Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ДВтОСКОМЬ СВИДЕтЕЛЬСтвУ и 939528(23) Приоритет(5)М. Кл.С 10 М 7/02 С 10 М 7/04 С 10 М 7/12 С 10 М 7/30 3 Ъеудардтасввй кдматет СССР да делан нзааретенкй и аткрытнй(72) Авторы изобретения Днепропетровское отделение Института минереюьынх ресурсов(54) УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙИзобретение относится к смазочным материалам и может быть использовано, пр , мущественно, для смазки резьбовых соединений бурильных и обсадных колонн, для смазки опор шарошечных долот, работающих в условиях высоких температур и притока в скважину высокоминерализованных вод, а также для смазки, узлов и механизмов, работающих в морской воде. 1 ОВ связи с ростом глубин и усложнением условий бурения скважин важное значение имеет проблема термостабильности смазок резьбовых соединений и опор шарошечных долот, так 1 з как при бурении скважин глубиной 5000-6000 и температура в них поднимается до 170-190 С. Кроме того, повышаются требования к устойчивости смаэок, работающих в условиях го промывки скважины агрессивными буровыми растворами и притока в скважину высокоминерализованных подземных вод. Известна уплотнительная смазка 1для резьбовых соединений следующегосостава, вес,Ф:БитумКанифольБензолСкипидарТолуолНигролГрафит Однако данная смазка имеет низкую термостабильность вследствие наличия в ее составе бензола и толуола, .температура кипения которых 80 и 110 С соответственно. При температуре в скважине более 100 С смазка начинает разрушаться и не обеспечивает смаэоч" ных функций. Из-эа наличия в составе легколетучих бенэола и толуола смазка является пожароопасной и токсичной. Кроме того, она обладает низкой устойчивостью в промывочных раство 939528анифол ьСкипидарНигропГраФи( 18-2040-115 8-10 2-3 рах, имеющих кислую или щелочную среду, и в выс( кс(минерализоГзаь(х подзе(ль(х в(.;,(,.1 х, г(од действ (см которыхсг(з(га т(.11 ет с(зои адгезионые и сма,1 оч (ь(,. с(1(улства.Набопее близкой по составу к редл:.(га,.мой является уплотнительная смазка 21 для резьбовых соединенийсос(ава вес:Канифоль 18-20Скипидар 1:-15ТолуолНигрол 8-10ГрафитПолэ,иленимин 1,5-3Двуокись титана 1-2(".и гум до 100Указа(,ная смазка рабоает с высокой наде."Гностью при промывке скважин и щелочными буровыми рас,ворами об падает хооошими герме 1 изиру(ощими свойствами ( сгойкосгью в абразивых средах.Однако известг(ая смазка не обеспечивает сво( х аукци(й при проке в дскважину высокомнерализованных вод. под дейст(зием когорь(х она разрушается, рассгивается и вымывается, т.е. терГгггся е смазочные и адгезионные свойства.Гмазка также неустойчива и в условиях;.:ысоких ге(г 1 ератур так как полэ(илемин, обусловливающий высоке адгезио гные свойства смазки, уже; ри 90" Г начинает разрушаться.Наличие в составе смазки легко- летучего голуола обуславливает ее ГГа(рооГ 1 г,г ног ьЦель изобретеия - создание уплотнительной смазки д.пя резьбовых соединенй, обладающей повышенными ( с(1 ос Г Г 1 б(11(ьными свойствами и работающей с высо(ой надежностью в условиях высокоминераллзованных вод.Поставг(енная цель достигается тем, что уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая канифоль, скипидар, нигрол, графит и двуокись титана, дополнительно содержит триэтаноламин, нитровоск, метилгдиридаэросил (ИГА) и окисленный битум при следующем содержании компонентов вес.7: Двуокись титана 2-ГГ Триэтаноламин 1,5-2,9 Нитровоск 1-3 Метилгидридаэросил 0,1-0,5 Окисленныйбитум ОстальноеВведение в состав смазки триэтаноламина, являющегося ингибитором термоокислительной деструкции, повышает ее термостабильность при сохранении высоких смазочных свойств, значительно повышает адгезионные свойства смазки, что позволяет с высокой надежностью обеспечить герметичность резьбовых соединений. Одновременно триэтаноламин способствует удержанию двуокиси титана в объеме смазки.Увеличение процентного содержания двуокиси титана повышает термостабильность смазки и совместно сгриэтаноламином увеличивает ее вязкос.ь, что позволяет эффективно предохранять резьбовые пары от износа при перемещении в случае изгиба бурильной колонны, способствует снижению продольных и поперечных колебаний в резьбовых соединениях и обеспечивает надежность их работы.,Нитровоск, который так же как и триэтаноламин является ингибитором термоокислительной деструкции, кроме того,повь(шает антифрикционную и экранирующую способность смазки, придает ей наряду с кисло-и щелочестойкостью высокую стойкость в условиях высокоминерализованных вод. Нитровоск (ТУ-01-012-80) твердая масса от желтого до желто- коричневого цвета с температуройокаплепадения 68-/0 С, температурой разложения 385 С, кислотное число 387 иг КОН/г, число оиыления 390 мг КОН/г. Получают его окислением сырого буроугольного воска концентрированной азотной кислотой. Нитровоск устойчив в агрессивных средах и прииеняется как адгезионная и антиоксидантная добавка к смазке.Метилгидридаэросил - высокодисперсный пирогенный кремнезем, основой которого является чистая аморфная непористая двуокись кремния в виде иелкодисперсных частиц сферической формы, поверхность которых модифицирована гидрометнлхлорсиланом, при30 Компоненты Содержание состава, вес.Ф Канифоль 20 18 СкипидарНигролГрафитДвуокись титана 42 40 2,5 2,25 Триэтаноламин 2,9 НитровоскМетилгидридаэросилОкисленный бит м 0,1 0,25 0,5 До 100 До 100 До 100 5 9395дающим метилгидридаэросилу гидрофобные свойства.физико-химические свойства.Гидрофобность,4: Не менее 90-99Размер частиц, мк 0,004-0,040 5Насыпной вес, г/л 25-50Использование метилгидридаэросилав составе смазки придает ей устойчивость в агрессивных средах, в частности в высокоминерализованных под- Оземных водах,Введение в состав смазки окисленного битума (температура каплепадения 145-150 С) вместо неФтяного (темопература каплепадения 55-60 вС) увеличивает термостабильность смазки,а также ее адгезионные свойства.Применение в качестве растворителяскипидара, представляющего собойсложную смесь терпеновых углеводородов, кипящего в интервале 160-220 фС,также способствует увеличению термостабильности смазки, делает еенетоксичной и пожаробезопасной, улучшает санитарно-гигиенические условия 25трудаСмазку готовят следующим образом. Твердые компоненты - окисленныйбитум (ТУ 38-УССР 2-0184-75), каниАдгезия смазок к металлу в среде технической воды и минерализованной хлоридно-натриевой воды с жесткостью 150 мг-экв/л и минерализацией 40 г/л55 определяется по следующей методике.На специальном стенде вращатель (металлический секционный ротор) сначала помещают в сосуд, заполненный 28 6фоль (ГОСТ 14-201-73) и нитровоск предварительно дробят, взвешивают и загружают в горизонтальный цилиндрический смеситель, снабженный четырех- лопастной мешалкой ножевого типа. Растворитель-скипидар (ГОСТ 16943-71) подают в смеситель насосами через мерник. Для ускорения растворения твердых компонентов смесь подогревают до 140-145 С. После растворения окисленного битума, канифоли и нитровоска в раствор загружают графит (ГОСТ 8295-73) и нигрол (ТУ 38-101- 529-75), и смесь перемешивают в течение 2 ч до получения однородной мас сы. Затем добавляют триэтаноламин (ТУ 6-02-916-74)и двуокись титана (ТУ-09-2166-77)и перемешивают в течение часа, после чего добавляют метилгидридаэросил марки МГА и перемешивают еще 15 мин.С целью удешевления смазки применяется экстракционная кедровая канифоль и обеспиненный скипидар 1 сорта.По описанной технологии для проведения испытаний готовят несколько составов смазок, отличающихся друг от друга процентным соотношением компонентов (табл, 1)Таблица 1 технической водой, а затем в сосуд с водой жесткостью 150 мг-экв/л и минерализацией 40 г/л, На поверхность вращателя наносится смазка предлагаемых и известного составов. Частота вращения достигает 2800 об/мин.В табл. 2 приведены результаты испытаний.939528 Т а б л и ц а 2 Состояние смазки после опыта в среде Смазка Техническая вода Смазка с вращателя сброшена через 2 ч Смазка с вращателя сброшена через 5 ч Известная Предлагаемая 1За время вращения17 ч слой смазкистал маньше, ноотрывов и оголенныхучастков нет,То же Характер кривой на диаграмме при, фС Смазка 20 павный Известная При 146 прерыви авньь редлагаеори 198рерывистый Плавный вн ос та в 1,2,3 Из данных табл. 2 видно, что адзо гезионные свойства предлагаемой смазки в условиях высокоминерализованных вод более чем в 3 раза выше по сравнению с прототипом.Испытания термостабильности предлагаемой смазки (1, 2, 3) и прототипа проведены по общепринятой методике на четырехшариковой машине трения МАСТ. Условия испытаний следующие. Осевая нагрузка на шарики воао всех опытах одинакова и равна 10 кгс, Скорость вращения верхнего шарика 1 об/мин. Определение критической температуры (температуры разВода жесткостью50 мг-экв/л и минерализацией 40 г/л За время вращенияч слой смазки сталтоньше, но отрывови оголенных участковнет За время вразения 8 чслой смазки стал тоньше, но отрывов иоголенных участков нет За время вращения7,5 ч слой смазки сталтоньше, но отрывов иоголенных участков нет рушения смазочной пленки) приводятся при ступенчатом повышении температуры образцов смазки. Продолжительность опыта 60 с. Температура, при которой происходит скзчкообразное изменение момента трения, принимается за критическую (движение стрелки самописца скачкообразное,и характер кривой на диаграмме прерывистый)..При отсутствии разрушения смазочной пленки движение стрелки самописца почти без отклонений - характер кривой на диаграмме плавный,В табл, 3 приведены результаты испытаний термостабильности смазок,Таблица 3Т а б л и ц а 4 са нет Слой равномерный То же о 300 12 Износ 0,02 м Слой тоныч нос 0,5 м являются огле участки 0 Износ 3,1 Площаучастляетпл оголенны в состав 4 от общеади Предла ае Износа не 100 лои равномерныи о Из Износ 0,01 м лои тоньше равно мерныйКак видно из табл. 3, термостабильность предлагаемой смазки превосходит известную, что обеспечит ее надежную работу в условиях высоких температур.Кроме того, адгезия и термостабильность предлагаемой смазки в случае использование ее для опор шарошечных долот испытывается на стенде,состоящем из бурового станка и промывочного насоса. Смазки испытываются на шарошечных долотах типа 93 Тразборной конструкции, изготовленныхсогласно методике 3 ,Возможность использования смазокдля подшипников опор шарошечных долотопределяется путем отработки долотна гранитных блоках. При этом контро 9528 1 Олируется скорость вымывания смазкииз опор долот во времени. Долотоотрабатывается при следующих режимных параметрах: частота вращения долота 430 об/мин, количество прокачиваемой жидкости 150 л/мин. В качестве промывочной жидкости используетсявода жесткостью 150 мг-экв/л, минерализацией 40 г/л и содержанием квар 16 цевого песка 5 Ф. Разборка долот иопределение количества вымытой смазки осуществляется через каждые100 тыс. оборотов долота(ресурс150 тыс. оборотов шарошки считает ся удовлетворительным).В табл. 4 приведены результатыиспытаний известной и предлагаемыхсмазок в опорах шарошечных долот. 0,035 мм Слой смазки тоньше,равномерный12 939528 Продолжение табл. 600 24 Износ 0,065 мм Появляются оголенные участки Износ 1,55 м 28 700 Слой равномерный Износа нет 100 То же То же 200 12 300 Износ 0,03 мм 16 400 То же Износ 0,01 мм Износ 0,06 мм 200 500 Появляются оголенные участки 600 28 Износ 1,5 мм 700 Слой равномерный То же Износа нетТо же 100 200 12 300 16 Слой тоньше,равномерный 400 Износ 0,032 мм То же Износ О, 015 мм Износ 0,061 мм 20 500 24 600 Появляются оголенные участки 28 Износ 1,52 мм Площадь оголенных участков составляет 20 от общей площади700 Как видно, из та л., предлагаемая смазка позволяет обеспечить на- дежную работу опор шарошечных долот при одновременном увеличении их ресурса в высокоминералиэованных абразивных средах. Кроме того, как показывают экспериментальные данные, смазка устойчива при хранении. Площадь оголенных участков составляет 253 от общей пло- щади Слой тоньше, равно- мерный Площадь оголенныхучастков составляет204 от общей площади Данные таблиц показывают, что . введение в состав смазки триэтаноламина, нитровоска, метилгидридаэросила, окисленного битума и увеличение содержания двуокиси титана позволяет значительно повысить термостойкость смазки, обеспечить высокие адгезионные свойства и надежную ее работу в условиях высокоминерализованных вод.формула изобретения Составитель Е, ПономареваРедактор Л, Филь Техред 3. Палий Корректор О. Макаренко Заказ 4595/39 Тираж 524 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, И, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП нПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, проведенные испытания смазок показывают, что по сравнению с прототипом адгезионные свойства предлагаемой смазки в условиях высокоминералиэированных сред повышаются более чем в 3 раза. Одновременно в полтора раза повышается термостабильность смазки, Предлагаемая смазка нетоксицна, пожаробезопас.на, устойчива при хранении и может успешно применяться в резьбовых соеди-нениях и в опорах шарошечных долот, а также в узлах, где требуется высокая термостойкость, повышенная адгеэия, устойчивость в высокоминерализованных средах и абразивоизносо. стойкость, Смазка обладает демпфирующей способностью 1,20-1,22 г/см и, как следствие, дает меньший износ резьб при знакопеременных нагрузках. Уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая канифоль, скипидар, нигрол, графит и двуокись титана, о т л и ч а ю щ а я с я 28 14тем, что, с целью повышения термостабильности и надежности ее работыв условиях высокоминералиэованныхвод, она дополнительно содержит триэтаноламин, нитровоск, метилгдиридаэросил и окисленный битум при следующес содержании компонентов, вес.ь:Канифоль 18-20Скипидар 4 й-Нигрол 8-10Графит 2-3Двуокись титана 2-4Триэтаноламин 1,5-2,Нитровоск 1"3Метилгидридаэросил 0,1-0,5Окисленныйбитум ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 23734, кл. С 10 М 7/12, 1968.2. Авторское свидетельство СССРй 687 111, кл, С 10 М 7/12, 1979 (прототип).3, Яров А.Н. и др. Буровые растворы с улучшенными смазочными свойствами. М., "Недра", 1975, с. 92.