Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 150 11 4 С 1 О М 159/18//(С 117;02, 125 е 02, 135:04, 143:06) С М 159/18:04,И 30:06 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ вател Сморгонска ский,В.М.Л Якубовский .С,Губарев видетельство СССР 10 М 125/02, 1984 детельство СССР 10 М 169/06, 1982. Авторское897839, кл(54) УПЛОТНИТЕЛЬ БОВЫХ СОЕДИНЕНИИ СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬ(57) Изоб ным соста ение в ч ке дл оборносится к смазо тности к уплотн ельной см ий бурово соедине резьбо ования ж Из обретение относится к алам, в частности кщ смазкам для реэьбо бурового оборудованьзоваться ри свинчив маэочнымлотниматерительннений оеди я, инииуб и ж испо п вых со кении бурильных тсокогерметпчных некием,соеых нений труб с уплотЦель изоб тивогзносных тифрикцио, ".ыу тения - противо свойств ни овыш дирн мазк роных ии,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Г 21) 4247463/23-04(71) Всесоюзный научно-исследский институт буровой техникининградский опытный нефтемаслвод им. Шаумяна(56) Авторское сйР 1004458, кл. С быть использовано при свинчиваниизамковых соединений бурильных труби соединений высокогерметичных обсадных труб с уплотнением. Цель - повышение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств. Смазка имеет следующее содержание компонентов, мас.7.: литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции С, -С3,6-4,0, литиевое мазо монтановойкислоты 0,9-1,0, кальциевое мыло кислот растительного масла 2,5-3,0, полииэобутилен мол.м. 9000-15000 2,5-3,0,лссрненный полимер олефцнов ФракцииС -С 4,5-5,0, цинковый порошок45,0-47,0, графит 10-14,0, оловоорга- аническое комплексное соединение 3,05,0 (полуеепкое реекцкей еетыреххлорло Щгого олова с синтетическим жирнымспиртом фракции С-С и с трихлорпен- Стиловым эфиром И,И-диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисизопропилксантогенатом при массовом соотношении 1:(2-4):(0,1-0,2), минеральное масло остальное3 табл. составе смазки используют ол органическое комплексное с единение,полученное при взаимодействии четыреххлористого олова (компонент А) с синтетическим жирным спиртом (С%С) Фракции С -С (компонент Б) и с трихлорпентиловым эфиром И,Я-диэтилдитиокарбаминовой кислоты (компонент В) или сэтиленбисизопропилксантлгенатом (компонент Г) в их массовом соотношении1:2-4:0,1-0,2 соответственно. УказанО 30 388 150596ное соединение получают нагреваниемпри 50 С, В полученную смесь добавляют затем минеральное масло М опри 50-70 С,в вакууме при давлении525-75 мм рт.ст, в течение 3 ч отгоняют кристаллизационную воду и получают металлоплакирующую присадку свыходом 95,17Характеристика присадки: темпера Отура вспышки 101 С, вязкость кинематическая при 100 С 6,31 мм /с, темпео 2ратура застывания минус 14 С, кислотное число 142,9 мг КОН/г.Состав продукта по сырью, мас,7; 15Олово четыреххлористое пятиводное 16,3СЖС фракции С -С 35,9Трпхлорпентиловыйэфир И,И-диэтилдитиокарбаминовойкислоты 2,4Масло минеральноеИ45,4Состав комплексного соединения под.25тверждается результатами анализа выделенной колоночной хроматографиейузкой целевой фракции металлоплакирующей добавки:Кислотное число фракции,мгКОН/г 365,611 ассовая доля хлора мас.7 23,4Содержание серы,мас,7 0,40Расчетные данны для комплексаукаэанного состава следующие:Кислотное число,мг КОН/гМассовая доля хлора, мас,7 24,6Содержание серы,мас.7 0,45Улучшение противоизносных, противоэадирных и антифрнкционных свойств 45смазки при введении присадки связанос модификацией поверхности цинковогопорошка - образованием на поверхности частиц цинка пленки мягкого пластического металла (олова), защищенного лигандом комплексного соединения,и протеканием при свинчивании и работе резьбового соединения с предлагаемой смазкой процесса избирательного переноса. Образование пленки мягкого металла - олова, обладающего большой пластичностью, на частицах цинка в присутствии комплексногооловоорганического соединения может происходить за счет адсорбции молекул соединения на поверхностичастиц цинка и электрохимического восстановления олова цинком. Эффект усиливается тем, что вследствие гетерополярного характера комплексного соединения олова органический радикал, образующийся в результате отложения металла на поверхности цинка, пристает к поверхности и образует защитный слой.Основной эффект модифицирования поверхности цинкового наполнителя - повышение противоизносных свойств и улучшение противоэадирных свойств.Повышение антифрикционных и противоиэносных свойств смазки связано также с возможностью протекания в резьбовом соединении при свинчивании, работе и раэвинчивании процесса избирательного переноса за счет присутствия в смазке соединения металла переменной валентности. Этот процесс носит адсорбционно-химический характер, Отложение олова на соприкасающихся поверхностях резьбы стимулируется термическим разложением соединения в результате нагрева от трения в точке соприкосновения поверхностей, Эти отложения характеризуютсяпластичностью и высокими характеристиками скольжения.Особое действие металлоплакирующей добавки состоит в том, что находящиеся в ней лиганды садятся наповерхности пленки, причем, чембольше нагрузка и температура, тембольше таких соединений. Координационные соединения могут создавать плоскости скольжения, что значительноснижает трение. Металлическая пленкаблагодаря этому не наклепываетсяи способна к многократной деформации,Приготовление предлагаемой уплотнительной смазки проводят следующимобразом.Растительное масло, например касторовое, загружают в реактор, гдедиспергируется в половине минеральоного масла, при 60-70 С, добавляется 107.-ная водная суспензия гидроокиси кальция, В результате омыления получают кальциевые мыла кислотрастительного масла,После получения кальциевых мыл вреактор загружают монтан-воск, синтетические жирные кислоты (СЖК) фрак1505965 ции С, -С и 157-ный водный раствор . гидроокиси лития. Образование литиевых мьл монтановой кислоты и СЖК фракции С, -Сго происходит при 75-90 С, затем мыльно-масляная основа обезо воживается нагреванием до 115-120 С.После получения кальциевого и литиевого мыл они задаются, например, в следующем соотношенииф кальциевое мыло кислот касторового масла 30 г, литиевое мыло СЖК фракции С -С и7 го литиевое мыло монтановой кислоты соответственно по 36 и 9,5 г и затем разбавляются оставшимся количеством минерального масла и гомогенизируются. В полученную основу вводят 50 г осерненного полимера олефинав фракции С-С и 25 г полииэобутилена, затем температуру состава доводят доо70-80 С и в него вводят 40 г металлоплакирующей присадки. После тщательного перемешивания и равномерного распределения присадки в мыльной основе вводят цинковый порошок в количестве 460 г, При 80-90 С смазку тщательно перемешивают и в нее вводят 120 г графита. Готовую смазку отрабатывают до образования гладкой текстуры и сливают в тару, Технология приготовления предлагаемого состава при других соотношениях компонентов не меняется.В качестве минерального масла в составе смазки может быть использовано масло вязкостью 40-50 сСт прио50 С или смесь масел вязкостью 10-14 сСт при 50 С цилиндровое 52 (вапор), графит дисперсностью 4-6 мкм (например марки П), осернен ные полимеры олефинов (присадка ОТП) с содержанием серы не менее 207. Величина молекулярного веса полиизобутилена в указанных пределах не оказывает влияния на эксплуатационные свойства предлагаемой уплотнительной пластичной смазки.В табл.1 приведены составы известной и предлагаемой смаэок, в табл.2 результаты оценки антифрикционных и противоизносных свойств образцов смазок.Испытания проводят на машине трения СИТпо схеме ролик-колодка. Ролик изготовлен из стали 45 колод) 5 ка - иэ чугуна, Испытания проводят при постоянной нагрузке - удельном давлении на образец 30 МПа, скорости скольжения 3,96 м/с, постоянной подаче смазки и времени испытания 2, ч.Антифрикционные и противозадирные свойства смаэок оценивают по коэффициенту трения и температуре на поверхности трения, противоизносные свойства - по износу образца колодки (в мг)и изменению диаметра образца ролика(в мм).10 Как видно из табл,2, образцы предлагаемых смаэок обеспечивают снижение коэффициента трения в 4,3-5,0 разпо сравнению с прототипом, снижениетемпературы на поверхности трения нао15 105-108 С и существенное снижение износа. За счет металлоплакированиятрущихся поверхностей, наблюдаемоговизуально, происходит незначительноеувеличение веса образца колодки и 20 диаметра образца ролика.У составов смазок 1-10 определяюттакже температуру каплепадения, коллоидную стабильность, предел прочности, пенетрацию, а также испыта ния на Ч 121.Результаты испытаний приведены втабл.3.Как видно из данных табл.3, предлагаемые смазки, сохраняя предел 30 прочности на уровне известной,обеспечивают более чем в 3 раза повышение коллоидной стабильности и наг уэку сваривания более 800 .кгс, в товремя как у известной смазки этотпоказатель не превышает 631-708 кггПроводят испытания предлагаемыхсоставов смазок на натурных соединениях замков с профилем резьбы3-147, навинченных на бурильные трубы диаметром 140 мм. Испытания проводят в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.Смазку наносят на испытываемыезамковые соединения бурильных труб,входящих в компановку колонны, подвешиваемой на вертлюге.Испытания осуществляют следующимобразом.Бурильную трубу с испытуемой муф той свинчивают с утяжеленными бурильными трубами, опускают в скважину иустанавливают с помощью элеватора нароторном столе, Ниппельный конец замка подвешивают на вертлюге и затемосуществляют посадку смазанного испытуемой смазкой резьбового ниппеляв ответную муфту. При этом виткииспытуемой резьбы испытывают ударныенагрузки (динамические и статичес 505965кие), создаваемые бурильными трубамидлиной 25 м и весом 920 кг, Затемосуществляют силовое свинчиваниерезьбового соединения стандартнымавтоматическим ключом АКБ-ЗМ крутящим моментом 1600-1800 кгс м, Послеэтого испытуемое соединение нагружаютосевой растягивающей нагрузкой56 тс и осуществляют нагружение соединения внутренним давлением 120135 кгс/см . Суммарная осевая нагруз 2ка достигает 68 тс. После цикла промывки глинистым раствором нагрузкиснимают и испытуемое соединение раэвинчивают с одновременным приложениемк нему растягивающего усилия,что создает на витки резьбы повышенные контактные напряжения. Угловая скоростьпри свинчивании и развинчивании резьбового соединения составляет 3060 об/мин. Удельный вес глинистогораствора 1, 1- 1,5 г/смс содержаниемпеска до 27.С целью создания бокового биения 25при свинчивании - развинчивании вьпдку децентрируют по отношению к осискважины на 100- 150 мм.После развинчивания соединенияцикл повторяется снова. На каждом 30образце осуществляют не менее 500циклов испытаний,Испытания показывают, что,несмотря на специально созданные неблагоприятные условия работы замкового35реэьбового соединения, наличие децентровки вышки и попадание песка врезьбовое соединение при свинчивании,предлагаемые составы смазок позволяют осуществить на каждом образце более 500 циклов свинчиваний-развинчиваний, что превышает ресурс замка,В результате эксплуатационныхиспытаний установлено, что уплотнительная пластичная смазка обладает 45повьдденными противоиэносными свойствами - резьбовые соединения остаютсяработоспособными даже после выработки установленного ресурса и повьдден ными антиэадирными свойствами - впроцессе испытаний на витках реэьботсутствуют следы задиров и заусенцев. Формула изобретения 2,5-3,0 3,0-5,0 Уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая минеральное масло, литиевое мыло синтетических жирных кислот Фракции С,1 -Сд, литиевое мыло монтановой кислоты, каль циевое мыло кислот растительного масла, полииэобутилен мол.м. 9000-15000, осерненный полимер олефинов фракции С-С , цинковый порошок и графит,о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, что с целью повьпдения противоиэносных, противоэадирных и антифрикционных свойств, смазка дополнительно содержит оловоорганическое комплексное соединение, полученное при взаимодействии четыреххлористого олова с синтетическим жирным спиртом фракции С -С и с трихлорпентиловым эфиром Я,И- -диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисизопропилксантогенатом в их массовом соотношении 1:(2-4):(0,1- -0,2) соответственно при следующем содержании компонентов, мас, :Литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции С -Со 3,6-4,0Литиевое мыло монтановой кислоты 0,9-1,0Кальциевое мылокислот растительного масла 2,5-3,0Полиизобутиленмол.м.9000-15000Осерненный полимер олефиновФракции Сэ-С 4,5-5,0Цинковый порошок 45,0-47,0ГраФит 10,0-14,0ОловоорганическоекомплексноесоединениеМинеральное масло Остальное505965 1 О Т а 6 л и цБонпонены 3,6 4,0 3,6 38 Э,б 3,6 3 б Э,б 3,7 3,609 09 095 0,9 0,95 09 0,9 0,9 0,9 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 2,7 3,0 3,0,2,9 2,9 2,5 Э,О 2,5 2,5 2,5 2,5 2,7 2,8 25 2 5 4,5 4,7 5,0 5,0 4,6 5,0 5,0 4,8 50 5,0 Э,йе 45,0 10 0 28,0 50 " 47,0 14,0 18,3 4 046,012,022,95 2,5 46,0 12,0 24,9 4,0 46,0 12,0 22,9 5,5460 12,0 21,5 4,0 Ф 460 120 231 4,0 46,0 12,0 22,9 4 046,0 46012,0 14,0229 25,05 Соотноаеиие АБ;В 12,2:015ее%Соотноаеиие АБВ ш 12 ОО 1,Соотиоаение АгБ:Б д 140:0,2,Соотноаение А:Б:Г д 12,2 О, 12,Таблица 2 Коэффициенттрения Изменение Наличие Образецсмазки Износ образца колодки,МГ Температураповерхности,С диаметра пленки образца металла ролика,мм 0,006 0,004 0,0035 0,00350,010 63 52 55 55 98"дымит) Таблица 3 Свойства12 1 31 О ТемпературакаплеО падения, С 150 Коллоидная ста- биль 172 180 182 176 137 181 170 168 174-176 Литиевое евно:СЖК фракции Сп -СэеионтановоЯкислоты1 алъциевое апокислот:касторового масласалоиасаПолииэобутиленмол. масси9000-15000Осерненнвв полниеролефинов фракцииМеталлоплакируюнанприсадкаЦинковиЯ пороаокГрафитМинеральное масло Содеркание иас,2 в составе оЬраэцов снаэок Есть 1Незначительные очаги ме- таллопла1505965 12 Продолжение табл.3 Свойства Показатели для состава смазки 2,3 1,4 2,0 3,4 1,9 4,2 1,9 2,1 4,6 7,0 3,5 4, 1 4,0-4,5 800 800 98 105) 800800в113 98 78 108 96 94 115 О Составитель Е.ПономареваРедактор Н.Гунько Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Заказ 5391/26 Тираж 446 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5вПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,101 ностьЯПределпрочности при50,С,кгс/смПенетрацияпри 2 фС,Испытания наЧШМ:ОПИНагрузкасваривання РскгсИндексзадира 4,1 3,7 3,3 4,3 4,4 1,8 3,8 246 340 239 238 269 295 269 286 255 282-300 99,5 104 101 100 80 105 99 101 110 80,7-97,5 631 800 ) 800 )800, 800 631-708