Смазка для опор шарошечных долот

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1778162 А 9) Я 2 Т И Е ИЗОБ ОПИ ЗИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКО ШАРОШЕЧНЪ ния: смазка содер - 45000 20 - 40% вый синтетический енил)дитиофосфат фторэтилен 10-30% остальное. 4 табл. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Конструкторско-технологическое бюро технических средств бурения скважин (72) Р.А.Исмаков, Р.А.Мулюков, Г.В,Конесев, С.В,Ковтуненко, Ф.Д,Цикунков и Р.Ф.Чанышев(56) Синицын В.В. Пластичные смазки в СССР, М.; Химия, 1984.Авторское свидетельство СССР М 1177339, кл, С 10 М 161/00, 1985. Изобретение относится к смазкам с высокими противоизносными адгезионными и когезионными свойствами, предназначенными для негерметизированных узлов трения, работающих в гидроабРазивных средах, а более конкретно - к смазкам для опор шарошечных долот,Широко известны смазки УСсА, Униол, Лимол и ряд других пластичных смаэок на мыльных эагустителях с применением минеральных масел, наполнителей и различных присадок.Процесс изготовления этих смазок заключается в термодиспергировании мыльного эагустителя в жидкой среде, с последующим охлаждением. Некоторые из этих смазок при нагреве в процессе работы выше температурь 1 плавления необратимо распадаются и вымываются или выбрасываются иэ узла трения.Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является смазка для опор шарошечных долот, содержащая, мас.%.полиэтилен мол.м,10000.45000 3060(54) СМАЗКА ДЛЯ ОПОДОЛОТ(57) Сущность изобретежит полиэтилен мол. м, 1каучук этиленпропилено12-15%; 0,0-ди(октилфцинка 3-5%, политетраи минеральное масло -этиленпропиленовый синтетический каучук 2,10 а О,О-дидецил-Я-,о -метоксиэтилдитиофосфат 15 минеральное масла остальное, Смазку получают путем смешенйя компонентов при 90110 С в смесителях в оп- Я ределенной последовательности в течение 1,5,2;0 ч. Однако эта смазка имеет недостаточно высокие противоизносные адгеэионно-когезионные свойства (см,табл.2 и табл,3 настоя щего описания), необходимые для негерметизированных. опор шарошечных долотЦелью изобретения является повышение противоизносных и адгезионно-когезионных свойств смазок.Поставленная цель достигается тем, что смазка содержит минеральное масло, полиэтилен молекулярной массы 1000045000, .каучук этиленпропиленовый синтетический, в качестве проиэвсдного дитиофосфорной кислоты содержит 0,0,-ди(октифенил)дитиофосфат цинка и дополнительно содержит политетрафторэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%:полиэтилен молекулярной массы 1000045000 2040зтиленпропиленовыйсинтетический каучук 1215присадка ВНИИНП 354 3.5 5 политетрафторэтилен 1030минеральное масло остальное, Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод,.что заявляемый состав долотной смазки отличается от 10 известного введением новых компонентов противоизносной, антиокислительной и противокоррозионной присадки ВНИИНП и мелкодисперсного политетрафторэтилена. 15Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".Основное назначение многофункциональной присадки ВНИИНП 354 - антиокис лительная и противокоррозионная добавка к смазочным маслам. Политетрафторэтилен используется в лакокрасочной промышленности, При высоких энергетических загрузках узлов трения они способны про явить ряд иных, не характерных для них свойств, способствуя повышению износостойкости сталей в тяжелонагруженных узлах трения.Антиокислительная и противокоррози онная присадка ВНИИНПпри повышенных энергетических загрузках узлов трения проявляет высокие противоизносные свойства. Ввод присадки обуславливает изменение энергетического состояния 35 поверхностных слоев долотной стали. Изменение контактной разности потенциалов и микротвердости долотной стали после взаимодействия с присадкой:40Видно, что компоненты масла и присадка в совокупности выступают как доноры электронов по отношению к металлу. Наибольшей активностью ЭДР взаимодействи ям обладает масло с присадкой. При взаимодействиях с долотной сталью на поверхностях формируется защитная пленка из молекул присадки. В процессе работы узла трения и реализации энергии, достаточной для отрыва от углеводородных радикалов серы и фосфора, последние дифундируют вглубь металлов, образовывая ь поверхностных слоях стали сульфиды и фосфиды железа, т.е. химически модифицируют поверхности трения. Характер изменения микротвердости до и после взаимодействия образцов стали со.смазочными средами показывает, что присадка облегчает внедрение индентора за счет пластифицирования поверхностных слоев металла. Вместе с этим, высокие противоизносные свойства смазки обусловлены разрушением макро- молекул политетрафторэтилена и образованием устойчивых соединений металла с фтором, формированием на поверхностях полимеров трения.Высокие адгезионные и когезионные свойства обусловлены вводом мелкодисперсного защищающего компонента полит-; етрафторэтилена и вулканизирующего действия серы присадки ВНИИНП 354 по отношению к синтетическому каучуку при высоких давлениях и температурах в узле . трения.Таким образом, данный состав компо. нентов повышает противоизносные, адгезионные и когезионные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".Анализ известных составов смазок, предназначенных для негерметизированных узлов трения, работающих в гидроабразивных средах показал, что они по своим противоизносным, адгезионным и когвзионным свойствам уступают предлагаемой смазке,Для оценки свойств были приготовлены модели смазки с различным содержанием ингредиентов (табл,1).Низкомолекулярный полиэтилен (далее НМП), (ТУ 38 30151-77) является побочным продуктом производства высокомолекулярного полиэтилена. Пределы молекулярной массы НМП 1000045000. Это мазеподобное вещество белого с сероватым оттенком цвета. Температура каплепадения - 80 С, содержание золы не более 0,1 ф , содержание летучих (при 105 С) не более 0,5.Синтетический каучук этиленпропиленовый (далее СКЭП), (ТУ 38 10 3252-79) имеет молекулярную массу 85,250 тыс. Число .пропиленовых звеньев в цепи составляет 3340 , этиленовых - остальное. Доля металлов в СКЭП, мас. : ванадий -0,003, медь - 0,00005, железо - 0,0017.Доля антиоксиданта (кеоноэа "Д"), мас.;6: 0,3. Массовая доля золя - 0,07, 1778162Порошок политетрафторэтилена, используемый в лакокрасочной промышленности (далее НТФЭ) выпускают подтехническим названием "фторолон - 4 МП"(ТУ П-71) с дисперсностью частиц0,050,2 мкм. Порошок ПТФЭ имеет белыйцвет, маслянистый на ощупь, химическаяформула (-СРг-СРг-).Присадка ВНИИНП 354 представляетсобой О,О,-ди(октилфенил)дитиофосфатцинка. Обладает противокоррозионными,антиокислительными и противоизноснымисвойствами, химическая формула9 ц))Минеральное масло цилиндровое "52"(ГОСТ 6411-76) является остаточным масломиз продуктов прямой перегонки смеси эмбенских нефтей сернокислотной и селективной очистки, Рекомендуется для поршневыхпаровых машин, работающих с перегретымпаром при.350400 С и выше, Вязкость 51,сСт при 100 С. Температура вспышки (ГОСТ6355-75) не ниже 318 С.Смазку получают введением в НМП, нагретого до 100 С, предварительно растворенного в бензине БР(" калоша" ). синтетического каучука и перемешиваниемсмеси до полного испарения бензина (около1 часа). Затем последовательно вводят необходимое количество минерального маслас присадкой, порошка ПТФЭ и продолжаютперемешивание в смесителе при 110 С втечение 0,51,0 часа до получения однородной смеси,Сокращение сроков строительстваскважин и повышение эффективности работы породоразрушающего инструмента тесно связано с износостойкостью узловтрения опор шарошечных долот, Одним изосновных требований, предъявляемых ксмазке опор шарошечных долот - обеспечение высоких противоизносных свойств долотных сталей.Оценка противоизносных свойств смазок проводилась на стандартной машинетрения СМТпо методике, позволяющеймоделировать энергетическую. загрузку узлов трения реальных опор шарошечных долот,В табл.2 приведены скорости изнашивания долотной стали 14 ХНЗМА от интенсивности нагрузки при трении по схемедиск-ролик.Из табл.2 видно, что по сравнению спрототипом и базовой смазкой противоиэносные свойства заявляемой смазки вовсем диапазоне изменения интенсивностисущественно выше.10152025 Поскольку в шарашечных долотах вымывание обычных пластичных смазок из негерметизированных опор происходит уже при спуске долота в скважину, и в дальнейшем смазка в опоре остается в виде пленки на металлических поверхностях, а объем. опоры заполняется буровым раствором, то смазочные материалы для таких долот должны обладать, в перву о очередь, повышенными адгезионными и когезионнымисвойствами, обуславливающими лучшую удерживаемость смаэок в опоре при воздействии промывочной жидкости,Поскольку стандартных методов определения адгезионно-когеэионных свойствсмазок нет, нами использовались принятые в других областях техники статистические методы равномерного отрыва и сдвига.Методом равномерного отрыва измеряли силу Р, необходимую для разрыва контакта поверхностей металлических дисков, при наличии между ними тонкого шва смазки. Диск помещали в термостатируемый шкаф, а при необходимости и в емкость спромывочной жидкостью, Сила Гг фиксировалась чувствительным динамометром или спомощью злектротензопреобразователя сзаписью на ленту потенциометрэ.Р30По формуле Руа = - ,3где Г - сила, приложенная для разрываслоя смазки, Н;Я - площадь диска, м2находится удельная разрывная нагрузка Руд35 (МПа),Метод статического сдвига позволяетизмерить максимальную силу Р, необходимую для сдвига структуры смазки, при этомтонкий шов смазки находится между нешли 40 фованными поверхностями наковальни игруза, Спомощью электродвигателя с понижающим редуктором осуществляется нагружение. Максимальное усилие, при которомосуществляется сдвиг груза по наковальне,45 фиксируется тарированным индикаторомчасового типа,Коэффициент сопротивления сдвигу дляиспытываемой смазки находится по формуРс50 легде Е- максимальное усилие в момент страгивания груза, Н;Рг - сила тяжести груза, Н,Результаты определения адгеэионно 55 когеэионных свойств смазок приведены втабл.3.Из табл.3 следует, что по сравнению спрототипом, адгезионно-когезионные свойства заявляемой смазки во.всем диапазоне1778162 35 Табл,ица 1 Таблица 2 изменения концентраций компонентов существенно выше,Поскольку в условиях работы долот на удерживаемость и свойства смазки в опорах оказывают влияние и другие факторы, необходимо оценивать уровень адгезионно-когезионных свойств смазок и в динамике, в условиях, максимально приближенных к реальным.Из известных установок наиболее удовлетворяющим этому требованию является стенд "Опора" /Отчет УНИ "Повышение показателей работы долот и межремонтного периода забойных двигателей, 1985/, Уровень адгезионно-когезионных свойств смазок на нем оценивается по перепаду давления бурового раствора на негерметизированном натурном подшипнике опоры долота с помощью дифференциального манометра. Понятно, что чем больше перепад, тем большее количество смазки удерживается в опоре, т.е, выше адгезионно-когезионные свойства, и тем меньше количества промывочной жидкости попадает в опору.Кинетика изменения перепада давления в процессе работы подшипника со смазками и в промывке водой приведены в табл.4.Видно, что при работе долотного подшипника на смазках 1-4 перепад давления на (1820) 10 Па выше, чем при работе на прототипе, Это говорит о лучших адгезионно-когезионных свойствах первых смазок по сравнению со второй. Периодический осмотр подшипника показал, что смазка "прототип" позволяет промывочной жидкости проникать к поверхностям трения, что сни жает эффективность действия смазки,Более высокие адгезионно-когезионные свойства предлагаемой смазки позволяют увеличить долговечность подшипников опор шарашечных долот, что способствует 10 росту проходки на долото, сокращению сроков строительства скважин. Формула изобретения Смазка для опор шарашечных долот, со держащая минеральное масло, полиэтиленмол.м, 10000-45000, зтиленпропиленовый синтетический каучук и производное дити" офосфорной кислоты, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения противоиз носных и адгезионно-когезионныхсвойств, смазка в качестве производного дитиофосфорной кислоты содержит О,О- ди(октилфенил)дитиофосфат цинка и дополнительно содержит политетрафторэтилен 25 при следующем соотноешении компонентов, мас,;:полиэтилен мбл.м.10000-4500020-40;этиленпропиленовый30 синтетический каучук 12-15;О,О-ди(октилфе мил)дитиофосфат,цинке 3 -5политетрафторэтилен 10-30 минеральное масло остальное.1778162 10 Таблица 3 Показатели адгезионно-когезионных свойств смазок на различных загустителях лица 4 зменение перепада давления промывочной жидкости на однорядном элементе натурной опоры шарошечного долота Ш,5 Т при отработке в долотных смазкахРедактор рректор М. Пе изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 1 Заказ 4164 ВНИИПИ Г Составитель Р.Мулгоко ехред М.Моргентал Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5