Уплотнительная смазка для резьбовых соединений

 

Изобретение относится к уплотнительным смазкам для резьбовых соединений, в частности для конических резьбовых соединений труб и оборудования, применяемых в буровых скважинах. Основной задачей изобретения является повышение уплотнительной способности смазки, содержащей масляную основу, загуститель, антифрикционные и противозадирные добавки. Эта задача решается путем введения в состав смазки порошков полиэтилена и фторопласта с размерами частиц 0,07 - 1,25 мм при следующем соотношении компонентов, вес.% Порошок полиэтилена с размерами частиц 0,07 - 1,25 мм - 5 - 16 Порошок фторопласта с размерами частиц 0,07 - 1,25 мм - 5 - 25 Масло с загустителем и противозадирными добавками - До 100.

Другой задачей изобретения является повышение адгезионной способности смазки и облегчение нанесения ее на мокрые и обледенелые резьбы. Эта задача решается тем, что в состав смазки вводятся жидкие олигомеры с гидроксильными группами (лапролы) в соотношении не менее 15% по весу масла. Задачей изобретения является также создание дешевой смазки без вредных для здоровья компонентов. Эта задача решается тем, что в качестве масляной основы смазка содержит отработанное масло, включающее тонкодисперсные твердые соединения железа, углерода и кремния. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к уплотнительным смазкам для резьбовых соединений, в частности для конических резьбовых соединений обсадных, насосно-компрессорных, бурильных труб и оборудования, применяемого в буровых скважинах.

Известны уплотнительные смазки, получаемые путем смешения жидкого стекла, фенольной или эпоксидной смолы и других затвердевающих жидкостей с алюминиевой пудрой, порошками цинка, окиси меди, графита и других антифрикционных и противозадирных добавок (см. а.с. СССР N 1413119, МКИ4 C 10 M 103/06, N 1413123 и N 1546470, МКИ4 C 10 M 169/04, N 1595887, МКИ5 C 10 M 165/00). Они имеют высокую стоимость, низкую адгезионную способность и затрудняют развинчивание резьбового соединения после длительной эксплуатации труб, особенно при повышенных температурах.

Известны также уплотнительные смазки и пасты для резьбовых соединений, получаемые путем смешения незатвердевающих загущенных масел с порошками мягких металлов (свинца, цинка, меди), их соединений, графита, дисульфида молибдена и других антифрикционных и противозадирных добавок (см. а.с. СССР N 1505965, МКИ4 C 10 M 159/18, N 1664816, МКИ5 C 10 M 105/16, книгу Синицына В. В. Пластичные смазки за рубежом. Справочник. - М.: Химия, 1983, стр. 306-311). Они имеют недостаточную уплотнительную способность из-за малой упругости и малых размеров частиц твердых добавок. Кроме того, мягкие металлы и их соединения токсичны. Содержащие их смазки при длительном воздействии вредно воздействуют на кожу, а при попадании малых доз в желудочно-кишечный тракт вызывают патологические изменения внутренних органов (см. книгу Синицына В.В. "Пластичные смазки в СССР", М., Химия, 1984, стр. 163-167).

Известны также уплотнительные смазки для резьбовых соединений, содержащие загущенное минеральное масло, графит и порошки эластичных материалов - резиновую крошку, гумусовый каустобиолит, отходы при шлифовании кож (см. а. с. СССР N 1456455, МКИ4 C 10 M 167/00, N 1576546, МКИ5 C 10 M 121/00, N 1737005, МКИ5 C 10 M 163/00). Однако свойства этих смазок не стабильны во времени. Содержащиеся в них частицы эластичных материалов теряют свою прочность и эластичность под воздействием рабочей среды (нефти, газа, минерализованной воды) и основного компонента самих смазок - минеральных масел. Эти смазки не обеспечивают плотность резьбовых соединений труб при высоких давлениях и температурах и поэтому не нашли широкого применения.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая масляную основу, загуститель, антифрикционные и противозадирные добавки и известная как наилучшая резьбовая смазка P-402 (см. книгу В.В.Синицына "Пластичные смазки в СССР". Изд. 2. - М.: Химия, 1984, с. 163-168, табл. 51 и 52). В ней в качестве антифрикционных и противозадирных добавок используются порошки графита (21%), свинца (29%), цинка (14%) и меди (5%).

Известная смазка токсична, имеет высокую стоимость и в то же время не обеспечивает надежное уплотнение резьбовых соединений при перепадах давления выше 25 МПа из-за малых размеров и малой упругости частиц твердых добавок. Это приводит к утечкам нефти, газа и технологических жидкостей через резьбовые соединения и к различных осложнениям при проведении операций по воздействию на продуктивные пласты и ремонтно-изоляционных работ, когда перепады давления достигают 35-50 МПа, а в глубоких скважинах - 70 МПа.

Другим существенным недостатком известной смазки является ее низкая адгезионная способность. В полевых условиях, когда отсутствует возможность защиты труб от атмосферных осадков, смазка не пристает к мокрой и обледенелой резьбе и некоторые резьбовые соединения оказываются несмазанными с соответствующими отрицательными последствиями.

Основной задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание уплотнительной смазки для резьбовых соединений с повышенной уплотнительной способностью.

Поставленная задача решается тем, что в состав смазки, включающей масло, загуститель и противозадирные добавки, дополнительно вводятся порошки полиэтилена и фторопласта с размерами частиц от 0,07 до 1,25 мм при следующем соотношении компонентов, вес.%: Порошок полиэтилена с размерами частиц от 0,07 до 1,25 мм - 5-16 Порошок фторопласта с размерами частиц от 0,07 до 1,25 мм - 6-25 Масляная основа с загустителем и противозадирными добавками - До 100 Другой задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение адгезионной способности смазки и облегчение ее нанесения на мокрые и обледенелые резьбы.

Поставленная задача решается тем, что в масляную основу смазки вводятся жидкие олигомеры с гидроксильными группами - лапролы в количестве не менее 15% по весу масляной основы.

Третьей задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание дешевой уплотнительной смазки для резьбовых соединений без вредных для здоровья компонентов.

Эта задача решается тем, что в качестве масляной основы смазка содержит отработанное масло, включающее тонкодисперсные твердые соединения железа, углерода и кремния. Отработанное масло может быть минеральным - нефтяным и синтетическим, например олигомером с гидроксильными группами - лапролом.

В качестве антифрикционных и протиозадирных добавок могут быть использованы порошок графита, коллоидно-графитовый препарат, паста дисульфида молибдена и другие, в качестве загустителей - силикогели, мыла высших жирных кислот, тугоплавкие углеводороды (парафин, церезин).

В преимущественном варианте смазка в качестве антифрикционных и противозадирных добавок может содержать порошок графита и тонкодисперсные твердые соединения железа, углерода и кремния, имеющиеся в отработанных маслах. Тонкодисперсные твердые соединения образуют промежуточный слой между контактными поверхностями в резьбе, предотвращения ее заедание во время свинчивания и отвинчивания даже при значительном уменьшении содержания графита в смазке, кроме того, тонкодисперсные твердые соединения способствуют фиксации в резьбовых зазорах более крупных, но мягких частичек полиэтилена и фторопласта, обеспечивая стабильность уплотнительных свойств смазки как при низких, так и при высоких температурах.

Таким образом, в преимущественном варианте смазки в качестве масляной основы должны использоваться отработанные моторные или машинные масла, содержащие тонкодисперсные твердые соединения железа, углерода и кремния. Причем не менее 15% масляной основы должны составлять жидкие олигомеры с гидроксильными группами (лапролы), повышающие адгезионные способности смазки.

Смазку изготавливают на обычных установках по производству консистентных смазок путем введения порошков графита, полиэтилена и фторопласта в загущенное отработанное масло, содержащее жидкие олигомеры с гидроксильными группами. В качестве загустителей применяют соли высших жирных кислот, тугоплавкие углеводороды или силикогели. В преимущественном варианте в качестве загустителя используют силикогель и примешивание порошков графита, полиэтилена и фторопласта в загущенное масло и затаривание готовой смазки производят при комнатной температуре, предотвращая тем самым возможность осаждения порошков.

Использование отработанных масел, снижение содержания графита за счет использования тонкодисперсных твердых соединений, содержащихся в отработанных маслах, а также смешение компонентов при комнатной температуре снижают затраты на изготовление смазки при одновременном повышении ее качества.

Предлагаемая смазка имеет такую же вязкость, как известная, однако лучше прилипает к резьбе, даже если она мокрая или обледенелая. Поэтому она легко наносится на резьбу кистью или шпателем как в летних, так и зимних условиях. При этом не требуется очистка резьбы от остатков ранее использованной смазки.

Проведены стендовые испытания пяти составов уплотнительной смазки, приведенных в таблице 1.

Фракционные составы полиэтиленового и фторопластового порошков приведены в таблице 2.

Каждый состав смазки испытывался в пяти резьбовых соединениях бывших в эксплуатации (не новых) патрубков и муфт. Патрубки и муфты имеют резьбу 73 мм насосно-компрессорных труб по ГОСТ 633-80. Затяжка резьбовых соединений производилась крутящим моментом 75 кгм.

Соединения повергались гидравлическим испытаниям при температуре 20^oC с выдержкой под давлением 30-32,5 МПа в течение 1 часа и двукратным гидротермическим испытаниям при температурах 215-250^oC с выдержкой под давлением 30 МПа в течение 1 часа с последующим охлаждением до комнатной температуры. При испытаниях смазки составов N 2 - N 5 утечки через резьбовые соединения не наблюдались, заеданий при их отвинчивании не было. Эти же резьбовые соединения, завинченные на известной P-402 и на смазке состава N 1, начали пропускать при давлении 21 МПа и температуре 20^oC даже после дополнительной затяжки крутящим моментом 100 кгм. После повышения температуры до 150^oC они пропускали уже при давлении 10 МПа.

Стендовые испытания показали высокую уплотнительную способность предлагаемой смазки и хорошие противозадирные свойства ее при высоких температурах. Крутящий момент для отвинчивания резьбового соединения после гидравлических и гидротермических испытаний не превышал значений крутящих моментов, приложенных при их свинчивании. При нанесении на мокрые резьбы смазок составов N3- N5, содержащих олигомер с гидроксильными группами (лапрол), затруднений не было. Смазка Р-402 и смазки составов N 1 и N 2 кусочками отставали от мокрой резьбы и равномерное нанесение их стало возможным только после осушения резьб.

Применение предлагаемой смазки позволяет предотвратить утечки жидкостей и газов через резьбовые соединения, уменьшить их износ, повысить надежность работы оборудования при высоких перепадах давления и высоких температурах. Эта смазка имеет относительно низкую стоимость ввиду использования отработанных масел и изготовления без подогрева компонентов, стабильна при длительном хранении и может применяться в полевых условиях как в летнее, так и в зимнее время.

Формула изобретения

1. Уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая масляную основу, загуститель и противозадирные добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошки полиэтилена и фторопласта с размерами частиц 0,07 - 1,25 мм при следующем соотношении компонентов, вес.%: Порошок полиэтилена с размерами частиц 0,07 - 1,25 мм - 5 - 16
Порошок фторопласта с размерами частиц 0,07 - 1,25 мм - 6 - 25
Масляная основа с загустителем и противозадирными добавками - До 100
2. Смазка по п. 1, отличающаяся тем, что масляная основа содержит не менее 15% от веса основы жидких олигомеров с гидроксильными группами - лапролов.

3. Смазка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве масляной основы отработанное масло, содержащее тонкодисперсные твердые соединения железа, углерода и кремния.

РИСУНКИ

Рисунок 1