Способ герметизации резьбовых соединений труб


 


Владельцы патента RU 2498144:

Токарев Алексей Васильевич (RU)

Изобретение относится к производству труб и может быть использовано для герметизации резьбовых соединений труб. В способе герметизации резьбовых соединений труб, включающем заполнение межрезьбового пространства герметизирующим материалом, перед нанесением герметизирующего покрытия проводят подготовку поверхности резьбового соединения путем пассивации металла. Пассивацию металла проводят в два этапа. На первом этапе - путем погружения в фосфатирующий раствор определенного состава. На втором этапе на высушенную после первого этапа поверхность изделия наносят распылением полимерный пассивирующий раствор. В качестве герметизирующего материала используют композицию сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и графита с наполнителями. Изобретение повышает надежность герметизации резьбовых соединений. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к производству труб и может быть использовано для герметизации резьбовых соединений любых труб, в том числе используемых при строительстве нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, а также при формировании трубных колонн и трубопроводов.

Конструктивные и технологические зазоры в резьбовых соединениях обсадных труб под воздействием избыточного внутреннего или наружного давления приводят к нарушению герметичности соединений и проницаемости их для среды. Для снижения проницаемости применяют различные заполнители конструктивных и технологических зазоров. Заполнители одновременно выполняют функцию смазок, предупреждающих заедание трущихся поверхностей при свинчивании резьбовых соединений.

Наиболее распространены заполнители в виде различных смазок на жировой или полимеризующейся основе.

Смазки на жировой основе представляют собой смесь металлического и графитового порошков, равномерно распределенных в жировой основе, составляющей 30-40 вес.% (см. изобретения по патентам РФ №2136722 от 24.08.98 г., №2032712 от 27.03.90 г., №2032714 от 27.03.90 г. и заявку на изобретение №95109583 от 07.06.95 г.).

Однако исследования в лабораторных и реальных условиях показали, что использование смазок на жировой основе не гарантирует требуемой герметичности соединений. Объясняется это следующим. Смазки должны иметь низкую вязкость в момент свинчивания резьбовых соединений и высокую вязкость при нагружении соединения избыточным давлением. При недостаточной вязкости смазка вымывается рабочей средой при повышенных температурах и давлении, что приводит к разгерметизации соединения. Противоречивость подобных требований к свойствам смазки затрудняет разработку качественных герметизирующих смазок на жировой основе.

Смазки на полимеризующихся основах в большей степени удовлетворяют требованиям герметизации (см. заявку на изобретение №93041784 от 20.08.93 г.). Подобные герметики, как правило, состоят из эпоксидного компаунда, отвердителя и наполнителя. В качестве твердых компонентов используются графитовый порошок, свинцовый порошок, цинковая пыль и медная пудра. В качестве наполнителя известен металлон. В указанном выше герметике в качестве наполнителя использован мелкодисперсный фторопластовый материал (политетрафторэтилен).

Резьбовые соединения с такой смазкой практически не разъемны, что создает технологические сложности при развинчивании подобных соединений в процессе профилактики (необходим нагрев до 300°C). Введение в состав герметика политетрафторэтилена снижает трение при свинчивании резьбовых соединений. Однако это не позволяет сохранить целостность герметизирующего слоя, происходит его механическое разрушение.

К общим недостаткам смазок на полимеризующихся основах относится необходимость подготовки поверхности резьбы (очистку и обезжиривание), токсичность, невозможность автоматизации и пр., что затрудняет работу в полевых условиях.

Известен также способ герметизации резьбовых соединений путем металлизации - покрытия поверхности изделия металлами и сплавами для получения физико-химических и механических свойств, отличных от исходного (металлизируемого) материала. В качестве покрытия применяют алюминий, медь, свинец, цинк, хром, серебро, золото, бронзу, латунь и пр. (см., например, патенты на изобретение №2049150 от 05.03.94 г. и №2162928 от 25.12.98 г.). В современной практике широко применяется гальванический метод нанесения металла на резьбу обсадных труб.

Способ металлизации очень дорогой и не исключает применения уплотнительных смазок на жировой или полимеризующейся основе.

Следующий известный способ герметизации резьбовых соединений - применение фторопластовых уплотнительных материалов в виде ленты, которой обматывают резьбу труб перед навинчиванием на нее муфты (см. заявки на изобретения РФ №93010518 от 01.03.93 г. и №93041784 от 20.08.93 г.). В первом случае лента выполнена из конденсаторной пленки на основе политетрафторэтилена. Процедура уплотнения заключается в обинтовывании охватываемого элемента по резьбовой поверхности с обтяжкой витков по профилю резьбы.

Известен способ, приведенный в патенте на изобретение №2156911 от 21.12.98 г. Согласно этому способу герметизацию производят путем нанесения газодинамическим напылением на конечные граничные зоны резьбовых участков композиционного покрытия в виде порошков металлов или их смесей с керамическими материалами, ускоренных с помощью сверхзвукового потока газа. Перед напылением производят подготовку соответствующих поверхностей путем газодинамической бомбардировки порошком более высокой твердости, чем твердость обрабатываемой поверхности.

Данный способ не обеспечивает должной степени герметизации, т.к. порошки металлов или их смеси с керамическими материалами имеют высокий коэффициент трения и не обладают пластичностью и текучестью под давлением.

Наиболее близким решением к предлагаемому способу можно считать способ по патенту РФ на изобретение №2227240 от 4.10.2002 г., который включает заполнение межрезьбового пространства герметизирующим материалом. В качестве герметизирующего материала используют композицию графита и сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, которую наносят на резьбовую поверхность методом порошкового напыления в электростатическом поле.

Герметизирующий материал имеет следующий состав, мас.ч.:

Сополимер ТФЭ с ГФП 90-95

Графит 5-10

Толщина напыляемого слоя составляет от 20 до 150 мкм.

Однако, как показали испытания, резьбовые соединения с герметизирующим покрытием по патенту №2227240 выдерживают всего 2-3 свинчивания, что обусловлено недостаточно высокой адгезией покрытия к металлу муфты на резьбовых участках.

Задача предлагаемого решения - повышение качества герметизации резьбовых соединений.

Для решения поставленной задачи в способе герметизации резьбовых соединений труб, включающем заполнение межрезьбового пространства герметизирующим материалом в виде композиции графита и сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, которую наносят на резьбовую поверхность методом порошкового напыления в электростатическом поле, введена дополнительная операция и изменен состав герметизирующего слоя. Перед нанесением герметизирующего покрытия проводят подготовку поверхности резьбового соединения путем пассивации металла, а в качестве герметизирующего материала используют композицию сополимера тетрафторэтилена (ТФЭ) с гексафторпропиленом (ГФП) плюс графит с наполнителями в следующем составе, мас.ч.:

сополимер ТФЭ с ГФП 75-95
графит 2,5-15
наполнители 2,5-10

Пассивацию металла проводят в два этапа. На первом этапе путем погружения в фосфатирующий раствор следующего состава (г/л):

- монофосфат цинка 20,0-25,0;
- нитрат натрия 15,0-25,0;
- нитрит натрия 0,5-2,0.

На втором этапе на высушенную после первого этапа поверхность изделия наносят распылением полимерный пассивирующий раствор.

Использование предлагаемой композиции и последовательности обработки резьбовых соединений позволяет повысить адгезию герметизирующего покрытия и улучшить качество герметизации, что увеличивает количество свинчиваний без разрушения сплошности и герметичности соединений.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Поверхность деталей перед напылением обезжиривается в растворе кальцинированной соды или других растворах щелочного обезжиривания типа КМ-1, КМ-2.

После химического обезжиривания перед нанесением герметизирующего покрытия проводят подготовку поверхности резьбового соединения путем пассивации металла. Для этого муфту погружают в фосфатирующий раствор следующего состава (г/л):

- монофосфат цинка - 22,0;

- нитрат натрия - 19,0;

- нитрит натрия - 1,0.

Процесс проводят в ваннах при температуре 75-80°C в течение 10 мин. После фосфатирования изделия промывают холодной водой (15÷18°C); жесткость воды не должна превышать 4°. Затем изделия сушат и на сухую поверхность наносят распылением полимерный пассивирующий раствор, образующий за счет хемосорбционного взаимодействия прочную адгезионную связь между пассивным (конверсионным) слоем металла и последующим герметизирующим слоем материала. После нанесения полимерного пассивирующего раствора производят напыление герметизирующего материала, например, следующего состава:

Сополимер ТФЭ с ГФП 75%
Графит 15%
Наполнители 10%

Напыление проводят в электростатическом поле, нанесенное покрытие оплавляют при t=320-380°C до образования гладкой поверхности. При этом происходит сильное хемосорбционное и адгезионное взаимодействие между пассивной поверхностью металла, полимером из пассивирующего раствора и материалом герметизирующего слоя. В результате этого при оплавлении образуется монолитный слой покрытия - прочное соединение с металлом.

Полученное покрытие выдерживает до 10 и более свинчиваний (зависит от типа муфт, резьбы) без разрушения сплошности и герметичности соединения.

Сополимер тетрафторэтилена (ТФЭ) с графитовым порошком (ГфП) в чистом виде (100%) обладает высокой теплостойкостью и физико-механическими свойствами (прочность, относительное удлинение, однако при низких и повышенных температурах сополимер при монтаже прорезается и стягивается с острых кромок, оголяя металл, не обладает хладотекучестью (пластичностью), имеет повышенный коэффициент трения (Ктр) и вследствие этого не гарантирует надежное уплотнение.

Добавка мягкого пластичного наполнителя-графита в количестве 2,5-15% приводит к появлению пластичности сополимера, т.е. способности «течь» под действием напряжений, возникающих в резьбовых соединениях при монтаже, снижает Ктр, что способствует эффективному заполнению межрезьбового пространства и обеспечению герметичности соединения труб.

При увеличении содержания наполнителя более 15% наблюдается существенное снижение физико-механических свойств композиции (прочность, относительное удлинение), вследствие чего материал начинает крошиться и в процессе монтажа удаляться из межрезьбового пространства. При этом повторный монтаж соединения не обеспечивает достаточную герметичность соединения.

Использование метода порошкового напыления электростатическим способом позволяет обрабатывать резьбовые соединения в производственных условиях и поставлять трубы в поле уже подготовленными.

Предлагаемая композиция может быть получена следующим образом.

В просеянный на сито 025 (размер ячеек 250×250 мкм) порошок сополимера ТФЭ-ГФП вводят наполнитель (графит или др.) и тщательно перемешивают на смесителе типа Хеншель с числом оборотов 2000-3000 об/мин.

Сополимер ТФЭ-ГФП и наполнители (графит, нитрид бора ос-модификации, тальк) выпускаются в промышленном масштабе.

Приготовленную композицию загружают в бункер установки напыления в электростатическом поле типа УЭНП или любого другого типа, в которой обеспечивается зарядка порошка композиции и его транспортировка в электростатическом поле высокого напряжения (Uраб.=15-100 кВ, Iраб.=50-10 мКа). Заряженные частицы композиции осаждаются на заземленной детали (внутренней поверхности резьбового соединения) плотным слоем, после чего деталь помещается в электропечь, где при 300-350°C происходит оплавление порошковой композиции с образованием блестящего покрытия (черного или белого цвета, в зависимости от применяемого наполнителя), прочно соединенного с металлом, что обеспечивает надежность герметизации металла.

Таким образом, в полевых условиях не нужно производить никаких дополнительных операций по герметизации, так как они уже были сделаны в производственных условиях на автоматизированном оборудовании. Трубы можно собирать в полевых условиях, при любых температурных режимах.

При свинчивании резьбовых соединений труб герметизирующее покрытие сохраняется и может быть использовано многократно.

Предлагаемый способ существенно повышает качество герметизации и упрощает операции по его осуществлению.

Способ может быть использован для резьбовых соединений труб, а также соединений труб через муфты.

1. Способ герметизации резьбовых соединений труб, включающий заполнение межрезьбового пространства герметизирующим материалом на основе композиции графита и сополимера тетрафторэтилена (ТФЭ) с гексафторпропиленом (ГФП), отличающийся тем, что перед нанесением герметизирующего покрытия проводят подготовку поверхности резьбового соединения путем пассивации металла в два этапа, на первом этапе проводят погружение изделия в фосфатирующий раствор, на втором этапе на высушенную поверхность изделия распыляют полимерный пассивирующий раствор, а в качестве герметизирующего материала используют композицию сополимера тетрафторэтилена (ТФЭ) с гексафторпропиленом (ГФП) и графита с наполнителями следующего состава, мас.ч.:

сополимер ТФЭ с ГФП 75-95
графит 2,5-15
наполнители 2,5-10

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пассивацию металла на первом этапе проводят путем погружения изделия в фосфатирующий раствор следующего состава, г/л:

монофосфат цинка 20,0-25,0
нитрат натрия 15,0-25,0
нитрит натрия 0,5-2,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к резьбовым соединениям труб. .

Изобретение относится к резьбовым соединениям. .

Изобретение относится к резьбовым соединениям. .

Изобретение относится к резьбовым соединениям труб. .

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для соединения обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах.

Изобретение относится к соединениям труб. .

Группа изобретений относится к резьбовому соединению, которое включает первый и второй компоненты труб. Первый компонент включает охватываемый конец, предусматриваемый на его наружной периферической поверхности и содержащий резьбовую зону, уплотняющую поверхность, затем концевую поверхность, которая завершается опорной поверхностью, ориентированной радиально относительно оси вращения соединения. Второй компонент включает охватывающий конец, предусматриваемый на его внутренней периферической поверхности и содержащий резьбовую зону, уплотняющую поверхность, затем углубление, которое завершается на опорной поверхности, ориентированной радиально относительно оси вращения соединения. Резьбовая зона охватываемого конца ввинчивается в резьбовую зону охватывающего конца так, чтобы уплотняющие поверхности, как и опорные поверхности, находились в контактном взаимодействии, и пространство между концевой поверхностью и углублением определяло объем, который, по меньшей мере, частично заполнен наполнителем (М). Также описан способ изготовления указанного соединения. Технический результат заключается в повышении надежности соединения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам герметизации резьбовых соединений обсадных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности. Техническим результатом является обеспечение герметичности резьбового соединения обсадных труб при любых нагрузках и в течение всего срока эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что в нем используются локальные упругие и упругопластические деформации элементов резьбовых соединений. В качестве упругопластического герметизирующего элемента используется кольцевая металлическая прокладка (4), помещаемая между торцами соединяемых обсадных труб (1 и 2). Прокладка предварительно охлаждается в криостате, например в жидком азоте, после чего она быстро устанавливается на предназначенное ей место. Трубы (1 и 2) быстро свинчиваются, чтобы прокладка (4) не успела нагреться. При этом прокладка (4) окажется в стесненном положении в направлении продольной оси обсадной колонны. При прогреве прокладка расширится, заполнив зазор между поверхностями ее расположения, но останется в сжатом состоянии, подобно пружине, так как пространство между герметизирующимися поверхностями не позволит ей расшириться полностью. 4 ил.

Изобретение относится к способам герметизации резьбовых соединений обсадных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности. Способ герметизации обсадных труб с прокладкой с памятью включает использование упругих и упругопластических деформаций элементов резьбовых соединений. В качестве упругопластического герметизирующего элемента используется кольцевая прокладка из сплава с памятью, например нитинола. Прокладка помещается между торцами соединяемых обсадных труб. Предварительно прокладка охлаждается в криостате до низкой температуры, например жидкого азота, и деформируется в нем, меняя свою форму и уменьшая размеры по высоте. После этого она быстро устанавливается на предназначенное ей место внутри муфты между торцами соединяемых труб. Изобретение обеспечивает достаточную герметичность резьбовых соединений обсадных труб при любых нагрузках и в течение всего срока эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение предлагает трубное резьбовое соединение повышенной герметичности, прочности на сжатие и сопротивляемости фрикционной коррозии. В частности, внешняя периферическая поверхность (30) носка ниппеля образует выгнутую наружу кривую в осевом поперечном сечении ниппеля; данная выпуклая кривая представляет собой кривую N комбинированного радиуса R, состоящую из нескольких выгнутых наружу дуг различных радиусов кривизны (Rs), соединенных последовательно с образующей линией цилиндрической части рядом с элементом (5) с наружной резьбой, и изогнутую таким образом, что указанные радиусы кривизны (Rs) дуг увеличиваются по мере удаления от элемента (5) с наружной резьбой, и касательные к точкам соединения дуг совпадают с касательными к соответствующим соединяющимся дугам; и внутренняя периферическая поверхность муфтового элемента (1), обращенная к носку (30) ниппеля, представляет собой скошенную поверхность (20), которая взаимодействует с внешней периферической поверхностью (30) носка ниппеля при присоединении к ниппельному элементу (3). 10 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 ил.

Герметичное резьбовое соединение для обсадных труб из непластифицированного поливинилхлорида содержит охватываемый и охватывающий элементы с трапецеидальным профилем резьбы, причем охватывающий конец трубы содержит удлиненный раструб с внутренним диаметром на величину двойной высоты профиля резьбы меньше, чем наружный диаметр охватываемого элемента. Резьба на охватываемом и охватывающем элементе имеет конусные участки, кроме того, перед первым витком резьбы труба имеет заходный поясок, выполненный в виде конуса. Дополнительная герметичность резьбового соединения обеспечивается за счет резинового уплотнительного кольца, устанавливаемого за наружной резьбой охватываемого элемента и прилегающего к ровной цилиндрической части заходного пояска внутренней резьбы охватывающего элемента. Технический результат заключается в повышении прочности и устойчивости резьбового соединения к осевым и радиальным нагрузкам, а также обеспечении герметичности резьбового соединения. 4 ил.

Изобретение относится к резьбовым соединениям для труб. Наружная периферийная поверхность передней части ниппеля имеет выпуклую криволинейную форму. Уплотнительная поверхность муфты имеет конусную форму. Площадь сечения ниппеля в точке уплотнения, которая является участком на наружной периферийной поверхности передней части ниппеля, который первым приходит в контакт с уплотняющей поверхностью муфты во время сборки резьбового соединения, составляет 35% или более площади сечения исходного участка трубы, соответствующего необработанному участку. Резьбовое соединение обеспечивает герметичность соединения. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к резьбовым соединениям. В резьбовом соединении, когда ниппель и муфта соединяются друг с другом с помощью резьбового соединения, наружная периферийная поверхность передней части ниппеля и внутренняя периферийная поверхность передней части муфты приходят друг с другом в контакт металл с металлом на участке контакта, и этот участок контакта служит в качестве участка уплотнения. Участок с резьбой (на котором участок с наружной резьбой и участок с внутренней резьбой соединяются друг с другом с помощью резьбового соединения) имеет отрицательный угол α опорной стороны, упорные участки имеют отрицательный угол β для прикладывания крутящего момента, и отношение L/d0 длины L передней части и наружного диаметра d0 трубы составляет 0,08 или превышает это значение. Резьбовое соединение для стальных труб имеет высокую способность к герметизации даже под изгибающей нагрузкой. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к производству труб и может быть использовано для герметизации резьбовых соединений труб, в том числе используемых при строительстве нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, а также при формировании трубных колонн и трубопроводов. В способе герметизации резьбовых соединений труб, включающем подготовку поверхности резьбового соединения для создания пористого адгезионного коррозионностойкого слоя на металле и заполнение резьбового пространства герметизирующим материалом, перед нанесением герметизирующего материала на резьбовую поверхность изделия поверх пористого коррозионностойкого слоя наносят полимерное покрытие с добавлением гамма-аминосилана в количестве 1-15% к массовой доле сухого остатка полимера. Данное покрытие выполняет роль связующего слоя между металлической поверхностью изделия и герметизирующим материалом. В качестве герметизирующего материала используют композицию сополимера тетрафторэтилена (ТФЭ) с гексафторпропиленом (ГФП) и графита с наполнителями в следующем составе, мас.ч.: сополимер ТФЭ с ГФП 80-99 графит 1-20 наполнители 0-15 Изобретение повышает надежность резьбовых соединений.

Изобретение относится к резьбовым соединениям для труб. В резьбовом соединении для труб покрытие, имеющее твердость по Виккерсу больше 310 единиц или равную этому значению, образовано на участке резьбы муфты и внутренней поверхности муфты, соответствующей участку уплотнения. Отношение натяга для уплотнения к диаметру (δ/D) участка уплотнения в окружном направлении трубы превышает значение 0,002 или равно этому значению, причем (D) является наружным диаметром ниппеля в точке уплотнения, расположенной на наружной периферийной поверхности передней части ниппеля, где наружная периферийная поверхность контактирует с внутренней периферийной поверхностью передней части муфты, и (δ) является натягом, который определяется как величина, на которую уменьшается наружный диаметр в точке уплотнения посредством обжатия муфты, когда ниппель и муфта образуют резьбовое соединение друг с другом. Изобретение улучшает технологию предотвращения заедания между ниппелем и муфтой при соединении. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх