что не достижимо при применении известных смазок для герметизации резьбовых соединений труб нефтяного сортамента. Экспериментально было также установлено, что введение в состав смазки полиметакрилата в количестве большем 2% уже не вызывает значительного улучшения эксплуатационных свойств смазки, но приводит к ее удорожанию. при наличии в предлагаемом составе полиметакрилата в количестве меньшем 0,5% пластичность смазки ухудшается, особенно резко в диапазоне отрицательных температур. Наличие в предлагаемом составе смазки политетрафторэтилена в значительно меньшем количестве, чем в прототипе в совокупности с предложенным количеством графита не только обеспечивает антифрикционные и герметизирующие свойства смазки, но существенно удешевляет ее. Проведенные исследования выявили также ингибирующие свойства смазки. В таблице приведены примеры конкретных составов смазки и их свойства.

Для приготовления предлагаемой смазки для герметизации резьбовых соединений могут быть рекомендованы: в качестве пластичной кальциевой смазки на основе минерального масла, загущенного комплексным кальциевым мылом, - смазки типа ПК-1 (ТУ 38.30174-015-93), Ровел ПК-1 (ТУ 0254-064-00148843-2000) или “Униол-2М” (ТУ 0254-009-05766706-98); графит марок ГЛС-2, ГЛС-3 по ГОСТ 5420-74; политетрафторэтилен - твердый продукт полимеризации тетрафторэтилена в виде порошка фторопластового термообработанного ПФТ-300, ПФТ-400, ПФТ-500 (ТУ 301-05-25-89); полиметакрилат - присадка ПМА “Д” (ТУ 6-01-270-94); индустриальное масло, например, марки ИГП-18 (ТУ 38-101413-97). Технологический процесс приготовления предлагаемой смазки осуществляется при температуре окружающей среды и атмосферном давлении путем механического смешивания ингредиентов в заданных количествах.

Исследование эксплуатационных характеристик предлагаемой смазки осуществлялось в центре сертификации, испытаний и независимой экспертизы ОАО ВНИИТнефть. Определение противозадирных и герметизирующих характеристик проводилось в резьбовых соединениях насосно-компрессорных труб 73x5,5-Л (ГОСТ 633-80А) и муфт к ним 73Л (ГОСТ 633-90) в условиях, приближенных к условиям эксплуатации. Испытания проводились на стендах для свинчивания СТС-2500, СИНКТ-450, для испытания на герметичность жидкостью СТР-2000, для испытания на герметичность газом СТГ-1000. Свинчивание соединений осуществлялось при действии осевого сжимающего усилия 940 Н, имитирующего нагрузку на резьбовое соединение, создаваемую весом колонны труб. После 1, 5, 10, 20, 30, 50 свинчиваний-развинчиваний проводился замер натяга резьбы ниппелей и муфт. Испытания на герметичность жидкостью проводились после 1, 5, 10, 20, 30, 50 свинчиваний-развинчиваний. Все образцы выдержали испытания. Затем эти же образцы испытывались на герметичность газом и также все выдерживали испытания. По результатам этих испытаний были сделаны следующие выводы: при свинчивании трубы с муфтой с использованием предложенной смазки движения соединяемых частей были плавными, без рывков: после развинчивания резьбовых соединений установлено наличие смазочного материала по всей длине резьбы муфт и ниппелей; изменение натяга резьбы ниппелей и муфт при испытании на износ резьбового соединения аналогично изменениям при использовании известных смазок; при гидравлических испытаниях давлением 75 МПа и выдержкой под давлением 10 минут резьбовые соединения оставались герметичными и выдавливания смазки не наблюдалось; при испытании газом давлением 70 МПа и выдержкой в ванне с водой в течение 24 часов резьбовые соединения оставались герметичными, при этом выдавливания смазки не наблюдалось. Исследования качества сборки резьбовых замковых соединений с использованием предложенной смазки проводились на образцах муфтовых и ниппельных концов бурильных труб диаметром 127 мм (ТУ 14-3-1571-88) с замками из стали 40ХМФА (ТУ 39-0147014-35-93) на стенде для сборки бурильных труб СТС-2500.

В результате испытаний было установлено, что после 30 свинчиваний-развинчиваний резьбы заполнены смазочным материалом по всей длине резьбы; резьбы ниппеля и муфты после окончания испытаний не имели задиров, вмятин и прочих механических повреждений; движение ниппеля и муфты было плавным, равномерным, даже при страгивании в момент развинчивания. Лабораторные испытания по оценке защитных свойств заявляемой смазки проводились на образца муфты и ниппеля насосно-компрессорных труб 73 м x 5,5 мм группы прочности Д и сборке после нанесения смазки на резьбу в испытательной среде по стандарту NACE ТМ-01-77 (96): 5% NaCl+0,5% СН₃СООН, концентрация Н₂S - 3000 мг/л, рН 3,4; при температуре 20°С в течение 96 часов. По результатам испытаний было установлено, что смазка обеспечивает герметичность резьбовых соединений нарезных труб нефтяного сортамента в коррозионно-агрессивных сероводородсодержащих средах и рекомендуется для использования в условиях месторождений в средах с содержанием Н₂S и СО₂ до 6% каждого.

В процессе эксплуатационных испытаний, проведенных Отрадненским филиалом Сибирской Сервисной компании, предложенная смазка использовалась для герметизации резьбовых соединений бурильных труб ТБПК 127×9,19 “Л” и УБТ 178 мм, 165 мм. В процессе эксплуатации герметичность резьбовых соединений не нарушалась, коррозия и износ резьбовых соединений не наблюдались. Установлено, что смазка воспринимает большие давления, которые наблюдаются при бурении двигателем Д2-195 (Р_раб=80-90 атм). По результатам этих испытаний смазка была рекомендована для использования в процессе спускоподъемных операций и при спуске эксплуатационных колонн.

Таким образом, при заявленных составе и соотношении ингредиентов предложенная смазка для герметизации резьбовых соединений обладает таким сочетанием свойств, которое не присуще ни одному из входящих в нее ингредиентов или другим известным смазкам, что позволяет использовать ее по указанному назначению в различных климатических условиях, в том числе и в условиях Крайнего Севера.

Формула изобретения

Смазка для герметизации резьбовых соединений, содержащая пластичную кальциевую смазку на основе минерального масла, загущенного комплексным кальциевым мылом, графит, политетрафторэтилен и индустриальное масло, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиметакрилат при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Пластичная кальциевая смазка

на основе минерального масла,

загущенного комплексным

кальциевым мылом 15,5-25,5

Графит 55,0-65,0

Политетрафторэтилен 3,0-4,8

Полиметакрилат 0,5-2,0

Индустриальное масло Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1