Герметизирующая смазка для резьбовых соединений

 

Союз Советски к

Социалистических

Ресттублик

OllHCAHH Å

ИЗОБРЕТЕНИЯ >925996

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (бт ) Дополнительное к авт; свнд-ву (22) Заявлено 28.07.80 (2 I ) 2964638/23-04 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 07.05.82. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 07.05.82 (5! )М. Кл.

С 10 M 5/02

С 10 М 5/10

С 10 М 7/02.

С 10 M 7/14 (53) УДК, 621.892 (088.8) ... 9иудвретванвй квинтет

СССР ав делам нэебретеннй н открытнй

В. A. Гольдаде, А. С. Неверов, Л. С. Пинчук, К

В; В. Кирпа, Ф. С. Мамедов и С. H. Горе (72) Авторы изобретения

Институт механики метаплополимерных систем и Государственный научно-исследовательский и у институт нефтяной промышленности УкргипроНИИнефть (7() Заявители (54) ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ

СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к.соэданию смазок, отличающихся применением особых смазочных материалов в особых условиях, в частности герметиэируюших составов, применяемых при бурении скважи н.

Применение смазочных материалов для герметизации, а также для облегчения свинчивания и развинчивания резьбо-. вых соединений широко практикуется в нефтегазовой промышленности. Такие составы особенно необходимы при монтаже реэьбовых соединений, воспринимающих ударные или вибрационные нагрузки.

Известны реэьбовые смазки, которые готовятся на основе полимеризуюшихся или сшивающихся составов (1), а также нефтяных масел, загушенных мылами (23, высокомолекулярными соединениями (3) или другими веществами. Дпя усиления герметизируюших и антифрикционных свойств в смазки вводят графит, дисульфид молибдена и другие добавки (4 ) и (5).

Важнейшим компонентом герметизирую-.

2 ших резьбовых смазок служат порошки металлов (6). Они выполняют функции протекторных элементов, обусловливая противокорроэионные свойства смазок, Недостатком указанных составов является низкая герметизирующая способ-ность при повышенных температурах,приводящих к скачкообразному уменьшению вязкости масляной основы, сложность и тО в ряде случаев невозможность демонтажа соединений, собранных с применением полимериэующихся составов, отсутствие методов регулирования степени герметичности и противокоррозионной защиты сое1$ динений в процессе эксплуатации.

Наиболее близкой по составу к предлагаемой является герметизирующая смазка для резьбовых соединений, содержащая масляную основу - минеральное масло (6-8 масс.%), графит(2-4%), полимерный загуститель — фенопформальдегидную смолу (25-35%), неполярный органичес20-2 5

3 . 92599 кий растворитель уайт-спирит (25-35%) и битум нефтяной (остальное) (73.

Недостатком известной смазки явпяется невозможность регулирования вязкости масляной основы смазки при колебаниях температуры, а также регупирования степени герметичности и противокоррозионной зашиты соединений во время эксплуатации последних.

Бель изобретения эакпючается в соз- 10 дании смазки, обеспечивающей повышение герметизируюшей способности и противокоррозионных свойств. в период эксплуатации трубопроводов.

Поставпенная цепь достигается тем, 15 что герметизирующая смазка для реэьбовых соединений, содержащая масляную основу, неполярный органический растворитель и полимерный загуститень в качестве, поспеднего содержит полиэтилен в качестве масляной основы минерацьное или силиконовое маспо и смазка дополнительно содержит ферромагнитные частицы при следующем содержании компонентов, мас.%

Полиэтилен, (ПЭ)

Непопярный органический раствори тель 20-25

Ферромагнитные частицы 1 5-25

Минеральное или синиконовое маспо Остальное

Предпочтитепьно испопьзовать ферро- магнитные частицы (ферромагнетики) размером 50-100 А, Их объемная концент35 рация достигает 20k, что обеспечивает возникновение значительного магнитного момента единицы объема жидкости. Это обусловливает сильное взаимодействие

40 намагничивающихся коллоидов с внешними магнитными полями. Если небольшой объем намагничиваюшейся жидкости поместить в трубке между магнитными полюсами, свободная поверхность жидкости примет седпообраэную форму, совпадающую с поверхностью равной величины магнитного попя. Полностью блокируя трубку, перегородка из намагничивающейся жидкости препятствует перетеканию сред из одной полости трубки в другую. Величина удерживаемого перепада давления опредепяется силой, действующей на намагничивающуюся жидкость со стороны магнитного поля.

В качестве ферромагнитных частиц коплоидов магнитных металпов используют частицы железа, кобальта, никеля, а

6 4 также некоторые их соединения, обладающие свойствами ферромагнетиков - матнетита Fey, закиси-окиси железа FeO

xFe@Og, ферритов и др. Жидкостью — носителем магнитных частиц, служат неполярные органические растворители, совмещающиеся с масляной основой смазки, например керосин, толуоп, бензол, фторированные углеводороды и т.п.

При монтаже резьбовых соединений в рамках технологии горячего наворота, например замков бурильных труб, в зазоре резьб образуется коллоидный раствор ПЭ в масле, в котором распределен магнитный колпоид. При охлаждении смазки ни же температуры плавления ПЭ последний кристаллизуется в виде пористой матрицы и полостях которой содержится намагничиваюшаяся жидкость и избыток маспяной основы. Такая структура смазочного споя эффективно противодействует выдавливанию смазки из резьбовых зазоров под действием избыточного давпения герметизируемых сред при температурах ни-. же 385 К. При более высоких температурах, когда начинается ппавление ПЭ матрицы, наложение магнитного поня при-. водит к тому, что моменты магнитных частиц определенным образом ориентируются и слой смазки оказывается как бы армированным стержнями из ферромагнитных частиц. Это приводит к повышению надежности и степени герметичности резьбовых соединений, Магнитные частицы некоторых металлов, например кобапьта, имеют стандартный электрохимический потенциал бопее электроотрицатепьный; чем электродный потенциап стапьного трубопровода. Таким образом, они могут выполнять роль протекторных элементов, обеспечивая противокоррозионную защиту соединений. Специфика такой зашиты заключается в том, что под действием магнитного поля протекторные элементы можно перемешать в слое смазки, регулируя таким образом степень защищенности раэпичных частей соединения. Этот эффект можно усилить путем введения в основу маслорастворимых ингибиторов коррозии.

Метаппические частицы, кроме того, снижают трение при монтаже соединений трубопроводов, увепичивая несущую способность смазочного слоя и улучшая противоэадирные свойства смазки.

В .табл. 1 и 2 приведены характеристики прочностных и противокорроэионных

Таблиц.а 1

6., Мпа

10- гlм -ч

Содержание компонентов, мас. %

Состав

MC-20 ПЭ Топуол Со

6 е 15

4 12

7-10

7,5

7,5

30

10

15

25

422

23

20.

30

25

4-6

15. 30

20

+

Составы герметизируюших смазок на основе дизельного масла М-20Г, имеющего такую же вязкость (20сСт), как и MC-20, характеризуются значениями о, f, i g, которые отличаются от соответствующих показателей дпя МС-20 не более, чем на + 10%.

5 925996 .6 свойств смазок на основе ПЭ, минераль-. ное удлинение при разрыве (f. ). дпя из ных (МС-20 и М-20Г) и силиконовых вестной смазки определяют предел проч (ПЭС-4 и ПМФС-4) масел, содержащих ности на сдвиг (СС) по РОСТ 7143-73, колпоид карбонипьного кобальр (Со) с используя прибор СК, размером частиц менее 100 A в толу- g Исследования противокоррозионных опе или керосине. свойств sblIIQJIH5BoT B 0,1 H pBCTBope

В качестве известной смазки испопь- НСР с помощью измерителя скорости корэован следующий состав, мас.%: масло розин P-5035. Между рабочими, обрабоМС-20 7, графит ГС-4 3, фенопформапь- таиными по 7 кпассу поверхностями стапьдегидная смола 30, уайт-спирит 30, би- 30 ных. (ст. 2) электродов, располагают cnol тум нефтяной 30. смазки, нерабочие поверхности эпектроОбразцы формируют в виде пленок тол- дов защищают киспотостойким паком. Подшиной 200+10 мкм с помощью гндравпи- готовленный таким образом образец поческого пресса, оборудованного обогрева- гружают в раствор и измеряют его поляемыми ппитами. Подготовленные смеси 15 ризационное сопротивление. Дпя перевода прессуют между стальными образцами последнего в единицы скорости коррозии (коррозионные испытания) ипи между апю- используют формулу миниевыми фольгами при 425 К и давле К нии 1 МПа. й„в физико-механические характеристики 0 где Vs - скорость коррозии, г/M 1-ч; .образцов оценивают по ГОСТ 14236-69 К — весовой коэффициент, для жепес помошью разрывной машийы 2.М-10 за В 2 при постоянной деформации 2 мм/с. Оце-, - сопротивление поляризации, нивают также предел прочности при ис- Ом/см ", пытаниях на растяжение (6) и относитепь- gg S - площадь электродов, см .

Таблица 2

1 ° 10 г/м ° ч

Содержание компонентов, мас. %

6, МПа

Ы, %

ПЗС-4 ПЭ Керосин Со

7-9

1 2-15

10-12

7,5

7,5

10

15

5-7

15

25

5-10

6-8

20

6-7

5-10

20

12

5-8

30

10

20

М

Составы герметизируюших смазок на основе попиметипфенипсипоксановой жидкости ПМФС-4 характеризуются значениями Ь и f, идентичными с приведенными в табл. 2, и i, меньшими на 10-20% по сравнению с соответствующими составами для ПЗС-4.

10 Па (10 МПа) и характеризуется ! значением 1 1 г/м ч.

Намагниченность образцов измеряют в . постоянном магнитном поле при помощи универсальной баллистической установки

БУ-З, в комплект которой входят баллистический гапьванометр М 17/1 1, соленоид СД-3, пермеаметры и размагничиваюшее устройство РУ-3.

Результаты испытания представпены в табл. 3 (для составов 4,11).

Та 6 лица 3

Анализ данных табл. 1 и 2 показывает, что смазки, соответствующие составам 3-7 и 10-14, обладают наиболее высокими противокоррозионными свойствами. Зто объясняется . наличием оптимацьной структуры пор в ПЭ матрице, которая не препятствует перемещению частиц кобальта, выполняющих роль прс тектор35 ных зпементов. Для составов 1,,2 и 8, 9 это препятствие становится существенным, в то же время составы 6, 7 и 13, 14, обедненные ПЗ, имеют недостаточно å высокие прочностные свойства, прибпижа. ясь к жидкости. Таким образом, по комплексу объемно-механических и противокоррозионных свойств оптимальными явпяются составы 3-5, 10-12.

41

Известна герметизируюшая смазка имеет предел прочности на сдвиг порядка

Смазки оптимального состава являются намагничиваюшимися материапами. Магнитоуправпяемые смазки могут быть получены на основе железа, кобальта и ферритов различного состава.

Таблица 4

ВНИИПИ Заказ 2886/8 Тираж 524 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, -4

9 92599

Герметизирующие свойства известной и предлагаемой смазок оценивают на стенде ЛК-3 по схеме /ваг;копьцо со смазкой . Определяют степень герметичности вакуумных уплотнений по предель« но допустимой величине давления, при котором не наблюдалось натекания через уплотнение. Схема уплотнитепьного узла

Высокая герметиэиру-ющая способность ао предложенной смазки объясняется тем, что полимерная матрица обладает системой сообщающихся пор, и ферромагнитная жидкость перемешается в зазор под действием магнитного поля. При отсутствии магнитного поля в уплотнении, содер.жащем предложенную смазку, достигаемый вакуум на 2 порядка хуже.

Таким образом, предлагаемая смазка является магнитоуправляемой, т.е. в магнитром поле ее вязкость и другие физико-механические свойства изменяются таким образом, что сопротивление смазочной прослойки выдавливанию иэ реэьбового зазора увеличивается. Резьбовые соединения, смонтированные с применени- З5 ем предложенного состава, являются разборными, т.е. применение смазки не затрудняет демонтаж трубопроводов. Магнитные частицы, наполняющие основу смазки, одновременно служат протекторными элементами, выполняющими функции противокорроэионной защиты соединений .трубопроводов. Путем наложения переменного магнитного поля можно транспортировать протекторные элементы по реэьбо- 5 вому зазору в зоны соединения, наиболее опасные в коррозионном отношении.

Благодаря совмещению в смазке достоинств твердо-фазного герметизатора и жидкости, соединения, загерметизирован- 56 ные с помошью предложенной смазки, обпадают высокой степенью герметичности.

Формула изобретения

Герметизирующая смазка для резьбо- вых соединений, содержащая масляную 55 предусматривает наложение магнитного поля от постоянного кольцевого магнит

В табл. 4 приведены данные по герметизируюшей способности смаэок на основе

ПЭ. коллоидного железа и керосина в зависимости от содержания масла МС-20, Содержание остальных компонентов (кроме МС-20) соответствует составу 4. основу, непопярный органический растворитель и полимерный загуститель, о т личающаяся тем,что,сцелью повышения герметизирующей способности и противокоррозионных свойств смазки, она дополнительно содержит ферромагнитные частицы, в качестве полимерного эагустителя смазка содержит полиэтилен и в качестве масляной основы - минеральное или силиконовое масло при следующем содержании компонентов, мас.%:

Полиэтилен 20-25

Неполярный органический растворитель 20-25

Ферромагнитные частицы 15-25

Минеральное или силикокэвое масло Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Состав уплотнитепьный для резьбовых с единений. МРТУ 38-1-232-66.

2. Синицин В. В. Подбор и применение пластичных смазок. М., Химия, 1974 с. 404-405.

3. Авторское свидетельство СССР

N. 592164, кл. С 10 М 1/18, 1978, 4. Авторское свидетельство СССР

34 687111, кл. С 10 М 7/02, 1979.

5. Патент США N 4147640, кл. С 10 М 1/38, опублик. 1979, 6, Смазка для реэьбовых соединенкй P-402. ТУ-101385-73.

7. Авторское свидетельство CCCP

N 667586, кл. С 10 М 7/04, 1979 (прототип ) .