Смазка для резьбовых соединений

О П И С А Н И Е (ц 1004458ИЗОБРЕТЕН Ия Союз Советски кСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУОяубликовано 15.03,83. Бюллетень М 10Дата опубликования описания 15,03,83 нф ленам нэебретеннй н етнрьяий(54) СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 1Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может бь 1 ть использовано в .качестве уплотняющей смазки для замковых резьб деталей бурильной колонны. В процессе работы скважины замковая резьба. должч на быть защищена от влияния коррозионной среды при помощи смазки, что на 30 повышает коррозионно-усталостную прочность соединения.оИзвестны смазки для резьбовых соединений на нефтяной основе с добавлением мыл жирных кислот и наполнителей 1 ,Однако указанные смазки при буре 15 нии скважин из резьбы вымываются, и во время подъема инструмента можно наблюдать частичное или полное отсутствие смазки в соединении. 20Наиболее близкой по составу. и достигаемому результату к предлагаемой является смазка длй резьбовых соединений Рна жировой основе 2в качестве связующего, с добавлением цинка и свинца 1.2 1.Известная смазка имеет слабую адгезионную способность к металлу резь. бы и низкие водоотталкивающие свойства, В результате смазка вымывается буровым раствором, не обеспечивает герметичность резьбового соединения и его эффективнуо защиту от влияния коррозионно-активной среды.Цель изобретения - разработка смазки, обеспечивающей повышение герметичности и прочности соединенийФ за счет улучшения адгезионных свойств смазки и придания ей высоких водоотталкиваощих свойств (,гидрофобности ).Поставленная цель достигается тем, что смазка для резьбовых соединеий, содержащая связующее и порошок цинка дополнительно содержит порошок графита и в качестве связующегоалкилрезорциновую эпоксифенольнуо .смолу при следующем содержании компонентов, мас.Ф:Порошок цинка 5-9Порошок графита 5-8Аэросил 10-12Алкилрезорциноваяэ поксифенол ьная 5смола АРЭФС) ОстальноеДля. приготовления смазки использована АРЗФС согласно ТУ 3830.937-75имеющая следующую физико-химическуюхарактеристику:,вязкость по ВЗпри20 С 20-40 сЯт ( ГОСТ 8420-74); плат.ность при 20 фС 1, 0-1,1 г/сУ(ГОСТ 3900-47)содержание эпоксидных групп не менеей ГОСТ 10587-76,); содержание сухогоостатка не менее ч 5 ГОСТ 7537-72 ); 1термостойкость до 80 С; гарантийный срок хранения 12 месяцевпри температуре от минус М 5 до +455 С.В составе смазки использован цинковыйпорошок ГОСТ 12601-6, аэроил 201,А"380, ГОСТ 14922-69), графит ГОСТ(основы) и наполнителей выбраныопытным путем, исходя из необходимости обеспечения требуемого коэффициента трения 0,07-0,09 ) и консистентности смазкипенетрация при25 С 220-280 ).Содержание аэросила установлено ЗОдля обеспечения требуемого коэффициента трения 0,07-0,09 ) в резьбе.Аэросил имеет высокую удельную поверхность, его присутствие в смазкеизменяет ее обьемно-механическиесвойства, существенно увеличиваютсясилы молекупярного взаимодействия.Цинк оказывает влияние на схватываемость трущихся поверхностей иобеспечивает анодную защиту стали откоррозии. При содержании цинковогопорошка выше заявленного максимумапроисходит загустевание смазки и возможно нарушение ее структуры. Нижняя граница концентрации цинка всмазке определена скоростью его растворения в контакте со сталью в коррозионной среде с рН 3-5.Добавление графита обеспечиваетпротивозадирные свойства смазки осо 1 50бенно в период приработки резьб.Предложенные количественные соотношения компонентов, входящих в сос"тав смазки, установлены в результателабораторных и промысловых испытаний,проведенных с целью определения коэфЯФициента трения, консистенции, адгеионных свойств смазки, влияния ееа коррозионно-усталостную прочность стальных образцов и износостойкость замковых резьбовых соединений бурильного инструмента.Известно, что адгезионные свойства смазок оказывают влияние на износ и коррозлю контактирующих поверхностей, С увеличением адгезии смазки к металлу повышается износостойкость трущихся пар и обеспечивается эффективная защита металла от воздействия коррозионно-активной среды.3 то свойство смазки имеет важное эксплуатационное значение, особенно для смазок реэьбовых соединений бурильного инструмента, критерием долговечности которых является коррозионно-усталостная прочность и износостойкость.В табл.1 приведены рецептуры смазок для испытания.Адгезионные свойства определяют по силе адгезии, возникающей между твердым телом и смазкой, и оценивают величиной усилия, обеспечивающего отрыв контактирующих пар или их сдвиг при отсутствии нормально приложенной прижимаемой нагрузки, Учитывая, цто условия работы смазок в резьбовом соединении характеризуют ся перемещениями сдвигами) его элементов ниппеля и муфты ), сравнительная оценка адгезионных свойств смазок проводится по величине сил молекулярного притяжения согласно закона Амонтона-Кулонат 10. =где - - коэффициент трения;Г.Р- сила трения;А - сила адгезии;Ы - нормальная нагрузка, приложенная к паре трения.Согласно закона Амонтона-Кулона величина силы адгезии при сдвиге определяется экстрополяцией зависимости Г рГ(Й) до пересечения с осью ординат. Для испытаний изготовлена пара трения цилиндрические диски ) из стали 40 ХН. Испытания проводятся при 5-7 различных удельных нагрузках, Опыты повторяются 8 раз.В табл.2 представлены результаты сравнительных испытаний.Предлагаемые образцы смазки обладают высокой адгезионной способностью к металлу замковой резьбы. Результаты испытаний серийной смазки Ри предлагаемой показывают, что адгезионная способность последней в 1,51004 Таблица 1 Наименование компонентов Состав смазки, Й, мас,Ф1 1 2 1 3 75,0 76,0 71,0 8,0 9,0 9,0 5раза выше. Предлагаемые составы являются гидрофобными, благодаря чему резьба полностью изолируется от коррозионного воздействия буровых растворов. Введение в смазку цин- з ковой пыли существенно повышает ее1 защитные свойства в коррозионно-активных средах, поскольку цинк обладает более отрицательным электродным потенциалом -0,763 В), чем сталь-б,440 В ), Более низкий коэффициент трения у предлагаемых образцов обусловливает предотвращение схватывания металла резьбы при многократном свинчивании и развинчи вании.При разработке смазки появились опасения, что ее основной компонент алкилрезорциноваязпоксифенольная смола, которая является высокоактив ным поверхностно-активным веществомПАВ ), может оказывать резупроцняю-. щее воздействие на металл. Для проверки указанного предположения проведены исследования коррозионно-уста лостной прочности стандартных образцов с несплошным покрытием их рабочей части исследуемойсмазкой.Экспериментальные исследования, проведенные на усталостной машине Зв ИНАпри испытаниях образцов 5 мм из стали 40 ХН в буровом растворе, показывают, что,предлагаемая смазка почти на 901 защищает металл от коррозионно-усталостного разрушения. Предел коррозионной усталости в результате защиты рабочей поверхности образца предлагаемой смазкой повышается с 9 до д 7 кгс/ммд,т.е, в 3 раза. Сравнительные опыты по оценке эффективности смазки Рпоказывают, что она в аналогичных условиях не защищает сталь от влияние среды, т.е, смывается с образца.Наблюдение в процессе лабораторных и промысловых экспериментов показывает, цто предлагаемая смазка обеспечивает эффективную защиту от корроОснова АРЭФС) 75Цинковый порошок 5 58 бзии и благодаря хорошим адгезионнымсвойствам и гидрофобности не смывает-.ся водным буровым раствором. Без пов-;торного нанесения смазки на резьбуможно проводить три спуско-подъемныеоперации в бурении.Исследование эффективности смазкипри многократном свинчивании-развинечивании замковых резьб проводитсяна установке АПР, приспособленнойдля процессов сборки-разборки соединений с имитацией веса бурильнойсвечи. Испытывают стандартные резьбовые соединения 3-4 д из стали 40 ХН.Сравнительные испытания ведут присвинцивании разьб на смазке Р16 ипредлагаемой.В качестве сравнительного критерия износа замкового резьбового соединения принято снижение осевого натяга резьбы, который для резьб 3"4 Дпри наличии смазки равен 150 кгс см.В табл.3 представлены результатыисследований.Исследования показывают табл.3),что износостойкость резьбы, смазанной Рпри 50 циклах свинчиванияразвинчивания в 3 раза ниже, чем вслучае применения опытной смазки.Все образцы предлагаемой смазкипоказывают одинаковые результаты.Повышение износостойкости резьбыпри свинчивании-развинциванииможно объяснить наличием прочнойструктурированной пленки между трущимися поверхностями, После развинчивания резьбы она равномерно распределена на ее поверхности и прочно сцепляется с металлом таким образом, чтосмыть ее водой невозможно.Таким образом, проведенные исследования показывают, что предлагаемаясмазка для резьбовых соединений ( ГС)благодаря своей гидрофобности и высокой силе адгезии обеспечивает герметичность резьбовых сое;р.ений нефтепромысловых труб и защиту их откоррозии,Состав смазки, й Р20 0,09 0,08 0,082 300 0,07 3 600 0,086 Таблица 3 Числоциклов,Смазка Р0 ю 7 0,9 30 1,0 50 0,1 предлагаемая 10 0,2 30 0,3 50 формула изобретенияСмазка для резьбовых соединений, содержащая связующее и порошок цинка, о т л и ч а ю щ а я с я . тем, что,Я с целью повышения герметичности и прочности соединений, смазка дополнительно содержит порошок графита,Графитный порошок 8 Смещение рисок понаружной поверхностизамка, мм аэросил и в качестве связующегоалкилрезорциновую эпоксифенольную смолу при следующем содержании компонентов, мас. Ф:Порошок цинка 5-9 Порошок графита 5-8 Аэросил 10-12Составитель Е. ПономареваРедактор Т.Парфенова Техред Е, Харитончик Корректор С,Шекмар Заказ 1798/34 . Тираж 501 .Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР поделам изобретений и открытий 113035) Москва, Ж, Раущская ыаб., д. М 5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Алкилреэорциноваяэпоксифенольнаясмола ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1004458 1 О1. Синицын В.В. Подбор и примене.ние пластичных смазок. И., "Химия",1974, с.406, 2. ТУ 38-301"47-72 ,прототип).