Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

К АВТОР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ гг 1,(,МАЗКА ДЛЯ е Украинского геологоразвеБеляева,оргунов,ение пл 239 - 24 смазки хж ыв дкости 132-24 нии 1;2) 246 и полисилоксановой жили ПЭС(в соотношСтеарат литияСтеарат алюминия 2 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Синицын В.В. Подбор и приместичных смаэок, М,: Химия, 1974, сСиницын В,В. ПластичныеСССР. М,: Химия, 1984. с, 164 - 168 Изобретение относится к уплотнительным пластичным смазкам для герметизации резьбовых соединений металлоизделий, в частности может быть использовано для герметизации резьбовых соединений обсадных, бурильных и насосно-компрессорных труб нефтяных и газовых скважин.Известны уплотнительные смазки для герметизации резьбовых соединений на масляной или масляно-силиконовой основе с мелкодисперсными наполнителями.Недостатки этих смазок - резкое снижение их герметизирующей способности при температурах выше 80 С и очень низкие защитные свойства металла от коррозии в агрессивных водных и углеводородных средах нефтяных и газовых скважин,За прототип принята уплотнительная смазка для резьбовых соединений Р, выпускаемая по ТУ 38-101708-78 (2), состоящая из дисперсионной среды, загустителя и присадок при следующем соотношении компонентов, мас,%:Смесь масла индустриального ИА(54) УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СРЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ(57) Сущность изобретения: смазка содержит продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5 - 25 мг КОН/г 17 - 30, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, 55 - 66, ингибитор коррозии металла 3 - 5; и графит остальное. 3 табл. Графит П 1Порошок свинца ПСА 9Порошок цинка ПЦВ 14Медная пудра м Однако эта смазка обеспечивает недо- Ое статочно высокую герметизацию резьбовых С) соединений при температуре выше 100 С и 0, практически не защищает соединения от коррозионного разрушения в горячих агрессивных водных и углеводородных средах нефтяных и газовых скважинах, особенно е кислотах.аваевЦель изобретения - повышение герметиэирующей способности и противокоррозионных свойств смазки при температурах до 150 С. Цель достигается тем, что уплотнительная смазка для реэьбовых соединений, содержащая графит, дополнительно содержит продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных кис 178606217 - 30 лот до кислотного числа 5-25 мг КОН/г, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, и ингибитор коррозии 5 металла при следующем сОотношении компонентов, мас,%;Продукт омыления кубовогоостатка производствасинтетических жирных 10 кислот до кислотногочисла 5 - 25 мг КОН/гОтходы отработанногомеднохромбариевогокатализатора, полученные 15 при производствепервичных жирных спиртовгидрированиемжирных кислот 55-66 Ингибитор коррозии металла 3 - 5 20 Графит Остальное Для приготовления смазкй используюткубовый остаток производства СЖК по ТУ 38-1071231-89, получаемый на Шебекин ском и Волгодонском химзаводах, на Уфимском, Надворнянском, Волгоградском нефтеперегонных заводах и Бердянском ОНМЗ.Кубовый остаток является отходом производства при ректификации или дистилля ции сырых жирных кислот и представляет собой смесь высших жирных кислот фракции С 2 и выше в основном насыщенных и ненасыщенных монокарбоновых кислот, неомыляемых веществ и смолистых продуктов 35"конденсации и полимеризации следующегосостава, мас,%: парафины (Сто - Сзо) 10 - 20; жирные кислоты (С 18 - Сзо) 80 - 90, в том числе; жирные монокарбоновые кислоты (С 1 а - Сэо) 20 - 35; полифункциональные кислоты - 40 20-30; полимерные кислоты остальное.Кислотное число продукта составляет50-100 мг КОН/г, При производстве смазки; он омыляется.В качестве наполнителя в предлагаемой 45смазке используют отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, образующиеся на Шебекинском и Волгодонском химзаводах при производстве первичных жирных спиртов методом гидрирования 50 жирных кислот фракции С 1 о-Св с использованием порошкообразного меднохромбариевого катализатора по ТУ 38-102142-85,Отходы отработанного меднохромбариевого катализатора получают в процессе 55 гидрирования синтетических жирных кислот (СЖК) до первичных жирных спиртов (ПЖС) на стадии окончания гидрирования СЖК до ПЖС и последующего отделения ПЖС от отработанного меднохромбариевого катализатора методом центрифугирования, В итоге получают отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, которые используют в качестве наполнителя в смазке,Отходы отработанного катализатора представляют собой пасту черного цвета, состоящую из смеси первичных жирных спиртов фракции С 1 о-С 1 в в количестве 30- 50 мас,% и металлического порошка отработанного меднохромбариевого катализатора в количестве 50 - 70 мас,%, Металлический порошок состоит из соединений хромитов, хроматов меди и окислов хрома, бария, меди в соотношении (в расчете на окислы металлов), мас.%: СоО 46 - 48, СТО 43 - 47, ВаО 6,0-9,5.В настоящее время отходы отработанного катализатора не находят применения в производстве и утилизируются,Для получения смазки используют графит марки ГЛили ГЛпо ГОСТ 5279-74. а в качестве ингибитора коррозии металла - и/или НИИФОХпо ТУ 113-03-20-98-89, и/или ХОСПпо ТУ 6-02-1089-77, и/или ИНКОРпо ТУ 6-01-1302-85 и др,Ингибитор ИНКОР(ТУ 6-01-1302-85) - продукт взаимодействия технических хлорметилированных фенолов с пиридиновыми основаниями, приготовленный в виде 50 - 70%-ного водного раствора, ИНКОР является поверхностно-активным веществом катионного типа, это прозрачная легко подвижная жидкость от коричневого до красно-коричневого цвета со слабым специфическим запахом, хорошо растворим в органических и минеральных кислотах без помутнения и образования осадка, плотность 1,180 - 1,220 г/см, т,кип. 112 С.Ингибитор ХОСП(ТУ 6-02-1089-77) - комбинированный ингибитор, состоящий из смеси солей замещенного четвертичного аммония, пенообраэователя и синергиста. Вязкая жидкость темно-вишневого или желто-зеленого цвета со слабым запахом аминов, нерастворимая в щелочах и хорошо растворимая в минеральных и органических кислотах, плотность 1,050 - 1,150 г/см, т.кип. 115 С,Ингибитор НИИФОХ(ТУ 113-03-20- 98-89) - смесь, содержащая кубовые остатки моноэтаноламиновой очистки капролактама и поверхностно-активное вещество неионогенного, типа, Легко подвижная маслянистая жидкость темно-коричневого цвета, частично растворимая в воде и кислотах, плотность 0,98 - 1,04 г/см, т,кип, 122 С,Ингибитор БИКОР, опытная партия, представляющий собой смесь гетероциклических соединений (пеназолин, имидозо 1786062лин, оксазолин), синергиста и пенообразователя. Это вязкая жидкость от светло- до темно-коричневого цвета, хорошо растворимая в минеральных и органических кислотах с обильным образованием пены, плотность 1,18 - 1,20 г/см, т.кип, 116 С.Смазку готовят по такой технологии. В обогреваемый реакционный сосуд с мешалкой заливают расчетное количество 30- 40%-ного водного раствора гидроокиси щелочного металла (калия и/или натрия, и/или лития - предпочтительнее лития и/или калия). Нагревают раствор до 80 - 95 С и затем при перемешивании в него вводят расчетное количество кубового остатка производства СЖК (с известным кислотным числом). Смесь при 80-95 С тщательно перемешивают в течение 60-70 мин до получения продукта с остаточным кислотным числом 5 - 25 мг КОН/г. Затем при работающей мешалке загружают в реакционный сосуд расчетное количество отходов отработанного меднохромбариевого катализатора, Продолжают перемешивание до получения гомогенного состояния общей смеси и после этого вводят (при работающей мешалке) расчетное количество ингибитора коррозии металла и графит и дальше гомогениэируют при 110-120 С с целью обезвоживания продукта.Приготовленную смазку отрабатывают до образования гладкой текстуры и сливают в тару.По указанной технологии было приготовлено 12 рецептур смазки с различным содержанием ингредиентов (табл.1),Технические, показатели качества предлагаемой смазки сравнивали с показателями прототипа - товарной смазки резьбовой Рпо ТУ 38-101708-78 в соответствии с требованиями ГОСТ 423-83 (Смазки пластичные. Номенклатура показателей).. Как видно из экспериментальных данных, приведенных в табл,2, предлагаемая смазка в определенной пропорции ингредиентов по техническим показателям качества соответствует прототипу или превосходит его. Увеличение или уменьшение концентрации основных компонентов приводит к ухудшению параметров смазки.Так, уменьшение массового содержания остатка кубового производства СЖК до 14 мас, или увеличение выше 30 мас.% приводит к образованию плотной текстуры смазки, и ее затруднительно наносить на поверхность (табл,1 и 2, рецептуры 1 и 12),К такому же результату приводит и омыление кубового СЖК с остаточным кислотным числом менее 5 мг КОН/г (табл,1 и 2, рецептура 5), а омыление с остаточным кис 50 тогда как предлагаемая смазка имеет степень защиты 86 - 93 , Содержание ингибитора в предлагаемой смазке должно быть в пределах 3-5 мас.%. В случае содержания ингибитора в смазке менее 3 мас.% степень защиты, при 1200 С снижается до 72%, а приувеличении содержания ингибитора более 5 мас.% незначительно повышается защитный эффект (табл,3, рецептуры 2, 8 и 10, 7). Оценку уплотняющих (герметиэирующих) лотным числом выше 30 мг КОН/г снижаеттемпературу каплепадения и повышает показатель пенетрации (табл,1 и 2, рецептура 4),Содержание в предлагаемой смазке от 5 ходов отработанного меднохромбариевогокатализатора не должно превышать 66мас.% и быть не менее 55 мас.%, так как и втом и в другом случае образуется плотнаятекстура смазки (табл,1 и 2, рецептуры 1 и10 12),Колебание содержания в отходах отработанного меднохромбариевого катализатора первичных жирных спиртов неоказывает существенного влияния на свой 15 ства смазки (табл,1 и 2, рецептуры 6 и 7).Предлагаемые рецептуры смазок имеютвысокую температуру каплепадения и сползания соответственно (128-176)С и (143 -184) С, тогда как у прототипа20 соответственно 130 С и 132 С (табл,2), Также смазка имеет более высокие показателипредела прочности на сдвиг, т,е. (266-317)Па против 200 Па и прототипа. Эти параметры свидетельствуют о более высокой адге 25 зионной и уплотняющей способности .предлагаемой смазки по сравнению с прототипом. Эксплуатационные свойства смаэок оценивали по таким основнымпоказателям:30 степень защиты металла от коррозии,покрытого слоем смазки толщиной 0,3 мм, в15%-ной соляной кислоте при 80 и 120 С;степень защиты оценивали гравиметрическим методом по ГОСТ 9,502-82;35 способность смазки уплотнять (герметизировать) реэьбовые соединения при высоких температурах;способность смазки предотвращать заедание (сваривание) резьбовых соединений40 в условиях высоких температур и предельных моментов свинчивания.Проверка степени защиты от коррозииметалла, покрытого смазкой, в 15 -ной соляной кислоте при 80 и 120 С показывает,45 что предлагаемая смазка при оптимальномсодержании ингибитора имеет степень защиты при 80 С выше 99%, тогда как прото-,тип 57%, а при температуре 120 С,прототип не защищает металл от коррозии, 1786062свойств смазок проводили по двум методам,По первому методу для получения сопоставимых результатов использовали разборное устройство с выходной щелью зазором 40 мкм, шириной 10 мм и длиной 50 мм, Перед каждым опытом устройство разбирали, вскрывали щель, промывали ее бензином А, высушивали, а затем заполняли щель исследуемой смазкой, собирали .устройство. При этом излишки смазки выжимались (устройство выполнено по типу пресс-формы). После сборки устройства его подсоединяли к гидростенду ГПЛи помещали в термокамеру. Создавали планируемую температуру и при такой температуре выдерживали в течение 40 мин. Затем создавали на устройство давление водой и визуально наблюдали начало выжимания смазки иэ открытого торца щели. Начало подвижки смазки считали предельным давлением выжимания смазки, что характеризует показатель уплотняющей способности смазки. (степень повышения герметизирующей способности), так как зазоры в резьбовьх соединениях нефтепромысловых труб значительно меньше, чем в использованном авторами устройстве, Более того на данном устройстве разброс опытных данных не превышает 1,5-2,0 Д, тогда как при испытании на натурных трубах нередко получают и аномальные выбросы из-эа дефектов резьбы. Результаты выполненных экспериментов приведены в табл,З, п,2, которые свидетельствуют о том, что уплотняющая способность предлагаемой смазки (давление выжимания смазки) сохраняется вь 1 сокой в широком температурном диапазоне - от 25 до 160 С и превосходит известную смазку в 1,41-3,45 раза при 25 С и в 2,25-10,9 раз - при 160 С.По второму методу уплотняющую способность смазок определяли по степени герметизации реэьбовых соединений натурных обсадных труб диаметром 193,7 мм с толщиной стенки 8,3 мм группы прочности "Д" по ГОСТ 632-80. Испытания проводили с использованием модернизированного приспособления ПИГЕРи станции высокого давления НСВД(Еременко Т,Е., Мочернюк Д,Ю., Тищенко А,В, Герметизация резьбовых соединений обсадных колонн нефтяных и газовых скважин. Киев; Технка, 1967, с. 25-27). Устройство ПИГЕР позволяет испытывать герметичность только непосредственно муфтового соединения, не подвергая давлению всей полости трубы, и четко фиксировать малейшие пропуски резьбового соединения с помощью водяного манометра с капилляром 2,5 мм.30 35 сти "Д" по ГОСТ 633-80, Подготовленные соединения труб (муфта-трубная заготовка) промывали бензином А, равномерно на резьбы наносили шпателем исследуемую смазку и свинчивали соединения с постоянным моментом 0,9 кН м. Затем собранное соединение помещали в песочную ванну термопечи и выдерживали при заданной температуре в течение 12 ч, По истечении времени опыта соединение охлаждали на 40 воздухе до комнатной температуры и развинчивали,.фиксируя при этом момент раскрепления. резьбы. Степень эаедания (С) (сваривания) резьбового соединения рассчитывали по формуле 45 где Мс и Мр - соответственно момент свинчивания и развинчивания резьбового соединения, кН.м,Результаты выполненных исследований приведены в табл,З, п,4. Экспериментальные данные показывают, что предлагаемая смазка в рекомендуемом диапазоне содержания ингредиентов имеет лучшие свойства по показателю заседания (сваривания) резьбового соединения и обеспечивает надежные эксплуатационные свойства до 50 55 Резьбовые соединения предварительнопромывали бензином Аи высушивали сцелью удаления заводской смазки,Испытываемую смазку наносили на5 резьбы шпателем ровным слоем, навинчивали муфту на трубу с постоянным моментом 8,5 кН м, затем собирали устройствоПИГЕРи создавали водой давление в по. лости муфтового резьбового соединения с10 помощью станции НСВД, Начиная сдавления 20 МПа, давление поднималиплавно, ступенчато по 3 МПа с выдержкойна каждой ступени 15 мин для фиксирования состояния герметичности резьбового15 соединения по водяному манометру. Результаты испытаний приведены в табл,З,п,З. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что предлагаемая смазка в1,24-1,73 раза превосходит прототип по уп 20 лотнительной (герметизирующей) способности.Степень эаедания (сваривания) резьбового соединения с различными смазкамиоценивали по соотношению усилия свинчи 25 вания и развинчивания соединения, выдержанного в течение 12 ч при 120 и 200 С. Для .экспериментов использовали заготовки изнатурных насосно-компрессорных труб диаметром 60,3 х 5 мм; гладкие, группы прочно1786062 10 Таблица 1 Компонентный состав смазки Со е жение ф,мас. в е еп е Ингредиент г 9 1 О гг 1 Т го 25 ЗО 20 20 го зо ббаб ББ/23 66/26 БОЛО тг/зо БЮО бб/20 бугб боло БУ 20 66/26 66/33 з 4 1 О 1 О 12 го зо 10 10 15 25 5 20 10В рецептурах содержание отходов отработанного медно-хромбариевого катализатора приводится в числителе. а в знаменателе дается содержание в нем первичных жирных спиртов фракции С 1 о-с 1 в,200 С. Заедания (сваривания) резьбовогосоединения практически не происходит,тогда как у прототипа момент развинчиваниЯ УвеличиваетсЯ на 5 - бот по отношениюк моменту свинчивания с повышением температуры выше 120 С.Использование в народном хозяйствепредлагаемой смазки существенно увеличит долговечность и надежность работырезьбовых соединений насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб, упростит зксплуатацию труб и повысит основныетехнико-зкономические показатели бурения и зксплуатации нефтяных и газовыхскважин,Формула изобретенияУплотнительная смазка для резьбовыхсоединений, содержащая графит, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышениягерметизирующей способности и противокоррозионных свойств при температурах до. 150 С, смазка дополнительно содержитпродукт омыления кубового остатка произПродукт омыления кубового остатка производства СЖК Отходы отработанного медно-хромбэрие. ваго катализатора Ингибитор коррозии металла:БикорнииФох инкор-зГрафитКислотное число, мг КОНг омыленного кубового остатка произво ства СЖК водства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5 - 25 мг КОНЯГ, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве 5 первичных жирных спиртов гидрированиемжирных кислот, и ингибитор коррозии металла при следующем соотношении компонентов в од мас,:Продукт омыления кубового10 остатка производствасинтетических жирныхкислот до кислотногочисла 5 - 25 мг КОН/г 17-30 Отходы отработанного15 меднохромбариевогокатализатора, полученныепри производстве первичныхжирных спиртов гидрированием жирных кислот 55-66 20 Ингибитор коррозии металла3 - 5Графит Остальное1786062 12 Таблица 2 Текинческие показатели качества сказоке ввюг е ) атеисте Ватаевгав ве вегав вввега Сагаевиватаева тиаегтваевва г вв евтеева Показатель Прототип .Рецептурапредлагаемой слазимРе 402е юю вета ееееавва етс ейвгавте г ветви встаетвеет витав веетювю Температура каплелэдеи ,сс (ГОСТ 6793-74) 130 з(ЕО (ЬЕ 142 , 65 76 49 1 гв137 32 176 1401 Во Температура сполэамик, С(Гост 5346 ю 7 Е); 25"с60 С90 С 4 гбв ге 297 г 44 233 ВЗ 293 312 344 2 ВО 26 В304 Збе ЗЕг 35 Зог ЗЬ гб 1 274 35 о ЗЗЬ ЗЗЗЗЕО 37 В 364 : 216 . 120 2 В 5 1 ВЗ 30 29035 ЕРЗВО Предел прочиости ив сдвигпри 50 С, Па (ГССТ ,743 ю 73)Растворимость при 95 С(ту Зв"10162276л,з,з):в водев 154-иод с 315 293и/р и/р и/р,м/ри/р и/р и/р и/ри/р 200 2 ЕЗ 2 Е 9 266273 " 302 317 и/р и/р Частичнои/ррастаорима и/р и/р и/р и/р Н/р аее и г юе е В стае и еи в е е т вта ееегеееаегае еаиетеввевтвгее теевсееваеттеевтетее ев е в аае ее Таблиц3Эксплуетациоимме свойства смазоке е е евтеева вае итие еа иаететвт еЬвютеЬаеиавее еаваеаеевеавевееааееаавееег 1 атайатгваа веееО Показатель Прототип, Рецептура предлагэцмод смазкии/и Сиаэиа агава ее таю ивеавгиевивезеве ветвиагатаиагатагасевагагаев асеюРг37 .е901а аеивют а аюсгюе виватеге веееее ааеииатаев1 Степемь зацити от коррозии образца сталиРе 105, 2, покрмтогослоем смазки товимодС,З мм, в 152"мод НСпри температуре ВОС 57 . 100 100 99,3 99,5 00, 99,520 С Пе заеме 91,0 93,5 72,0 Еб,з 93,0 Е 7,0дает2 99,7 ВЕ,О 36,60 44,ВО 51;20 24,ЕО 39,Е 60,00 5 Ь,ЬО 10,ЗО 2,го 4,10 Е,ЗО 9,70 11,2 О го,11 0,53 о,ег о,е 5 о,6 о,В 1 1,5 г,то ре димесследуеммии смазкамидавление качала про пуска резьбм, ППа 33 5 . 43,549,0 52,5 41;5 . 542 56,0 53,5 степеиь повмвеимв герметичностиг 100 Степень эаедаиил (сва риваиил) резьбового соеримеиил Ф при температура г 120 оС200 С 129,9 46,3 156,7 123,9 61,В 167,2 59,7 0 0 0 О 0 0 О11 0,3 0 О 00 0,6 О5,3 ееатаею е в а тетива аю таюг виавивеееаеасге васаввавессвеев тета Редактор Заказ 227 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5 П оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Давление аимаимл смазки через цель зазором 40 мкм, ИПа, при темлературе 256 С 1760 Вовс 5,60 160 кс О 24 Степень герметизации зьбоеого сое ии и