EA026646B1 - Трубное резьбовое соединение с улучшенными свойствами для высокомоментного свинчивания - Google Patents
Трубное резьбовое соединение с улучшенными свойствами для высокомоментного свинчивания Download PDFInfo
- Publication number
- EA026646B1 EA026646B1 EA201492191A EA201492191A EA026646B1 EA 026646 B1 EA026646 B1 EA 026646B1 EA 201492191 A EA201492191 A EA 201492191A EA 201492191 A EA201492191 A EA 201492191A EA 026646 B1 EA026646 B1 EA 026646B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- coating
- solid lubricating
- lubricating coating
- cone
- solid
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 391
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 355
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 216
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims abstract description 167
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 55
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 80
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 80
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 80
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 74
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 50
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 48
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 37
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 37
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 28
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 6
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical class OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 235000019589 hardness Nutrition 0.000 description 112
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 27
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 17
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 15
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 15
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 12
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 8
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 7
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 7
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 7
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 5
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 5
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 5
- CPSYWNLKRDURMG-UHFFFAOYSA-L hydron;manganese(2+);phosphate Chemical compound [Mn+2].OP([O-])([O-])=O CPSYWNLKRDURMG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 5
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 4
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H zinc phosphate Chemical compound [Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- 229910000165 zinc phosphate Inorganic materials 0.000 description 3
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N Acetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=CC=C1 KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISAOCJYIOMOJEB-UHFFFAOYSA-N benzoin Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(O)C(=O)C1=CC=CC=C1 ISAOCJYIOMOJEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 2
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QMYGFTJCQFEDST-UHFFFAOYSA-N 3-methoxybutyl acetate Chemical group COC(C)CCOC(C)=O QMYGFTJCQFEDST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVBLNCFGVYUYGU-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Bis(dimethylamino)benzophenone Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(N(C)C)C=C1 VVBLNCFGVYUYGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007547 Knoop hardness test Methods 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical class [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000028419 Styrax benzoin Species 0.000 description 1
- 235000000126 Styrax benzoin Nutrition 0.000 description 1
- 235000008411 Sumatra benzointree Nutrition 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HJJOHHHEKFECQI-UHFFFAOYSA-N aluminum;phosphite Chemical compound [Al+3].[O-]P([O-])[O-] HJJOHHHEKFECQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229960002130 benzoin Drugs 0.000 description 1
- RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N benzophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)C1=CC=CC=C1 RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012965 benzophenone Substances 0.000 description 1
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 description 1
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 description 1
- IQBJFLXHQFMQRP-UHFFFAOYSA-K calcium;zinc;phosphate Chemical compound [Ca+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O IQBJFLXHQFMQRP-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920006334 epoxy coating Polymers 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- HDNHWROHHSBKJG-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;furan-2-ylmethanol Chemical compound O=C.OCC1=CC=CO1 HDNHWROHHSBKJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000019382 gum benzoic Nutrition 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- KFZAUHNPPZCSCR-UHFFFAOYSA-N iron zinc Chemical compound [Fe].[Zn] KFZAUHNPPZCSCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AWKHTBXFNVGFRX-UHFFFAOYSA-K iron(2+);manganese(2+);phosphate Chemical compound [Mn+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O AWKHTBXFNVGFRX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- GRVDJDISBSALJP-UHFFFAOYSA-N methyloxidanyl Chemical group [O]C GRVDJDISBSALJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 235000019832 sodium triphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-I triphosphate(5-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M171/00—Lubricating compositions characterised by purely physical criteria, e.g. containing as base-material, thickener or additive, ingredients which are characterised exclusively by their numerically specified physical properties, i.e. containing ingredients which are physically well-defined but for which the chemical nature is either unspecified or only very vaguely indicated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M177/00—Special methods of preparation of lubricating compositions; Chemical modification by after-treatment of components or of the whole of a lubricating composition, not covered by other classes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L57/00—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
- F16L57/06—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear against wear
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L58/00—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation
- F16L58/18—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation specially adapted for pipe fittings
- F16L58/182—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation specially adapted for pipe fittings for screw-threaded joints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
- C10M2201/06—Metal compounds
- C10M2201/065—Sulfides; Selenides; Tellurides
- C10M2201/066—Molybdenum sulfide
- C10M2201/0663—Molybdenum sulfide used as base material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2209/10—Macromolecular compoundss obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C10M2209/1003—Macromolecular compoundss obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds used as base material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2213/00—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2213/06—Perfluoro polymers
- C10M2213/062—Polytetrafluoroethylene [PTFE]
- C10M2213/0623—Polytetrafluoroethylene [PTFE] used as base material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2217/00—Organic macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2217/04—Macromolecular compounds from nitrogen-containing monomers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C10M2217/044—Polyamides
- C10M2217/0443—Polyamides used as base material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
- C10N2030/06—Oiliness; Film-strength; Anti-wear; Resistance to extreme pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
- C10N2030/12—Inhibition of corrosion, e.g. anti-rust agents or anti-corrosives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
- C10N2040/34—Lubricating-sealants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
- C10N2050/023—Multi-layer lubricant coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2080/00—Special pretreatment of the material to be lubricated, e.g. phosphatising or chromatising of a metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L2201/00—Special arrangements for pipe couplings
- F16L2201/40—Special arrangements for pipe couplings for special environments
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
- Lubricants (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
В трубном резьбовом соединении, состоящем из конуса 1 и муфты 2, каждый из которых имеет контактную поверхность, содержащую резьбовой участок и не имеющий резьбы металлический контактный участок, включающий уплотняющий участок и упорный участок, на участке, включающем упорный участок контактной поверхности (например, на не имеющем резьбы металлическом контактном участке, включающем упорный участок и уплотняющий участок) по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, сформировано твердое смазочное покрытие 10 с относительно высокой твердостью по Кнупу, а на по меньшей мере одном остальном участке контактной поверхности (например, на резьбовом участке) сформировано твердое смазочное покрытие 11 с относительно низкой твердостью по Кнупу. Такое трубное резьбовое соединение обладает прекрасной стойкостью к задирам, газонепроницаемостью и стойкостью к коррозии, и поскольку оно имеет большую ΔT, упорные участки с трудом подвергаются пластической деформации, даже если свинчивание осуществляется с высоким моментом, что позволяет осуществлять стабильное свинчивание.
Description
(57) В трубном резьбовом соединении, состоящем из конуса 1 и муфты 2, каждый из которых имеет контактную поверхность, содержащую резьбовой участок и не имеющий резьбы металлический контактный участок, включающий уплотняющий участок и упорный участок, на участке, включающем упорный участок контактной поверхности (например, на не имеющем резьбы металлическом контактном участке, включающем упорный участок и уплотняющий участок) по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, сформировано твердое смазочное покрытие 10 с относительно высокой твердостью по Кнупу, а на по меньшей мере одном остальном участке контактной поверхности (например, на резьбовом участке) сформировано твердое смазочное покрытие 11 с относительно низкой твердостью по Кнупу. Такое трубное резьбовое соединение обладает прекрасной стойкостью к задирам, газонепроницаемостью и стойкостью к коррозии, и поскольку оно имеет большую ΔΤ, упорные участки с трудом подвергаются пластической деформации, даже если свинчивание осуществляется с высоким моментом, что позволяет осуществлять стабильное свинчивание.
Настоящее изобретение относится к трубному резьбовому соединению для соединения стальных труб и, в частности, трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента. Трубное резьбовое соединение по настоящему изобретению способно надежно сопротивляться задирам без использования консистентных смазок, таких как компаундированная консистентная смазка, ранее наносившаяся на резьбовые соединения при свинчивании трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента. В результате, трубное резьбовое соединение по настоящему изобретению позволяет предотвратить вредные эффекты компаундированной смазки на окружающую среду и человека. Дополнительно соединение с трудом поддается пластической деформации, даже если свинчивание происходит с высоким моментом, поэтому при адекватном припуске можно обеспечить стабильное плотное соединение металл-металл.
Трубные изделия нефтегазопромыслового сортамента, такие как лифтовые насосно-компрессорные трубы и обсадные трубы, применяемые при бурении нефтяных скважин для добычи сырой нефти или газа обычно соединяют друг с другом, применяя трубные резьбовые соединения. Ранее глубина нефтяных скважин не превышала 2000-3000 м, но в недавно пробуренных глубоких скважинах, например, на морских месторождениях, достигала 8000-10000 м. Длина трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента типично составляет около 10 м, и периферия лифтовых насосно-компрессорных труб, по которым течет сырая нефть, окружена множеством обсадных труб. Поэтому количество таких трубных изделий, соединенных резьбовыми соединениями, становится огромным.
В той среде, в которой применяются трубные резьбовые соединения трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента, они подвергаются нагрузкам в форме осевых растягивающих усилий, создаваемых массой трубных изделий и самих соединений, внутреннего и внешнего давления и геотермальной теплоты. Поэтому необходимо, чтобы резьбовые соединения сохраняли газонепроницаемость и не повреждались даже в таких суровых условиях.
Типичным трубным резьбовым соединением, применяемым для соединения трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента (также именуемое специальное резьбовое соединение) имеет структуру муфтового соединения. На обоих концах трубного изделия нефтегазопромыслового сортамента обычно сформирован конус, который является компонентом соединения и имеет наружную резьбу, а на внутренней поверхности обеих концов муфты, которая является отдельным компонентом, обычно сформированы гнезда с внутренней резьбой, которая входит в резьбовое зацепление с наружной резьбой. Как показано на фиг. 1, на наружной периферийной поверхности, рядом с концевой поверхностью, на стороне, расположенной ближе к концу конуса, чем наружная резьба, и на внутренней периферийной поверхности участка основания внутренней резьбы муфты имеется уплотняющий участок, а на торцевой поверхности конуса и на соответствующей задней части муфты имеется упорный уступ (также именуемый упорным участком). Эти уплотняющие участки и упорные участки конуса и муфты образуют контактные поверхности трубного резьбового соединения. В нижеуказанном Патентном документе 1 приведен пример специального резьбового соединения такого типа.
Во время свинчивания такого трубного резьбового соединения один конец трубного изделия нефтегазопромыслового сортамента (конус, или ниппель) вставляют в гнездо (муфту), и внутреннюю резьбы и наружную резьбу затягивают до тех пор, пока упорные участки конуса и муфты на войдут в контакт друг с другом и не упрутся друг в друга при соответствующем моменте. В результате, уплотняющие участки конуса и муфты находятся в плотном контакте друг с другом и образуют плотное соединение металлметалл, благодаря которому гарантируется газонепроницаемость резьбового соединения.
Из-за различных проблем при спуске насосно-компрессорной или обсадной колонны в скважину ранее свинченное трубное соединение иногда разрывается. В этом случае его поднимают из скважины, вновь свинчивают и вновь спускают в скважину. ΑΡΙ (Американский нефтяной институт) требует, чтобы стойкость к задирам была такой, чтобы не появлялись неустранимые значительные задиры и газонепроницаемость сохранялась, даже если свинчивание и разъединение выполняются 10 раз для соединений насосно-компрессорных труб и 3 раза для обсадных труб.
Для увеличения стойкости к задирам и повышения газонепроницаемости ранее на контактные поверхности резьбового соединения при каждом свинчивании наносили вязкую жидкую смазку (консистентную смазку), содержащую порошок тяжелого металла и именуемую компаундированной смазкой. Применение такой компаундированной смазки предписано бюллетенем ΑΡΙ 5Α2.
Для улучшения удержания компаундированной смазки и повышения ее скользящих свойств было наносить подвергать контактные поверхности смазывающий слой с высоким трением только на упорный участок и нагруженные боковые поверхности профиля резьбы. Однако очень трудно сформировать смазочный слой с низким трением только на вершинах профиля резьбы и на закладной стороне профиля резьбы, не формируя его на нагруженных боковых поверхностях профиля резьбы.
Документы прототипа
Патентные документы:
Патентный документ 1: ЕР 0488912А2
Патентный документ 2: ЕР 1350834А1
Патентный документ 3: ЕР 2216576А1
Патентный документ 4: ШО 2007/063079
- 1 026646
В специальном резьбовом соединении, подобном показанному на фиг. 1, которое имеет уплотняющие участки и упорные участки, газонепроницаемость гарантируется путем формирования уплотнения металл-металл между уплотняющими участками конуса и муфты во время свинчивания.
На фиг. 2 показана диаграмма крутящего момента (ордината: момент, абсцисса: количество оборотов) резьбового соединения такого типа во время свинчивания. Как показано на этой диаграмме, когда начинается вращение, резьбовые участки конуса и муфты сначала входят в контакт и крутящий момент постепенно увеличивается. Затем уплотняющие участки конуса и муфты входят в контакт друг с другом и скорость роста крутящего момента увеличивается. Наконец, упорный участок на конце конуса и упорный участок муфты входят в контакт друг с другом и начинают упираться друг в друга (момент в начале этого упора называют моментом упора и обозначают Τδ), после чего крутящий момент резко растет. Свинчивание завершается, когда момент достигает заранее определенной величины. Оптимальный момент по фиг. 2 означает оптимальный момент для завершения свинчивания так, чтобы достичь давления контакта, достаточного для гарантированной газонепроницаемости на уплотняющих участках между конусом и муфтой. Подходящая предписанная величина оптимального момента задается заранее на основе внутреннего диаметра и типа соединения.
Когда специальное резьбовое соединение применяется в очень глубокой скважине, в которой возникают сжимающие напряжения и изгибные напряжения, свинчивание иногда выполняют с более высоким моментом, чем оптимальный, чтобы гарантированно не возникло ослабление. В этом случае может возникнуть пластическая деформация одного или обоих упорных участков на торцевой поверхности конуса и на упорном участке муфты, которые контактируют друг с другом (момент, при котором возникает пластическая деформация, называют моментом текучести Ту) и, как показано на фиг. 2, упорный участок (упорный участок конуса в показанном случае) пластически деформируется. При возникновении такой пластической деформации скорость увеличения крутящего момента резки сокращается.
В случае резьбового соединения, которое требует свинчивания с высоким моментом, предпочтительно, чтобы разница между Ту и Τδ или [Ту-Τδ] (=ΔΤ; момент сопротивления упора) была большой. Однако в трубных резьбовых соединениях, описанных в патентном документе 2 или патентном документе 3, имеющих вязкое жидкое или полутвердое смазочное покрытие иди твердое смазочное покрытие, Ту уменьшается по сравнению со случаем, в котором применяется обычная компаундированная консистентная смазка. В результате ΔΤ уменьшается и упорные участки начинают пластически деформироваться при малом крутящем моменте свинчивания, из-за чего иногда становится невозможно выполнить свинчивание с высоким моментом.
Задачей настоящего изобретения является создание трубного резьбового соединения, которое с трудом поддается пластической деформации на упорных участках, даже когда свинчивание осуществляется с высоким моментом, которое имеет смазывающее покрытие, которое не содержит вредных тяжелых металлов, которое имеет высокое сопротивление задирам, газонепроницаемость и обладает свойствами предотвращения коррозии, и которое обеспечивает возможность сохранить большое значение ΔΤ.
Известно, что даже если состав смазочного покрытия изменить так, чтобы поменять его коэффициент трения, ΔΤ изменяется не сильно, поскольку Τδ и Ту по существу изменяются также. Например, если коэффициент трения смазочного покрытия увеличить, увеличится Ту, но Τδ также увеличится (явление, именуемое Ιιφίι δ1ιοιι1άοπη§). В результате, в худшем случае, участки упоров не контактируют друг с другом при предписанном моменте свинчивания и возникает состояние, именуемое отсутствием упора, при котором свинчивание не завершено.
Изобретатели обнаружили, что в трубном резьбовом соединении, имеющем твердый смазочный слой, не содержащий вредных тяжелых металлов, которые загрязняют окружающую среду, формируя первое твердое смазочное покрытие на части контактной поверхности (на резьбовом участке и на не резьбовом металлическом контактном участке) по меньшей мере одного из элементов соединения (на конусе и/или на муфте), более конкретно, на части контактной поверхности, включая упорный участок, который входит в контакт с высоким давлением и предпочтительно на части контактной поверхности, включая упорный участок и уплотняющий участок и формируя второе твердое смазочное покрытие, которое имеет меньшую твердость по Кнупу, чем первое твердое смазочное покрытие на других участках контактной поверхности, можно получить трубное резьбовое соединение, которое имеет достаточную стойкость к задирам, газонепроницаемость и антикоррозионные свойства, в то же время сохраняя большую величину ΔΤ и при котором не возникает опасность отсутствия упора.
Механизм увеличения ΔΤ за счет разницы в твердости по Кнупу между первым и вторым твердыми смазочными покрытиями, как считается, заключается в следующем.
В результате исследований изобретатели обнаружили, что чем выше твердость твердого смазочного покрытия, тем выше Ту, и наоборот, чем ниже твердость, тем ниже Τδ. Предположительно это объясняется тем, что поскольку твердое смазочное покрытие с более высокой твердостью и, следовательно, с более высокой износостойкостью с трудом деформируется во время скольжения при высоком давлении и с трудом выпускает порошок, сформированный истиранием, оно является поверхностью скольжения, с высоким сопротивлением скольжению. С другой стороны, твердое покрытие, имеющее низкую твер- 2 026646 дость, легко деформируется во время скольжения, даже в условиях низкого давления, и легко изнашивается, поэтому скольжение по такой поверхности скольжения происходит легко.
По существу из примеров металлического покрытия (высокая твердость) и резины (низкая твердость) известно, что, как правило, твердое смазочное покрытие с высокой твердостью имеет низкий коэффициент трения, а твердое смазочное покрытие с низкой твердостью имеет высокий коэффициент трения. Однако вышеописанное поведение и эффекты твердого покрытия с высокой твердостью или с низкой твердостью в условиях высокого давления или низкого давления в трубном резьбовом соединении невозможно объяснить просто величиной коэффициента трения. Считается, что фактором, тесно связанным с Τδ и Ту во время свинчивания соединения, является величина внутреннего истинного предела прочности твердого покрытия во время износа, а не величина трения (легкость скольжения) на поверхности покрытия.
В вышеупомянутом патентном документе 4 предлагается формировать смазочное покрытие с высоким трением и смазочное покрытие с низким трением. Однако коэффициент трения твердого покрытия зависит от давления и не всегда коррелирует с твердостью покрытия. В настоящем изобретении для проведения отличия между первым и вторым смазочными покрытиями используется твердость, которая не зависит от давления и коррелирует с внутренним истинным пределом прочности твердого покрытия.
Свинчивание трубного резьбового соединения осуществляется путем введения конуса в муфту с последующим вращением конуса или муфты. Сначала контактируют только резьбовые участки для того, чтобы войти в резьбовое зацепление, и крутящий момент свинчивания постепенно растет, как показано на фиг. 2. На конечном этапе свинчивания начинают контактировать уплотняющие участки и упорные участки. Свинчивание завершается, когда будет достигнуто предписанное давление контакта (которое выражается через предписанный крутящий момент, например, оптимальный момент) на уплотняющих участках между конусом и муфтой.
Согласно настоящему изобретению, например, как показано на фиг. 5, трубное резьбовое соединение имеет первое твердое смазочное покрытие на уплотняющих участках и упорных участках контактных поверхностей конуса и муфты, и второе твердое смазочное покрытие, которое имеет меньшую твердость по Кнупу, чем первое твердое смазочное покрытие, на других участках (в первую очередь на резьбовых участках) контактных поверхностей. В таком резьбовом соединении перед контактом уплотняющих участков и упорных участков Τδ остается низким, поскольку контакт возникает только на втором твердом смазочном покрытии, которое покрывает резьбовые участки и которое имеет низкую твердость и низкий внутренний истинный предел прочности. На конечном этапе свинчивания, когда начинают контактировать уплотняющие участки и упорные участки, в контакте начинает принимать участие первое твердое смазочное покрытие, которое имеет более высокую твердость по Кнупу, чем второе твердое смазочное покрытие и которое нанесено на эти участки. Соответственно, возникает состояние, при котором истинный предел прочности покрытия высок и Ту увеличивается. В результате увеличивается ΔΤ. Увеличение ΔΤ, обусловленное увеличением Ту, также можно получить, когда более твердое первое твердое смазочное покрытие нанесено только на упорных участках, на которые при свинчивании действует особенно высокое давление.
Настоящее изобретение основано на результатах вышеописанных исследований, представляет собой трубное резьбовое соединение, состоящее из конуса и муфты, при этом каждый из этих элементов имеет контактную поверхность, содержащую резьбовой участок и не резьбовой металлический контактный участок, который включает уплотняющий участок и упорный участок, отличающееся тем, что на участке, включающем упорный участок контактной поверхности по меньшей мере одного из конуса или муфты, присутствует первое твердое смазочное покрытие, на по меньшей мере части контактной поверхности по меньшей мере одного из конуса или муфты, на которой нет первого твердого смазочного покрытия, присутствует второе твердое смазочное покрытие, при этом твердость по Кнупу первого твердого смазочного покрытия выше, чем твердость по Кнупу второго твердого смазочного покрытия, имеется участок, который имеет и первое, и второе твердое смазочное покрытие, второе твердое смазочное покрытия расположено под первым твердым смазочным покрытием.
Твердость по Кнупу (сокращение Нк) является типом твердости на вдавливание. Как показано следующим равенством, она определяется делением тестовой нагрузки Р на площадь Ь2 поверхности углубления, полученного в ходе теста на индентометрическую твердость.
Нк=Р/Ср/Ь2, где
Нк - твердость по Кнупу,
Р - нагрузка (кгс),
Ср - корректирующий коэффициент (0,070279) и
Ь2 - площадь поверхности углубления (мм2).
Величина твердости по Кнупу (Нк) последовательно меняется в соответствии с твердостью, поэтому ее обычно применяют как количественный показатель твердости, который может описывать твердость поверхности твердого покрытия со сравнительно хорошей чувствительностью. Способ измерения
- 3 026646 твердости по Кнупу регламентирован способом теста на твердость по Кнупу (Л8 В 7734 Ь Л8 Ζ 2251). Например, ее модно измерять с помощью тестера микротвердости модели НМУ-200, изготавливаемого компанией δΐιίιηαάζιι Сотротайои в условиях 100 г за 10 с. В настоящем изобретении применяется величина твердости по Кнуппу, измеренная в таких условиях.
Участок контактной поверхности, имеющий вышеописанный первый твердый смазочный слой, может быть лишь упорным участком, но предпочтительно им является весь не имеющий резьбы участок металлического контакта, включая уплотняющий участок и упорный участок.
Второе твердое смазочное покрытие может быть нанесено только на ту часть контактной поверхности на которой нет первого твердого смазочного покрытия, или оно может быть нанесено на всю контактную поверхность, включая участок, имеющий первое твердое смазочное покрытие. В последнем случае, имеются участки, на которых сформированы и первое твердое смазочное покрытие, и второе твердое смазочное покрытие. В этом случае второе твердое смазочное покрытие является нижним слоем, а первое твердое смазочное покрытие является верхним слоем.
Толщина каждого из первого и второго твердых смазочных покрытий составляет 10-150 мкм. Однако на участках, имеющих и первое и второе твердое смазочное покрытие, общая толщина покрытий составляет предпочтительно самое большее 200 мкм.
Когда первое твердое твердое смазочное покрытие и второе твердое смазочное покрытие нанесено на контактную поверхность только конуса или только муфты, каких-либо ограничений для контактной поверхности другого элемента нет, и она может оставаться необработанной (например, она может находиться в состоянии после нижеописанной подготовительной обработки поверхности). Однако с точки зрения антикоррозионных свойств и смазочных свойств предпочтительно, по меньшей мере, участок контактной поверхности другого элемента, и предпочтительно вся его контактная поверхность имеет сформированное на нем любое из следующих поверхностных покрытий:
1) жидкое смазочное покрытие (включая вязкое жидкое смазочное покрытие и полутвердое смазочное покрытие);
2) твердое смазочное покрытие (включая вышеописанные первое или второе твердое смазочное покрытие);
3) твердое антикоррозионное покрытие;
4) многослойное покрытие, содержащее по меньшей мере два из вышеперечисленных покрытий.
Твердое антикоррозионное покрытие предпочтительно является твердым покрытием на основе смолы, твердеющей под действием ультрафиолетового излучения.
Контактная поверхность по меньшей мере одного, а предпочтительно обоих из конуса и муфты могут подвергаться предварительной обработке поверхности одним или более способом, выбранным из ряда, содержащего пескоструйную обработку, травление, фосфатирование, обработка солью щавелевой кислоты, борирование, гальваностегию, ударное плакирование, и их комбинации для улучшения адгезии или удержания сформированного поверх них покрытия и/или для улучшения стойкость к задирам резьбового соединения.
Трубное резьбовое соединение по настоящему изобретению на контактной поверхности имеет полученное в результате обработки поверхности покрытие, которое демонстрирует большую ΔΤ, которая равна или превышает ΔΤ покрытия, сформированного из консистентной смазки, такой как обычная компаундированная консистентная смазка, содержащая вредные тяжелые металлы. Следовательно, оно дает возможность проводить операции свинчивания без пластической деформации упорных участков или задиров, даже когда свинчивание осуществляется с высоким моментом. Кроме того, покрытие может препятствовать появлению задиров в жестких условиях, таких как нестабильные бурильные операции в море. В отличие от компаундированной консистентной смазки покрытие, полученное обработкой поверхности по существу не содержит вредных тяжелых металлов, таких как свинец, поэтому почти не загрязняет окружающую среду. Трубное резьбовое соединение по настоящему изобретению предотвращает появление коррозии и продолжает сохранять смазывающие свойства даже при повторяющихся операциях свинчивания и развинчивания, гарантирую газонепроницаемость после свинчивания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематическая иллюстрация необработанных участков металлического контакта (упорных участков и уплотнительных участков) специального резьбового соединения.
Фиг. 2 - диаграмма типичного крутящего момента для специального резьбового соединения во время свинчивания.
Фиг. 3 - схематическая иллюстрация собранной структуры стальной трубы и соединительной муфты во время отгрузки стальной трубы.
Фиг. 4 - схематическое сечение специального трубного соединения.
Фиг. 5 - пример структуры покрытия на трубном резьбовом соединении по настоящему изобретению.
Фиг. 6(А) и 6(В) - другие примеры структуры покрытий на трубном резьбовом соединении по настоящему изобретению.
- 4 026646
Подробное описание вариантов
Далее следует подробное описание иллюстративных вариантов трубного резьбового соединения по настоящему изобретению. В нижеследующем описании проценты означают массовые проценты, если не указано иное.
На фиг. 3 схематически показано состояние типичного трубчатого резьбового соединения во время поставки. На обоих концах стальной трубы сформирован конус 1 имеющий на своей внешней поверхности участок 3а с наружной резьбой, а на обеих сторонах муфты В сформированы гнезда 2, с участком 2Ь внутренней резьбы. Муфта В заранее соединена с одним концом стальной трубы А. Хотя на чертеже не показано, перед отгрузкой на конус стальной трубы А и в гнездо муфты В устанавливают предохранительный элемент, защищающий резьбовые участки, которые не соединены с другими элементами. Эти защитные элементы перед использованием резьбового соединения снимают.
Как показано на чертеже, в типичном трубном резьбовом соединении на внешней поверхности обоих концов стальной трубы сформирован конус (или ниппель), а на внутренней поверхности муфты, которая является отдельным элементом, сформировано гнездо. Также существуют интегральные трубные резьбовые соединения, в которых не используется муфта, и в которых на одном конце стальной трубы имеется конус, а на другом конце -гнездо. Трубчатое резьбовое соединение по настоящему изобретению может применяться в соединениях любого типа.
На фиг. 4 схематически показана структура специального резьбового соединения (далее именуемого просто резьбовое соединение), которое является типичным трубным резьбовым соединением для соединения трубных изделий нефтегазопромыслового сортамента. Это резьбовое соединение содержит конус 1, сформированный на внешней поверхности конца стальной трубы А и гнездо 2, сформированное на внутренней поверхности муфты В. Конус 1 имеет участок 3 а наружной резьбы, уплотняющий участок 4а, расположенный рядом с торцом стальной трубы, и упорный участок 5а на ее торцовой поверхности. Соответственно, гнездо 2 имеет участок 3Ь внутренней резьбы, уплотняющий участок 4й и упорный участок 5Ь на внутренней стороне участка 3Ь внутренней резьбы.
Уплотнительные участки и упорные участки конуса 1 и гнезда 2 образуют не имеющие резьбы металлические контактные участки и не имеющие резьбы металлические контактные участки (т.е., уплотняющие участки и упорные участки) вместе с резьбовым участками образуют контактные поверхности резьбового соединения. Эти контактные поверхности должны быть стойкими к задирам, газонепроницаемыми и стойкими к коррозии. В прошлом для этого на контактные поверхности наносили компаундированную консистентную смазку, содержащую порошки тяжелых металлов, или на контактных поверхностях формировали жидкое, полутвердое или твердое смазочное покрытие. Однако, как было указано выше, первый способ является вредным для людей и окружающей среды, а второй имеет проблемы с небольшой ΔΤ, поэтому возникает возможность пластической деформации упорных участков до завершения свинчивания, когда свинчивание выполняют с высоким крутящим моментом.
В резьбовом соединении по настоящему изобретению, по меньшей мере, конус и/или гнездо имеет первое твердое смазочное покрытие на участке контактной поверхности, включающем, по меньшей мере, упорный участок, и второе твердое смазочное покрытие по меньшей мере на части контактной поверхности, на которой нет первого твердого смазочного покрытия, и первое твердое смазочное покрытие имеет более высокую твердость по Кнупу чем второе твердое смазочное покрытие.
Ниже первое твердое смазочное покрытие будет именоваться твердым смазочным покрытием высокой твердости, а второе твердое смазочное покрытие будет именоваться твердым смазочным покрытием низкой твердости.
Однако в положениях рядом с резьбовыми участками между резьбовыми участками и уплотнительными участками резьбового соединения обычно оставляют участок, где конус и гнездо муфты не контактируют друг с другом даже когда резьбовое соединение находится в свинченном состоянии, чтобы дать возможность выйти компонентам смазки, которые выдавливаются во время свинчивания резьбового соединения. В некоторых резьбовых соединениях не контактирующую область, в которой конус и гнездо муфты не контактируют друг с другом, создают намеренно, например, между уплотняющими участками и упорными участками. Участок, в котором конус и гнездо не контактируют друг с другом когда резьбовое соединение находится в свинченном состоянии, не относится к контактным поверхностям и покрытие по настоящему изобретению на током участке может присутствовать или отсутствовать.
Твердое смазочное покрытие высокой твердости сформировано только на участке, включающем упорный участок контактной поверхности конуса и/или гнезда муфты. Участком контактной поверхности, имеющим твердое смазочное покрытие высокой твердости, может быть лишь упорный участок, но предпочтительно им является весь не имеющий резьбы металлический контактный участок, включающий уплотняющий участок и упорный участок. Более конкретно, твердое смазочное покрытие высокой твердости предпочтительно сформировано на уплотняющем участке и на упорном участке контактной поверхности. Второе твердое смазочное покрытие или покрытие низкой твердости сформировано по меньшей мере на той части контактной поверхности, на которой нет твердого смазочного покрытия высокой твердости. Оно может быть сформировано на всей контактной поверхности. В этом случае часть контактной поверхности имеет два твердых смазочных покрытия и твердое смазочное покрытие низкой
- 5 026646 твердости расположено под твердым смазочным покрытием высокой твердости. Модно также сформировать твердое смазочное покрытие низкой твердости только на том участке, где твердое смазочное покрытие не сформировано (например, только на участке резьбы).
Когда твердое смазочное покрытие высокой твердости и твердое смазочное покрытие низкой твердости имеются только на конусе или только на гнезде муфты, особых ограничений на обработку контактной поверхности другого элемента не существует. Например, на контактной поверхности одного элемента может быть сформировано такое же покрытие, которое применяется в качестве твердого смазочного покрытия высокой твердости или твердого смазочного покрытия низкой твердости на контактной поверхности другого элемента, или другое, или жидкое смазочное покрытие, твердое антикоррозионное покрытие или многослойное покрытие, содержащее комбинацию двух или более из таких покрытий, при этом такое покрытие может быть нанесено на часть, но предпочтительно на всю поверхность другого элемента. К жидким смазочным покрытиям относятся покрытия из смазочного масла и вязкой жидкости или полутвердое смазочное покрытие. Альтернативно, контактная поверхность другого элемента может быть оставлена необработанной или она может подвергаться описанной ниже подготовительной обработке поверхности для придания поверхности шероховатости (например, химическому фосфатированию).
На фиг. 5 и на фиг. 6(А) и 6(В) показаны различные возможные варианты структур покрытия, сформированного на контактных поверхностях конуса и гнезда муфты. На этих чертежах из наружных резьб, сформированных на резьбовом участке конуса 1, резьба 3а' на конце, примыкающем к уплотняющему участку, показана как незавершенная резьба, видимая как начало витка резьбы. За счет того, что резьба на конце конуса оставлена неполной, облегчается центровка конуса и возможность повреждения резьбового участка гнезда муфты во время центровки конуса уменьшается.
На фиг. 5 показан вариант, в котором не имеющие резьбы металлические контактные участки (уплотняющий участок и упорный участок) контактных поверхностей и конуса и гнезда муфты имеют твердое смазочное покрытие 10 высокой твердости, а остальные участки контактных поверхностей конуса и гнезда муфты, которые в первую очередь являются резьбовыми участками, имеют твердое смазочное покрытие 11 низкой твердости.
На фиг. 6(А) показан вариант, в котором твердое смазочное покрытие 10 высокой твердости имеет или конус, или гнездо муфты (на чертеже - конус), и это покрытие нанесено на не имеющий резьбы металлический контактный участок, а твердое смазочное покрытие 11 низкой твердости покрывает остальную часть контактной поверхности так же, как и на фиг. 5, а вся контактная поверхность другого элемента (на чертеже - гнезда муфты) покрыта твердым смазочным покрытием 11 низкой твердости.
На фиг. 6(В) показан вариант в котором или конус, или гнездо муфты (на чертеже - гнездо муфты) имеет твердое смазочное покрытие 10 высокой твердости, которое нанесено на не имеющий резьбы металлический контактный участок, а твердое смазочное покрытие 11 низкой твердости нанесено на остальную контактную поверхность так же, как и на фиг. 5, при этом вся контактная поверхность другого элемента (на чертеже - конуса) покрыта твердым антикоррозионным покрытием 12.
Специалистам понятно, что трубное резьбовое соединение по настоящему изобретению может иметь комбинации покрытий помимо тех, которые писаны выше. Например, в любом из вариантов, показанных на фиг. 5 и фиг. 6(А) и 6(В) твердое смазочное покрытие 11 низкой твердости может присутствовать также под твердым смазочным покрытием 10 высокой твердости. То есть, не имеющий резьбы металлический контактный участок, включающий уплотняющий участок и упорный участок конуса и/или гнезда муфты покрыт двумя слоями, состоящими из нижнего слоя твердого смазочного покрытия 11 низкой твердости и верхнего слоя твердого смазочного покрытия 10 высокой твердости. В этом случае твердое смазочное покрытие 11 низкой твердости может быть сформировано на всей контактной поверхности, но можно также формировать это покрытие 11 на части контактной поверхности. Например, твердое смазочное покрытие 11 низкой твердости можно сформировать так, чтобы покрыть им участок от резьбового участка до уплотняющего участка, благодаря чему вышеупомянутыми двумя слоями 10 и 11 будет покрыт только уплотняющий участок, а упорный участок будет покрыт только твердым смазочным покрытием 10 высокой твердости. Кроме того, твердое смазочное покрытие 10 высокой твердости может быть нанесено только на упорный участок.
Далее будут описаны разные типы покрытий, которые можно наносить на контактные поверхности трубного резьбового соединения по настоящему изобретению. Если не оговорено иное, процент содержания компонентов покрытия означает массовый процент. Это содержание по существу является таким же, что и содержание на основе общего содержания твердых веществ в составе покрытия для формирования смазочного покрытия (общее содержание нелетучих компонентов).
Твердые смазочные покрытия высокой и низкой твердости
Твердое смазочное покрытие высокой твердости - это твердое смазочное покрытие, имеющее твердость по Кнупу, которая является относительно высокой по сравнению с твердым смазочным покрытием низкой твердости. Оно создает сопротивление скольжению на финальном этапе свинчивания резьбового соединения (с момента, когда упорные участки конуса и гнезда начинают контактировать, до момента, когда уплотняющие участки на войдут в плотный контакт с заданным натягом). Оно затрудняет возник- 6 026646 новение пластической деформации упорных участков, даже когда свинчивание ведется с высоким моментом.
Твердое смазочное покрытие с низкой твердостью - это твердое смазочное покрытие с относительно низкой твердостью по Кнупу. Оно облегчает скольжение на начальном этапе свинчивания резьбового соединения (с момента, когда резьбы конуса и гнезда войдут в контакт, до момента, когда уплотняющие участки конуса и гнезда начинают контактировать) и оно оказывает влияние на снижение Τδ.
В настоящем изобретении твердое смазочное покрытие высокой твердости, которое создает вышеупомянутый эффект, формируется так, чтобы покрывать часть контактной поверхности, включающую, по меньшей мере, упорный участок по меньшей мере одного элемента из ряда, включающего конус и гнездо муфты. Предпочтительно весь не имеющий резьбы металлический контактный участок, включающий уплотняющий участок и упорный участок, покрыт твердым смазочным покрытием высокой твердости. Когда резьбовое соединение имеет множество уплотняющих участков, они все предпочтительно покрыты твердым смазочным покрытием высокой твердости. Однако цель увеличения ΔΤ может быть достигнута, даже если только один из уплотняющих участков, который первым входит в контакт на финальном этапе свинчивания резьбового соединения, будет покрыт твердым смазочным покрытием высокой твердости. Участок, на котором сформировано твердое смазочное покрытие высокой твердости, можно выбрать в соответствии с формой соединения и требуемыми свойствами.
Примером твердого смазочного покрытия, подходящего для применения в настоящем изобретении, является покрытие, сформированное из органической смолы или неорганического полимера в качестве пленкообразующего компонента (связующего). В дополнение к пленкообразующему компоненту твердое смазочное покрытие может содержать различные общеизвестные присадки, такие как смазывающие частицы и антикоррозионный агент (модификатор коррозионной стойкости). Изменяя комбинацию компонентов или содержание компонентов, можно сформировать два типа твердого смазочного покрытия, имеющие разную твердость по Кнупу, и эти покрытия применяются как твердое смазочное покрытие высокой твердости и твердое смазочное покрытие низкой твердости.
Для увеличения ΔΤ трубного резьбового соединения желательно, чтобы удовлетворялось следующее уравнение:
(Твердость по Кнупу твердого смазочного покрытие высокой твердости)/(Твердость по Кнупу твердого смазочного покрытия низкой твердости)>1,1
Это отношение более предпочтительно составляет 1,2 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1,5. Это отношение может быть по меньшей мере 2,0.
Твердые смазочные покрытия и высокой, и низкой твердости можно формировать, равномерно диспергируя по мере необходимости различные присадки, такие как смазывающие частицы в растворе (или дисперсии) пленкообразующего компонента, и регулируя вязкость, необходимую для приготовления композиции покрытия, нанося композицию покрытия на контактную поверхность по меньшей мере одного из элементов ряда, включающего конус и гнездо муфты резьбового соединения, и высушивая композицию. Композиция покрытия может наноситься подходящим известным способом, например кистью, погружением, распылением и т.п.
Смазывающие частицы улучшают смазывающие свойства смазочного покрытия и повышают стойкость к задирам. Примерами смазывающих частиц, создающих такой эффект, являются карбонаты, силикаты, оксиды, карбиды, нитриды, сульфиды, фториды, графит (включая наночастицы, являющиеся производными углерода, такие как углеродные нанотрубки и углеродные луковицы), ПТФЭ (политетрафторэтилен), металлическое мыло и т.п. К карбонатам относятся карбонаты щелочных металлов и щелочноземельных металлов, такие как Иа2СО3, СаСО3, М§СО3 и т.д. К силикатам относятся М\Оу8Ю2 (где М щелочной металл или щелочно-земельный металл) . К оксидам относятся А12О3, ΤίΟ2, СаО, ΖγΟ2, δίΟ2, Ре2О3, Ре3О4, Υ2Ο3 и т.д. Карбиды включают §1С, Τίί.’ и т.д., нитриды включают ΤίΝ, ΒΝ, Α1Ν, δί3Ν4 и т.д., а сульфиды включают дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, РЬ8 и т.д. Фториды включают СаР2, ВаР2 и т.д. Они могут применяться индивидуально или два или более типа могут смешиваться друг с другом.
Нет особых ограничений на средний диаметр смазывающих частиц, но типично предпочтительно этот диаметр составляет 0,5-60 мкм. Если диаметр частиц меньше 0,5 мкм, порошок будет легко агломерироваться и его будет трудно равномерно диспергировать в слое покрытия. В результате, полученное смазочное покрытие локально может иметь неадекватные характеристики. С другой стороны, если диаметр частиц превышает 60 мкм, уменьшается не только прочность покрытия, но и его адгезия к подложке и иногда становится невозможным предотвратить задиры.
Помимо смазывающих частиц в твердое смазочное покрытие можно вводить различные присадки, включая антикоррозионный агент в количествах, которые не снижают стойкость к задирам. Например, для улучшения свойств твердого смазочного покрытия, препятствующих появлению ржавчины, в него можно вводить один или более из антикоррозионных агентов, выбранных из ряда, содержащего порошок цинка, хромовый краситель, краситель на основе оксида кремния и оксида алюминия. Особенно предпочтительным антикоррозионным агентом является порошок δίΟ2 с частичным замещением кремния на
- 7 026646 ионы кальция. Твердое смазочное покрытие может содержать неорганический порошок для регулировки скольжения. Примерами такого неорганического порошка являются диоксид титана и оксид висмута. Эти антикоррозионные агенты, неорганические порошки и пр. (т.е., порошковые компоненты, не являющиеся смазывающими частицами) могут составлять до 20% твердого смазочного покрытия.
В дополнение к этим компонентам твердое смазочное покрытие может содержать один или более из второстепенных присадок, выбранных из ряда, содержащего поверхностно-активный агент, краситель, антиоксидант и т.п., в количестве, например, до 5%. Дополнительно покрытие может содержать чрезвычайно малое количество (не более 2%) агента, позволяющего выдерживать чрезвычайно высокое давление, жидкой смазки и пр.
В качестве связующего (пленкообразующего компонента) можно использовать органическую смолу или неорганический полимер (также именуемый неорганической смолой).
Предпочтительной органической смолой является смола, обладающая термостойкостью, подходящей твердостью и износостойкостью. Примерами такой смолы являются термореактивные смолы, такие как эпоксидные смолы, полиимидные смолы, поликарбодиимидные смолы, фенольные смолы, фурановые смолы, и силиконовые смолы; и термопластичные смолы, такие как полиолефины, полистиролы. полиуретаны, полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты, акриловые смолы, термопластичные эпоксидные смолы, полиамидимидные смолы, полиэфирэфиркетоны и полиэфирсульфоны. Применяемая смола может быть сополимером или смесью двух или более смол.
Предпочтительным связующим для твердого смазочного покрытия высокой твердости является полиэфирэфиркетоновая смола, фенольная смола, фурановая смола, полиамидимидная смола или эпоксидная смола.
Как растворитель для органической смолы можно применять различные растворители с низкой точкой кипения, включая воду, углеводороды (например, толуол), спирты (например, изопропиловый спирт), Ν-метилпирролидон, γ-бутиролактон и диметилсульфоксид, индивидуально или в форме смеси растворителей.
В раствор органической смолы можно ввести одну или более присадку и равномерно диспергировать ее в растворе для получения композиции покрытия. При использовании в качестве связующего термореактивной смолы, с точки зрения адгезии и износостойкости покрытия после нанесения покрытия на контактную поверхность резьбового соединения предпочтительно покрытие нагревают для его твердения. Температура нагрева предпочтительно равна по меньшей мере 120°С и более предпочтительно 150380°С. Время нагрева можно задавать на основе размера трубного резьбового соединения, но предпочтительно составляет не менее 20 мин и более предпочтительно 30-60 мин.
Когда связующим является термопластичная смола, можно использовать композицию покрытия, полученную с применением растворителей. Однако также можно формировать термопластичное твердое смазочное покрытие способом горячего расплава, не применяя растворители. В способе горячего расплава композицию покрытия, содержащую термопластичную смолу и смазывающие частицы, нагревают для плавления термопластичной смолы, и композицию, находящуюся в текучем состоянии и имеющую низкую вязкость, распыляют из нагретого пульверизатора, способного поддерживать постоянную температуру (обычно приближающуюся к температуре композиции в расплавленном состоянии). Температура нагрева композиции предпочтительно на 10-50°С превышает точку плавления (температуру плавления или температуру размягчения) термопластичной смолы. Этот способ подходит для применения термопластичной смолы с точкой плавления 80-320°С и предпочтительно 90-200°С.
В способе горячего расплава подложку, на которую наносится покрытие (в данном случае контактная поверхность конуса и/или гнезда муфты), предварительно нагревают до температуры, превышающей точку плавления термопластичной смолы. В результате, можно получить хорошую кроющую способность. Когда композиция покрытия содержит небольшое количество (например, не более 2%) поверхностно-активного агента, такого как полидиметилсилоксан, можно получить хорошую кроющую способность, даже если подложка не была предварительно нагрета или если температура предварительного нагрева была ниже точки плавления термопластичной смолы. После нанесения подложку охлаждают воздухом или дают ей остыть естественным образом, чтобы термопластичная смола отвердела и сформировала твердое смазочное покрытие на подложке.
Неорганические полимеры, которые можно использовать в качестве связующего в настоящем изобретении, являются субстанциями, имеющими структуру, образованную трехмерными сшитыми металлкислородными группами, такими как Τί-Ο, δί-Ο, Ζτ-Ο, Μη-Ο, Се-0 или Ва-О. Такое соединение можно сформировать гидролизом и конденсацией гидролизуемой органометаллической субстанции, типичным представителем которой является алкоксид металла (хотя можно также использовать другие гидролизуемые неорганические субстанции, такие как тетрахлорид титана). Полезными алкоксидами металла могут быть субстанции, в которых алкоксильная группа является нижней алкоксильной группой, такой как метоксильная, этоксильная, изопропоксильная, пропоксильная, изобутоксильная, бутоксильная или тертбутоксильная.
Предпочтительным алкоксидом металла является алкоксид титана или кремния и алкоксид титана является особенно предпочтительным. Из них изопропоксид титана является предпочтительным из-за
- 8 026646 его превосходных пленкообразующих свойств.
Неорганическая полимерная субстанция может содержать алкильную группу, которая может быть замещена на функциональную группу, такую как амин или эпоксигруппу. Например, можно применять органическую субстанцию, такую как силановый связывающий агент, в котором одна или две алкоксильные группы алкоксида металла замещены негидродизуемой алкильной группой, имеющей функциональную группу.
Когда связующее является неорганической полимерной субстанцией, композицию покрытия можно формировать путем диспергирования смазывающих частиц в растворе алкоксида металла или его частичного гидролизата, и эта композиция наносится на контактную поверхность по меньшей мере одного из конуса или гнезда муфты. После сушки формируется твердое смазочное покрытие, изготовленное из неорганической полимерной субстанции, имеющей звенья металл-кислород, в которой диспергированы смазывающие частицы. После нанесения, для того чтобы способствовать формированию пленки гидролизом, можно выполнить увлажняющую обработку. Эту обработку можно проводить, оставив покрытие на заранее определенное время на воздухе с относительной влажностью предпочтительно по меньшей мере 70%. Нагрев осуществляют предпочтительно после увлажняющей обработки. Нагрев способствует гидролизу и конденсации гидролизатов и выходу спирта, который является побочным продуктом гидролиза, в результате чего за короткое время формируется сухое покрытие и усиливается адгезия сформированного покрытия, что увеличивает стойкость к задирам. Температура такого нагрева предпочтительно составляет 100-200°С, что близко к точке кипения спирта, который формируется как побочный продукт, и во время нагрева полезно обдувать покрытие горячим воздухом.
Для формирования твердого смазочного покрытия с высокой твердостью по Кнупу в качестве связующего, например, можно выбрать термореактивную смолу или неорганический полимер и/или можно увеличить содержание неорганических твердых компонентов и, особенно, смазывающих частиц.
В том случае, когда отсутствуют участки, на которых твердое смазочное покрытие высокой твердости наложено на твердое смазочное покрытие низкой твердости, как показано на фиг. 5 (например, когда твердое смазочное покрытие низкой твердости сформировано на резьбовых участках контактных поверхностей, а твердое смазочное покрытие высокой твердости сформировано на уплотняющих участках и на упорных участках), первым можно формировать любое из твердых смазочных покрытий. Конкретнее, тепловую обработку осуществляют после нанесения композиций покрытия для формирования твердого смазочного покрытия низкой твердости и твердого смазочного покрытия высокой твердости.
Когда имеется участок, на котором твердое смазочное покрытие высокой твердости нанесено на твердое смазочное покрытие низкой твердости, (т.е. когда твердое смазочное покрытие низкой твердости нанесено на всю контактную поверхность), сначала формируют твердое смазочное покрытие низкой твердости, а затем формируют твердое смазочное покрытие высокой твердости так, чтобы твердое смазочное покрытие низкой твердости стало нижним слоем.
Как указано выше, толщина каждого твердого смазочного покрытия низкой твердости и высокой твердости предпочтительно составляет 10-150 мкм. Однако, когда имеется участок, на котором имеются оба эти твердые смазочные покрытия, общая толщина двух покрытий предпочтительно не превышает 200 мкм. Когда эти два твердых смазочных покрытия не находят одно на другое, толщина твердого смазочного покрытия с высоки трением и толщина твердого смазочного покрытия с низким трением предпочтительно одинакова (в пределах ±15 мкм) так, чтобы не формировалась большая ступень на границе между покрытиями этих двух типов.
Твердое антикоррозионное покрытие
Как указано выше со ссылкой на фиг. 4, в период до начала активного использования трубного резьбового соединения на конус и в гнездо муфты, которые не используются для соединения стальной трубы и муфты, часто устанавливают защитные элементы. Необходимо, чтобы твердое антикоррозионное покрытие не было разрушено по меньшей мере силой, прилагаемой при установке защитного элемента, чтобы оно не растворилось в воде, образующейся при конденсации водяного пара в точке росы при транспортировке и хранении, и чтобы оно не размягчалось даже при температуре, превышающей 40°. В качестве твердого антикоррозионного защитного покрытия можно использовать любое покрытие, удовлетворяющее этим требованиям. Например, твердым антикоррозионным покрытием может быть покрытие из термореактивной смолы, возможно содержащей антикоррозионный агент.
Предпочтительно твердым антикоррозионным защитным покрытием является покрытие, основанное на смоле, твердеющей под действием ультрафиолетового излучения. Применимая УФ-отверждаемая смола содержит, по меньшей мере, мономер, олигомер и инициатор фотополимеризации.
Некоторыми не ограничивающими примерами мономеров являются поливалентные (двух-, трех- и более валентные) эфиры многоатомных спиртов с (мет)акриловой кислотой, различные (мет)акрилаты, Ν-винилпирролидон, Ν-винилкапролактам и стирол. Некоторыми не ограничивающими примерами олигомеров являются эпокси(мет)акрилаты, уретан(мет)акрилаты, (мет)акрилаты сложных полиэфиров, полиэфир(мет)акрилаты, и силикон(мет)акрилаты.
Применимыми инициаторами фотополимеризации являются субстанции, поглощающие волы длиной 260-450 нм, примерами которых являются бензоин и его производные, бензофенон и его производ- 9 026646 ные, ацетофенон и его производные, тетраметилдиаминобензофенон, бензил и его производные, тетраалкилеиурам моносульфид и тиоксаны. Особенно предпочтительно применять тиоксаны.
С точки зрения прочности покрытия и скольжения твердое антикоррозионное покрытие, сформированное из УФ-отверждаемой смолы, может содержать присадки, выбранные из ряда, в который входят смазки, волокна-наполнители, и антикоррозионные агенты. Примерами смазок являются металлическое мыло, такое как стеарат кальция и стеарат цинка, и политетрафторэтиленовая смола (ПТФЭ). Примером волокна-наполнителя является игольчатый карбонат кальция, например, АНбак выпускаемый компанией Магио Са1с1ит Со., Ыб. Одна или более из этих присадок может добавляться в количестве 0,05-0,35 частей по массе на одну часть по массе УФ-отверждаемой смолы. Примерами антикоррозионного агента являются триполифосфат алюминия и фосфористокислый алюминий. Антикоррозионный агент можно добавлять в максимальном количестве приблизительно 0,10 частей по массе на одну часть по массе УФотверждаемой смолы.
Твердое антикоррозионное покрытие, сформированное из УФ-отверждаемой смолы часто бывает прозрачным. Для облегчения визуального контроля качества или обработки изображений сформированного твердого антикоррозионного покрытия (проверка наличия покрытия и проверка равномерности или неравномерности толщины покрытия), твердое антикоррозионное покрытие может содержать краситель. Применяемый краситель можно выбрать из ряда, в который входят пигменты, красящие вещества и флуоресцентные материалы.
Количество добавляемого пигмента или красящего вещества предпочтительно не превышает 0,05 частей по массе на одну часть по массе УФ-отверждаемой смолы.
Флуоресцентным материалом могут быть любые флуоресцентные пигменты, флуоресцентные краски и люминофоры, применяемые в флуоресцентных красках. Твердое антикоррозионное покрытие, содержащее флуоресцентный материал, является прозрачным и цветным или бесцветным в видимом свете, но при облучении невидимым или ультрафиолетовым светом, он излучает свет и окрашивается так, что появляется возможность убедиться в наличии покрытия и обнаружить неравномерность толщины покрытия. Кроме того, поскольку покрытие является прозрачным при видимом свете, можно наблюдать подложку, то есть поверхность подложки под твердым антикоррозионным покрытием. Соответственно, твердое антикоррозионное покрытие не мешает проверять резьбовое соединение на предмет повреждений. Количество добавляемого флуоресцентного материала предпочтительно составляет не более приблизительно 0,05 частей по массе на одну часть по массе УФ-отверждаемой смолы.
Предпочтительным красителем является флуоресцентный материал и особенно предпочтительным является флуоресцентный пигмент.
После того, как композиция на основе УФ-отверждаемой смолы будет нанесена не контактную поверхность резьбового соединения, покрытую поверхность облучают ультрафиолетом для отверждения покрытия, что приводит к формированию твердого антикоррозионного покрытия на основе УФотверждаемой смолы. Облучение ультрафиолетом можно проводить с помощью коммерчески доступного устройства для излучения ультрафиолета с длиной волн 200-450 нм. Примерами источника ультрафиолета являются ртутные лампы высокого давления, ртутные лампы сверхвысокого давления, ксеноновые лампы, дуговые лампы с угольным электродом, лампы металлогалогеновые лампы, и солнечный свет.
Толщина твердого антикоррозионного покрытия (общая толщина, когда покрытие имеет два или более слоя УФ-отверждаемой смолы) предпочтительно составляет 5-50 мкм и более предпочтительно 1040 мкм. Если толщина твердого антикоррозионного слоя будет слишком мала, он будет недостаточно выполнять функцию защиты от коррозии. С другой стороны, если толщина твердого антикоррозионного покрытия слишком велика, при установке защитного элемента это твердое антикоррозионное покрытие может быть повреждено силой, применяемой для установки защитного элемента, что приведет к неадекватной защите от коррозии.
Твердое антикоррозионное покрытие на основе УФ-отверждаемой смолы является прозрачным, поэтому состояние подложки можно визуально проверять, не удаляя это покрытие, и имеется возможность перед свинчиванием осматривать резьбовые участки прямо сквозь покрытие. Соответственно, формируя твердое антикоррозионное покрытие на контактной поверхности конуса, который на своей внешней поверхности имеет резьбу и который более легко может быть поврежден, можно легко проверять резьбовой участок конуса на наличие повреждений не удаляя покрытие, поскольку он типично находится на внешней поверхности конца стальной трубы.
Поэтому такое твердое антикоррозионное покрытие предпочтительно формируют на контактной поверхности конуса, а вышеописанные твердые смазочные покрытия высокой и низкой твердости предпочтительно формируют на контактной поверхности гнезда муфты.
Как в описанном выше случае твердого смазочного покрытия твердое антикоррозионное покрытие предпочтительно наносят распылением. К распылению относится распыление горячего расплава.
Подготовительная обработка поверхности
Если контактные поверхности трубного резьбового соединения по настоящему соединению, на которые следует сформировать твердое смазочное покрытие низкой плотности, твердое смазочное покры- 10 026646 тие высокой твердости или, в некоторых случаях, твердое антикоррозионное покрытие подвергнуть подготовительной обработке поверхности для придания поверхности шероховатости так, чтобы увеличить шероховатость поверхности более 3-5 мкм, которая является шероховатостью после машинной обработки, адгезия покрытия увеличится и, поэтому, тенденция к эффектам, которые являются целью настоящего изобретения, усилится. Соответственно, перед формированием покрытия предпочтительно выполняют подготовительную обработку контактной поверхности для придания поверхности шероховатости.
При формировании покрытия на контактной поверхности с высокой шероховатостью толщина покрытия предпочтительно превышает Ктах шероховатой контактной поверхности, чтобы полностью покрыть контактную поверхность. Толщина покрытия для шероховатой контактной поверхности является средней величиной толщины всего покрытия, которую можно рассчитать по площади, массе и плотности покрытия.
Примерами подготовительной обработки поверхности для придания поверхности шероховатости являются струйная обработка путем выброса обрабатывающего материала, например, дроби, имеющей сферическую форму, или крупного песка, песчинки которого имеют угловатую форму, травление опусканием в сильный раствор кислоты, например, раствор серной кислоты, хлористо-водородной кислоты, азотной кислоты или фтористо-водородной кислоты для придания поверхностной шероховатости, обработка химическим преобразованием, например, фосфатирование, обработка солью щавелевой кислоты, и обработка солями борной кислоты (в форме выпавших в осадок кристаллов, типично игольчатой формы, при этом шероховатость кристаллической поверхности увеличивается), гальваностегия такими металлами как Си, Ре, δη или Ζη или сплавом этих металлов (поверхность может стать немного более шероховатой из-за преимущественного осаждения на выступах), и ударное плакирование, которое позволяет сформировать пористое нанесенное покрытие. В качестве одного примера гальваностегии можно привести композитное плакирование, которое формирует покрытие, в котором мельчайшие твердые частицы диспергированы в металле, и эти мельчайшие твердые частицы выступают из покрытия так, что этот способ можно применять для придания поверхности шероховатости. Можно применять два или более типа подготовительной обработки поверхности в комбинации. Обработку можно проводить известными способами.
Независимо от того, какой способ применяется для подготовительной обработки контактной поверхности, шероховатость Ктах поверхности после подготовительной обработки предпочтительно составляет 5-40 мкм. Если Ктах меньше 5 мкм, адгезия и удержание смазочного покрытия иногда бывают неадекватны. С другой сторону, если Ктах превышает 40 мкм, увеличивается трение, смазочное покрытие не способно выдержать сдвигающие силы и сжимающие силы при воздействии высокого давления и легче повреждается или отслаивается.
С точки зрения адгезии смазочного покрытия предпочтительной является подготовительная обработка поверхности, которая может сформировать пористое покрытие, а именно, химическое преобразование и ударное плакирование. В этом случае для того, чтобы Ктах составляла по меньшей мере 5 мкм, толщина покрытия должна быть по меньшей мере 5 мкм. Верхней предел толщины покрытия по существу отсутствует, но обычно он составляет максимум 50 мкм и предпочтительно максимум 40 мкм, что является адекватной величиной. При формировании смазочного покрытия поверх пористого покрытия, сформированного подготовительной обработкой поверхности, адгезия смазочного покрытия улучшается за счет так называемого анкерного эффекта. В результате отслаивание твердого смазочного покрытия затрудняется даже при повторяющихся операциях свинчивания и развинчивания и прямой контакт металла с металлом по существу предотвращается, что приводит к дополнительному улучшению стойкости к задирам, газонепроницаемости и предотвращению коррозии.
Особенно предпочтительной подготовительной обработкой поверхности для формирования пористого покрытия является химическое фосфатирование (обработка фосфатом марганца, фосфатом цинка, фосфатом железа-марганца, или фосфатом цинка-кальция) и формирование покрытия из цинка или цинка-железа ударным плакированием. С точки зрения адгезии предпочтительным является покрытие из фосфата марганца, а с точки зрения защиты от коррозии предпочтительным является покрытие из цинка или сплава цинка с железом, от которого можно ожидать жертвенного эффекта защиты от коррозии.
Химическое фосфатирование можно выполнять погружением или распылением известным способом. Типичный кислотный фосфатирующий раствор, применяемый для оцинкованных материалов, можно использовать как раствор для химической конверсионной обработки. Например, можно применять цинковый фосфатирующий раствор, содержащий 1-150 г/л ионов фосфата, 3-70 г/л ионов цинка, 1-100 г/л ионов нитрата и 0-30 г/л ионов никеля. Можно также применять марганцевый фосфатирующий раствор, широко применяемый для резьбовых соединений. Температура раствора находится в диапазоне от комнатной до 100°С, а продолжительность обработки может доходить до 15 мин в соответствии с требуемой толщиной покрытия. Для того, чтобы способствовать образованию покрытия можно на обрабатываемую поверхность перед фосфатированием подавать водный раствор, модифицирующий поверхность, содержащий коллоидный титан. После фосфатирования предпочтительно выполняют промывку горячей или холодной водой и сушку.
Ударное плакирование можно проводить механическим плакированием, при которой частицы и
- 11 026646 плакируемый материал соударяются друг с другом внутри вращающегося барабана, или дутьевым плакированием, при котором частицы ударяются в плакируемый материал с помощью дутьевого устройства. В настоящем изобретении достаточно провести плакирование лишь контактных поверхностей, потому предпочтительно выполнять дутьевое плакирование, которое позволяет осуществлять локальное плакирование. С точки зрения защиты от коррозии и адгезии толщина слоя цинка или цинкового сплава, сформированного ударным плакированием, составляет 5-40 мкм.
Дутьевое плакирование выполняют, например, направлением струи материала в форме частиц, имеющих железный сердечник, поверхность которого покрыта цинком или сплавом цинка, на контактную поверхность, на которую должно быть нанесено покрытие. Содержание цинка или сплава цинка в частицах предпочтительно составляет 20-60%, а диаметр частиц предпочтительно равен 0,2-1,5 мм. В результате соударений к контактной поверхности, являющейся подложкой прилипает только цинк или сплав цинка, который образует слой покрытия, и на контактной поверхности формируется пористое покрытие из цинка или цинкового сплава. Такое дутьевое плакирование позволяет формировать пористое покрытие имеющее хорошую адгезию к поверхности стали, независимо от типа стали.
Особая гальваностегия является другим типом подготовительной обработки поверхности и, хотя она почти не влияет на шероховатость поверхности, она позволяет создать один слой или множество слоев, улучшающих адгезию между смазочным покрытием и подложкой, что повышает стойкость к задирам трубного резьбового соединения.
Примерами такой подготовительной обработки поверхности является гальваностегия металлами, такими как Си, δη Νί или их сплавами. Плакирование может быть однослойным или многослойным с двумя или более слоями. Конкретными примерами гальваностегии такого типа является покрытие Си, покрытие δη, покрытие Νί, покрытие сплавом Си-δη, покрытие сплавом Си-δη-Ζη, двухслойное покрытие Си и δη и трехслойное покрытие Νί, Си и δη. В частности, если трубное резьбовое соединение изготовлено из стали с содержанием Сг более 5%, задиры возникают чрезвычайно легко. В этом случае предпочтительно выполнять подготовительную обработку поверхности однослойным плакированием сплавом Си-δη или сплавом Си-δη-Ζη, или многослойным плакированием металлом с двумя или более слоями, выбранными из слоев этих сплавов и слоя Си, слоя δη, и слоя Νί, например, двухслойное плакирование со слоями Си и δη, двухслойное покрытие слоями Νί и δη, двухслойное плакирование со слоем Νί и слоем Си-δη-Ζη и трехслойное плакирование со слоем Νί, слоем Си и слоем δη.
Эти типы слоев металла можно формировать способом, изложенным в ίΡ 2003-74763А. В случае многослойного плакирования нижний слой металла (обычно слой Νί), который именуется ударным слоем, предпочтительно является чрезвычайно тонким слоем, имеющим толщину не более 1 мкм. Толщина слоя (общая толщина в случае многослойного плакирования) предпочтительно находится в диапазоне 515 мкм.
Другим типом подготовительной обработки поверхности является создание формирование твердого антикоррозионного покрытия.
Примеры
Эффекты настоящего изобретения будут проиллюстрированы на следующих примерах и сравнительных примерах. В нижеследующем описании контактная поверхность конуса, включающая резьбовой участок и не имеющий резьбы металлический контактный участок, будет именоваться поверхностью конуса, а контактная поверхность гнезда муфты, включающая резьбовой участок и не имеющий резьбы металлический контактный участок, будет именоваться поверхностью муфты.
Поверхность конуса и поверхность муфты особого резьбового соединения УАМТОР (наружный диаметр 17,78 см (7 дюймов), толщина стенки 1,036 см (0,408 дюйма)), изготовленного из углеродистой стали, имеющей состав, приведенный в табл. 1, подвергали подготовительной обработке поверхности, показанной в табл. 2. Затем, как показано в табл. 3 и 4, на поверхности конуса и поверхности муфты были сформированы твердое смазочное покрытие высокой твердости, твердое смазочное покрытие низкой твердости и, в некоторых случаях, твердое антикоррозионное покрытие.
Ниже будут подробно описаны составы обрабатывающих растворов и покрытий. В табл. 4 не имеющие резьбы металлические контактные участки означают уплотняющие участки и упорные участки, а резьбовой участок означает участок контактной поверхности, не являющийся уплотняющим участком и упорным участком. Когда на не имеющих резьбы металлических контактных участках и на резьбовых участках формировались разные покрытия, сначала формировали твердое смазочное покрытие формировали на не имеющих резьбы металлических контактных участках, а затем на резьбовом участке формировали отдельное твердое смазочное покрытие. При формировании твердого смазочного покрытия на резьбовом участке, покрытие наносилось с применением трафарета, чтобы не формировать смазочное покрытие поверх ранее сформированного твердого смазочного покрытия на не имеющих резьбы металлических контактных участках. Однако, граница между этими двумя покрытиями не обязательно должна быть четкой и эффекты настоящего изобретения могут быть получены даже при наличии на границе перекрытия этих двух слоев шириной приблизительно 1 мм.
Твердость по Кнупу (Нк) каждого твердого смазочного покрытия измерялась тестером микротвердости НМУ-200, выпускаемом компанией δΐιίιηαύζιι Согрогайон. в условиях 100 г в течение 10 с исполь- 12 026646 зованием образца, имеющего твердое смазочное покрытие, сформированное таким же способом на стальной пластине, изготовленной из того же материала.
Тест на высокомоментное свинчивание, при котором свинчивание осуществлялось с высоким крутящим моментом, проводился на трубных резьбовых соединениях, подготовленных вышеописанным способом, для создания диаграммы крутящего момента, аналогичной той, которая приведена на фиг. 2, и для этой диаграммы измерялись Тк (момент упора), Ту (момент пластической деформации) и ΔΤ (=Ту-Тк, момент сопротивления упора).
Тк - это момент при начале соприкосновения упорных поверхностей. Более конкретно, крутящий момент при изменении крутящего момента при соприкосновении упорных участков начинает переходить в линейную область (область упругой деформации) и становится Тк. Ту - это момент в начале пластической деформации. Более конкретно, после достижения Тк и когда изменение крутящего момента при вращении начинает терять линейность и и отходит от линейной области, момент становится Ту.
Относительные величины ΔΤ (=Ту-Тк), когда ΔΤ для сравнительного примера 1 в табл. 3, где применялась обычная компаундированная консистентная смазка, присвоена величина 100, показаны в табл. 5.
Каждое трубное резьбовое соединение было подвергнуто тесту на многократное свинчивание и развинчивание, чтобы оценить стойкость к задирам. При тесте на многократное свинчивание и развинчивание свинчивание резьбового соединения проводилось со скоростью 10 об/мин и с крутящим моментом свинчивания 20 кН/м, и после развинчивания проверялось состояние задиров на поверхности конуса и муфты. Когда царапины задиров, возникшие в результате свинчивания были небольшими и повторное свинчивание после ремонта было возможно, проводился ремонт и тест на свинчивание и развинчивание продолжался. Свинчивание осуществлялось 10 раз.
Таблица 1. Химический состав углеродистой стали (%); остаток Бе и примеси
| с | 3ί | Мп | Р | 3 | Си | N1 | Сг | Мо |
| 0,24 | 0, 3 | 1,3 | 0, 02 | 0,01 | 0, 04 | 0, 07 | 0, 17 | 0, 04 |
Таблица 2
| Подготовительная обработка поверхности | |
| Конус | Муфта |
| 1. Шлифование (К=3) 2. Цинковое фоофатирование (Е=10) (1=12) | 1. Шлифование (Е=3) 2. Ударное плакирование никелем + плакирование сплавом Си-5п-2п (К=2) |
К - шероховатость поверхности (мкм); ΐ - толщина слоя (мкм)
Примечание: подготовительная обработка поверхности в примере 2 была такой же, как и вышеприведенной таблице для конуса за исключением того, что вместо цинкового фосфатирования применялось марганцевое фосфатирование.
Таблица 3
| Твердое смазочное покрытие | Твердость по Кнупу (Нк) | ||
| Связующее | Смазывающие частицы | ||
| Покрытие 1 | Полиэфирэфиркетон | ПТФЭ | 80 |
| Покрытие 2 | Полиамидимидная смола + фторопласт | ПТФЭ + Мо32 | 62 |
| Покрытие 3 | Фторопласт | - | 35 |
| Покрытие 4 | Эпоксидная смола | Графит | 48 |
- 13 026646
Таблица 4
| № | Конус | Муфта | |||||||
| Не имеющий | Резьбовой | Не имеющий | Резьбовой | ||||||
| резьбы | участок | резьбы | участок | ||||||
| металлический | металлический | ||||||||
| контактный | контактный | ||||||||
| участок | участок | ||||||||
| Пример | 1 | Тв. | см. | Тв. | см. | Тв. | см. | Тв. | см. |
| покрытие | 1 | покрытие | 3 | покрытие | 1 | покрытие | 3 | ||
| (Нк—80) | (Нк-35) | (Нк—80) | (нк—35) | ||||||
| Пример | 2 | Тв. | см. | Тв. | см. | Тердое смазочное покрытие 3 | |||
| покрытие | 1 | покрытие | 3 | (Нк=35) | |||||
| (Нк=80) | (Нк=35) | ||||||||
| Пример | 3 | УФ-отверждаемое твердое | Тв. | см. | Тв. | см. | |||
| антикоррозионное покрытие | покрытие | 2 | покрытие | 4 | |||||
| (Нк=62) | (Нк=48) | ||||||||
| Сравнительный | Вязкая жидкая компаундированная консистентная смазка по | ΑΡΙ | |||||||
| пример | 1 | виь 5А2 | |||||||
| Сравнительный | Тв. | см. | Тв. | см. | Тв. | см. | Тв. | см. | |
| пример | 2 | покрытие | 3 | покрытие | 1 | покрытие | 3 | покрытие | 1 |
| (Нк=35) | 1 Нк=39) | (Нк=35) | (Нк=80) | ||||||
| Сравнительный | УФ-отверждаемое твердое | Тв. | см. | Тв. | см. | ||||
| пример | 3 | антикоррозионное покрытие | покрытие | 4 | покрытие | 2 | |||
| (Нк—43) | (Нк—62) |
Нк - твердость по Кнупу
Таблица 5
| № | Отношение ΔΤ (=Ту-Тз)(¾) Относительное отношение (%) когда величина для сравнительного примера 1 принята за 100 |
| Пример 1 | 135 |
| Пример 2 | 116 |
| Пример 3 | 110 |
| Сравнительный пример 1 | 100 |
| Сравнительный пример 2 | 48 |
| Сравнительный пример 3 | 74 |
Пример 1.
На поверхности конуса и поверхности муфты специального резьбового соединения, изготовленного из углеродистой стали с составом, показанным в табл. 1, для формирования покрытия, имеющего структуру, показанную на фиг. 5, была выполнена следующая подготовительная обработка поверхности.
Поверхность муфты
Поверхность муфты была отшлифована на станке (шероховатость поверхности 3 мкм), а затем подвергнута ударному плакированию никелем, после чего плакированию сплавом Си-δη-Ζη (Си: 56%, δη: 36%, остальное Ζη; то же относится и к нижеизложенному), при этом оба покрытия наносились гальваностегией для получения нанесенных покрытий общей толщиной 5 мкм. Шероховатость поверхности после такой подготовительной обработки составила 2 мкм.
На поверхности муфты, которая подверглась подготовительной обработке, был сформирован твердый смазочный слой 1, показанный в табл. 3 (покрытие из полиэфирэфиркетона, содержащего ПТФЭ, добавленный в качестве смазывающих частиц с твердостью по Кнупу 80 единиц и толщиной покрытия приблизительно 20 мкм) и нанесенный на не имеющий резьбы контактный металлический участок (уплотняющий участок и упорный участок), после чего на резьбовом участке (на участке, не являющемся упорным и уплотнительным участками) было сформировано твердое смазочное покрытие 3, показанное в табл. 3 (покрытие из фторопласта с твердостью по Кнупу 35 единиц и толщиной приблизительно 20 мкм).
- 14 026646
Поверхность конуса
Поверхность конуса была обработана на шлифовальном стенке (шероховатость поверхности 3 мкм) и подверглась цинковому фосфатированию погружением на 6 мин в цинковый фосфатирующий раствор при 75-85°С для формирования покрытия из фосфата цинка (шероховатость поверхности 10 мкм) толщиной 12 мкм.
На поверхности конуса, которая подверглась такой подготовительной обработке, сформировали такое же покрытие, что и на поверхности муфты. Конкретнее, на не имеющих резьбы металлических контактных участках было сформировано твердое смазочное покрытие 1, а на резьбовом участке было сформировано твердое смазочное покрытие 3. Каждое покрытие имело такую же толщину, что и покрытие на поверхности муфты.
Как показано в табл. 5, величина ΔΤ в высокомоментном тесте была такой, что отношение ΔΤ, когда ΔΤ для сравнительного примера 1 было принято за 100, составило 135%. Это отношение ΔΤ значительно превышает отношение ΔΤ=48% в сравнительном примере 2, в котором твердые смазочные покрытия, сформированные на уплотняющих участках и упорных участках поверхностей конуса и муфты, были противоположны тем, которые применялись в примере 1.
Более того, ΔΤ в примере 1 увеличился на 35% по сравнению с ΔΤ для компаундированной консистентной смазки (сравнительный пример 1), которая является стандартным средством, поскольку, как известно, она дает удовлетворительную величину ΔΤ. Это подтвердило, что резьбовое соединение по примеру 1 можно свинчивать с высоким моментом без возникновения пластической деформации упорного участка. В тесте на свинчивание и развинчивание такое свинчивание и развинчивание проводили 10 раз без возникновения задиров.
Пример 2.
Нижеописанная подготовительная обработка поверхности и формирование покрытий на поверхности конуса и муфты специального резьбового соединения, изготовленного из углеродистой стали состав которой приведен в табл. 1, проводились для формирования структуры, показанной на фиг 6(А).
Поверхность муфты подверглась финишной обработке на шлифовальном станке (шероховатость поверхности 3 мкм) и подготовительной обработке погружением на 20 мин в раствор фосфата марганца при 90-95°С для формирования покрытия из фосфата марганца (шероховатость поверхности 14 мкм) толщиной 18 мкм.
На всей поверхности муфты, которая подверглась такой подготовительной обработке, было сформировано твердое смазочное покрытие 3 (фторопласт с твердостью по Кнупу 35 единиц и толщиной 20 мкм).
Поверхность конуса
Поверхность конуса подверглась точно такой же подготовительной обработке и формированию покрытия, что и поверхность конуса в примере 1. Твердость по Кнупу и толщина покрытия были точно такими же, что и в примере 1.
Как показано в табл. 5, отношение ΔΤ при высокомоментном тесте составило 116%. Таким образом, ΔΤ для примера 2 вырос на 16% по сравнению с ΔΤ для компаундированной консистентной смазкой (сравнительный пример 1), которая являлась стандартом. Конкретнее, было подтверждено, что резьбовое соединение по примеру 1 можно свинчивать с высоким моментом без возникновения пластической деформации упорных участков. Во время теста на свинчивание и развинчивание, свинчивание и развинчивание могло проводиться 10 раз без возникновения задиров.
Пример 3.
Нижеописанные подготовительная обработка поверхности и формирование покрытий осуществлялись на поверхности конуса и муфты специального резьбового соединения, изготовленного из углеродистой стали, состав которой показан в Таблице 1, для создания структуры покрытия, показанной на фиг. 6(В).
Поверхность муфты
Подготовительная обработка поверхности муфты проводилась так же, как и поверхность муфты в примере 1 (шлифование и ударное плакирование никелем с последующим плакированием сплавом Сиδη-Ζη). На поверхности муфты, прошедшей такую подготовительную обработку, сначала на не имеющем резьбы металлическом контактном участке формировали твердое смазочное покрытие 2, показанное в табл. 3 (полиамидимидная смола и фторопласт, содержащий ПТФЭ и Μοδ2 в качестве смазывающих частиц, с твердостью по Кнупу 62 единицы и с толщиной покрытия 22 мкм), а затем на резьбовом участке формировали твердое смазочное покрытие 4, показанное в табл. 3 (покрытие из эпоксидной смолы, содержащей графит в качестве смазывающих частиц, с твердостью по Кнупу 48 единиц, и толщиной покрытия приблизительно 22 мкм).
Поверхность конуса
Подготовительная обработка поверхности конуса проводилась так же, как и для поверхности конуса в примере 1 (шлифование и цинковое фосфатирование). На всей поверхности конуса, которая подверглась подготовительной обработке, было сформировано твердое антикоррозионное покрытие на основе
- 15 026646
УФ-отверждаемой смолы.
Применяемая композиция покрытия была приготовлена путем добавления фосфита алюминия в качестве антикоррозионного агента и низкомолекулярного полиэтилена в качестве смазки в коммерчески доступную краску на основе УФ-отверждаемой смолы на основе эпоксиакриловой смолы (без растворителя), выпускаемой компанией СНидоки Матте ΡαίηΙδ. ЬЙ (содержащей 94% смолы, 5% антикоррозионного агента и 1% смазки на основе общего содержания твердых веществ). Такая композиция покрытия распылялась на всю поверхность конуса и облучалась ультрафиолетовым излучением (с длиной волны 260 нм) от охлаждаемой воздухом ртутной лампы мощностью 4 кВт для отверждения покрытия. Сформированное покрытие имело толщину 25 мкм, было бесцветным и прозрачным, поэтому участок наружной резьбы можно было наблюдать сквозь покрытие невооруженным глазом или с помощью увеличительного стекла.
В высокомоментном тесте отношение ΔΤ составило 110%. Также наблюдался выраженный эффект увеличения отношения ΔΤ по сравнению со сравнительным примером 3, в котором твердое смазочное покрытие, сформированное на уплотняющем участке и упорном участке и твердое смазочное покрытие на резьбовом участке поверхности муфты были противоположны примеру 3.
Отношение ΔΤ также было большим по сравнению со сравнительным примером 1, в котором используется обычная компаундированная консистентная смазка. В ходе теста на свинчивание и развинчивание, свинчивание и развинчивание осуществлялись 10 раб без каких-либо проблем.
Сравнительный пример 1.
Поверхность конуса и поверхность муфты специального резьбового соединения, изготовленного из стали, состав которой приведен в табл. 1, подвергались подготовительной обработке и смазке следующим способом.
Поверхность муфты
Подготовительная обработка поверхности муфты проводилась так же, как и в примере 1 (шлифование и ударное плакирование никелем и плакирование сплавом Си-δη-Ζη). Вязкая жидкая смазка, компаундированная консистентная смазка по АР1 ВиЬ 5А2 наносилась на всю поверхность муфты, которая прошла подготовительную обработку, для формирования смазочного покрытия. Общий вес нанесенной компаундированной консистентной смазки на поверхности конуса и на поверхности муфты был равен 50 г. Общая площадь покрытия была равна приблизительно 1400 см2.
Поверхность конуса
Подготовительная обработка поверхности конуса проводилась так же, как и для конуса в примере 1 (шлифование с последующим цинковым фосфатированием). Компаундированная консистентная смазка наносилась на всю поверхность конуса, которая прошла подготовительную обработку.
При тесте на свинчивание и развинчивание за 10 циклов свинчивания и развинчивания до десятого цикла задиров не возникло. Однако, компаундированная консистентная смазка содержит тяжелые металлы, такие как свинец, поэтому она вредна для людей и окружающей среды.
В высокомоментном тесте соединение имело высокий Ту так, что упорные участки не испытывали пластической деформации, даже когда свинчивание осуществлялось с высоки моментом, и соединение имело большой ΔΤ. ΔΤ для этого примера было принято за 100 и использовалось для расчета отношения ΔΤ.
Сравнительный пример 2.
Нижеописанные подготовительная обработка поверхности и формирование покрытия проводились на поверхности конуса и на поверхности муфты специального резьбового соединения, изготовленного из углеродистой стали, состав которой приведен в табл. 1 для создания покрытий, имеющих структуру, показанную на фиг. 5. Однако твердые смазочные покрытия на необработанном металлическом контактном участке и на резьбовом участке были сформированы так, чтобы быть противоположными примеру 1. Конкретнее, твердое смазочное покрытие низкой твердости было сформировано на не имеющих резьбы металлических контактных участках, а твердое смазочное покрытие высокой твердости было сформировано на резьбовых участках.
Поверхность муфты
Подготовительная обработка поверхности муфты проводилась так же, как и в примере 1 (шлифование и ударное плакирование никелем и плакирование сплавом Си-δη-Ζη). На поверхности муфты, которая подверглась подготовительной обработке, сначала на не имеющих резьбы металлическом контактном участке было сформировано твердое смазочное покрытие 3 по табл. 3 (фторопластовое покрытие с твердостью по Кнупу 35 единиц и толщиной приблизительно 20 мкм), после чего на резьбовом участке было сформировано твердое смазочное покрытие 1 по табл. 3 (покрытие из полиэфирэфиркетоновой смолы, содержащей ПТФЭ в качестве смазывающих частиц, с твердостью по Кнупу 80 единиц и толщиной приблизительно 20 мкм).
- 16 026646
Поверхность конуса
Подготовительная обработка поверхности конуса проводилась так же, как и для поверхности конуса в примере 1 (шлифование и цинковое фосфатирование). На поверхности конуса, подвергшейся подготовительной обработке формировали было сформировано такое же покрытие, что и на поверхности муфты. А именно, твердое смазочное покрытие 3 было сформировано на не имеющем резьбы металлическом контактном участке, и твердое смазочное покрытие 1 было сформировано на резьбовом участке. Толщина каждого покрытия была такой же, что и на поверхности муфты.
В тесте на свинчивание и развинчивание за 10 циклов свинчивания и развинчивания задиров не появилось. Однако на высокомоментном тесте отношение ΔΤ было чрезвычайно низким - 48% от величины, даваемой обычной компаундированной консистентной смазкой (сравнительный пример 1). Конкретнее, вновь было подтверждено, что отношения ΔΤ сильно уменьшается, если твердое смазочное покрытие низкой твердости сформировано на уплотняющих участках и на упорных участках, а твердое смазочное покрытие сформировано на резьбовых участках.
Сравнительный пример 3.
На поверхности конуса и на поверхности муфты специального резьбового соединения, изготовленного из углеродистой стали, состав которой приведен в табл. 1, для формирования покрытий, имеющих структуру, показанную на фиг. 6(В), была выполнена следующая подготовительная обработка. Однако твердые смазочные покрытия были сформированы на не имеющем резьбу металлическом контактном участке и на резьбовом участке поверхности муфты так, чтобы получить пример, противоположный примеру 3. Конкретнее, твердое смазочное покрытие низкой твердости было сформировано на не имеющем резьбу металлическом контактном участке, а твердое смазочное покрытие высокой твердости было сформировано на резьбовом участке поверхности муфты.
Поверхность муфты
Подготовительная обработка поверхности муфты проводилась так же, как и в примере 1 (шлифование и ударное плакирование никелем и плакирование сплавом Си-δη-Ζη). На поверхности муфты, которая подверглась подготовительной обработке, сначала было сформировано твердое смазочное покрытие 4, показанное в табл. 3 (покрытие из эпоксидной смолы, содержащий графит в качестве смазывающих частиц, с твердостью по Кнупу 48 единиц и толщиной приблизительно 22 мкм) на не имеющем резьбы металлическом контактном участке, а затем твердое смазочное покрытие 2, показанное в табл. 3 (покрытие из полиамидимидной смолы и фторопласта, содержащее ПТФЭ и Μοδ2 в качестве смазывающих частиц, с твердостью по Кнупу 62 единицы и толщиной приблизительно 22 мкм) было сформировано на резьбовом участке.
Поверхность конуса
Поверхность конуса была подвергнута подготовительной обработке и на ней было сформировано УФ-отверждаемое твердое антикоррозионное покрытие точно так же, как и на поверхности конуса в примере 3.
В тесте на свинчивание и развинчивание за 10 циклов свинчивания и развинчивания задиров не возникло. Однако в высокомоментном тесте отношение ΔΤ было низким - 74% от величины сравнительного примера 1, в котором применялась обычная компаундированная консистентная смазка. Кроме того, видно, что отношение ΔΤ была на 36% меньше, чем в примере 3, в котором твердое смазочное покрытие было сформировано на уплотняющем участке и на упорном участке, а твердое смазочное покрытие, сформированное на резьбовом участке поверхности муфты было противоположным.
Как описано выше, было доказано, что если микротвердость твердого смазочного покрытия, сформированного на уплотняющем участке и на упорном участке выше, чем микротвердость твердого смазочного участка сформированного на резьбовом участке, согласно настоящему изобретению, то отношение ΔΤ увеличивается. Благодаря высокому ΔΤ появляется возможность выполнять операции свинчивания без возникновения пластической деформации упорных участков или задиров даже во время свинчивания с высоким моментом.
Для исследования антикоррозионных свойств трубных резьбовых соединений, изготовленных по примерам 1-3, отдельно подготовленные образцы (70 х 150 мм и толщиной 1,0 мм) подверглись такой же подготовительной обработке поверхности, которая показана для муфты в табл. 2, и на них было сформированы смазочные покрытия, показанные для муфты в табл. 3. Образцы подверглись тесту в соляном тумане (по Л8 Ζ 2371, который соответствует ΙδΟ 9227 при температуре 35°С на протяжении 1000 ч) и тесту на влажность (по ΙΙδ К 5600-7-2, который соответствует ΙδΟ 6370, при температуре 50°С, относительной влажности 98% на протяжении 200 ч) для проверки появления ржавчины. В результате, было подтверждено, что в каждом из тестов ржавчина на трубных резьбовых соединениях по примерам 1-3 не появлялась.
Когда трубное резьбовое соединение по примерам 1-3 проверялось на газонепроницаемость и испытывалось на реальной буровой установке, каждое из соединений показало удовлетворительные характеристики. ΔΤ была выше, чем для обычной компаундированной консистентной смазки, поэтому было подтверждено, что свинчивание можно стабильно осуществлять с высоким моментом.
- 17 026646
Настоящее изобретение было описано на примере вариантов, которые в настоящее время считаются предпочтительными, но изобретение не ограничивается этими вариантами. В него могут быть внесены изменения, не противоречащие технической концепции изобретения, которая определена формулой и описание в целом, и следует понимать, что резьбовое соединение с такими изменениями входит в технический объем настоящего изобретения.
Claims (8)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Трубное резьбовое соединение, состоящее из конуса и муфты, каждый из которых имеет контактную поверхность, состоящую из резьбового участка и не имеющего резьбы контактного участка, который включает уплотняющий участок и упорный участок, отличающееся тем, что на участке, включающем упорный участок контактной поверхности по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, присутствует первое твердое смазочное покрытие по меньшей мере на части контактной поверхности по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, на котором отсутствует первое твердое смазочное покрытие, присутствует второе твердое смазочное покрытие, при этом твердость по Кнупу первого твердого смазочного покрытия выше, чем твердость по Кнупу второго твердого смазочного покрытия, и когда имеется участок, на котором присутствуют и первое, и второе твердое смазочное покрытие, второе твердое смазочное покрытие находится под первым твердым смазочным покрытием.
- 2. Соединение по п.1, в котором участок, включающий упорный участок контактной поверхности, является не имеющим резьбы металлическим контактным участком контактной поверхности.
- 3. Соединение по п.2, в котором не имеющий резьбы металлический контактный участок по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, имеет первое твердое смазочное покрытие, а резьбовой участок по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, имеет второе твердое смазочное покрытие.
- 4. Соединение по п.1, в котором контактная поверхность конуса или муфты имеет первое твердое смазочное покрытие на ее части, содержащей упорный участок, и второе твердое смазочное покрытие, по меньшей мере, на той ее части, которая не имеет первого твердого смазочного покрытия, а контактная поверхность другого элемента из ряда, содержащего конус или муфту, имеет твердое антикоррозионное покрытие.
- 5. Соединение по п.4, в котором твердое антикоррозионное покрытие является покрытием на основе УФ-отверждаемой смолы.
- 6. Соединение по любому из пп.1-5, в котором отношение твердости по Кнупу первого твердого смазочного покрытия к твердости по Кнупу второго твердого смазочного покрытия составляет по меньшей мере 1,1.
- 7. Соединение по любому из пп.1-7, в котором контактная поверхность по меньшей мере одного элемента из ряда, содержащего конус и муфту, перед формированием покрытия подвергнута подготовительной обработке способом, выбранным из ряда, содержащего песко- или дробеструйную обработку, травление, химическое преобразование фосфатированием, обработку солью щавелевой кислоты, химическое преобразование борированием, гальваностегию, ударное плакирование и два или более из этих способов.
- 8. Соединение по любому из пп.1-7, в котором каждое из первого и второго твердых смазочных покрытий имеет толщину 10-150 мкм, и когда существует участок, на котором одно из первого и второго твердых смазочных покрытий находит на другое, общая толщина первого и второго твердых смазочных покрытий на этом участке на превышает 200 мкм.Упорный участокУпорный участокМуфтаУплотняющий участокФиг. 1
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012117550 | 2012-05-23 | ||
| PCT/JP2013/064558 WO2013176281A1 (en) | 2012-05-23 | 2013-05-21 | Tubular threaded joint having improved high-torque makeup properties |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201492191A1 EA201492191A1 (ru) | 2015-04-30 |
| EA026646B1 true EA026646B1 (ru) | 2017-04-28 |
Family
ID=49623958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201492191A EA026646B1 (ru) | 2012-05-23 | 2013-05-21 | Трубное резьбовое соединение с улучшенными свойствами для высокомоментного свинчивания |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10012332B2 (ru) |
| EP (1) | EP2852785B1 (ru) |
| JP (1) | JP5677635B1 (ru) |
| CN (1) | CN104334951B (ru) |
| AR (1) | AR091132A1 (ru) |
| AU (1) | AU2013264676B2 (ru) |
| BR (1) | BR112014027366B1 (ru) |
| CA (1) | CA2872848C (ru) |
| EA (1) | EA026646B1 (ru) |
| IN (1) | IN2014DN09878A (ru) |
| MX (1) | MX370934B (ru) |
| MY (1) | MY185160A (ru) |
| PL (1) | PL2852785T3 (ru) |
| UA (1) | UA110685C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013176281A1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2668582C1 (ru) * | 2017-06-08 | 2018-10-02 | Семён Михайлович Блажнов | Способ визуального контроля свинчивания нефтепромысловых труб. |
| RU2729482C1 (ru) * | 2017-05-22 | 2020-08-07 | Ниппон Стил Корпорейшн | Резьбовое соединение для труб или трубок и способ изготовления резьбового соединения для труб или трубок |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA112576C2 (uk) * | 2012-06-07 | 2016-09-26 | Ніппон Стіл Енд Сумітомо Метал Корпорейшн | Нарізне з'єднання для сталевої труби |
| WO2014074561A1 (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-15 | Dana Automotive Systems Group, Llc | Method for preventing corrosion between two workpieces |
| AR100953A1 (es) | 2014-02-19 | 2016-11-16 | Tenaris Connections Bv | Empalme roscado para una tubería de pozo de petróleo |
| DE202014102663U1 (de) * | 2014-06-06 | 2014-06-24 | Ti Automotive (Heidelberg) Gmbh | Schraubelement für den Anschluss von Rohrleitungen und Rohranschlusseinrichtung mit diesem Schraubelement |
| CA2966606C (en) * | 2014-12-30 | 2019-05-28 | Halliburton Energy Services, Inc. | Torque connector systems, apparatus, and methods |
| US10072199B2 (en) * | 2015-03-17 | 2018-09-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Metalate-based additives for use in subterranean formations |
| US11781682B2 (en) * | 2015-04-16 | 2023-10-10 | Krzysztof Jan Wajnikonis | Enhancements of mechanical connector technology |
| US11396961B2 (en) * | 2015-09-18 | 2022-07-26 | Nippon Steel Corporation | Composition, threaded joint for pipes including solid lubricant coating formed from the composition, and method for producing the threaded joint for pipes |
| KR102372616B1 (ko) * | 2016-05-30 | 2022-03-11 | 주식회사 포스코 | 유정관용 조인트 |
| US20190331262A1 (en) * | 2016-06-30 | 2019-10-31 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded Connection for Pipe and Method for Producing Threaded Connection for Pipe |
| JP6794023B2 (ja) * | 2016-08-04 | 2020-12-02 | 株式会社青山製作所 | ねじ部品用防錆処理液、防錆処理されたねじ部品の製造方法及び防錆処理されたねじ部品 |
| AU2017346799B2 (en) * | 2016-10-18 | 2020-04-02 | Nippon Steel Corporation | Threaded connection for pipe and method for producing threaded connection for pipe |
| PL3572702T3 (pl) * | 2017-01-18 | 2022-01-03 | Nippon Steel Corporation | Połączenie gwintowe dla rur stalowych |
| WO2018216416A1 (ja) * | 2017-05-22 | 2018-11-29 | 新日鐵住金株式会社 | 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法 |
| AU2018348604B2 (en) * | 2017-10-13 | 2021-08-26 | Nippon Steel Corporation | Threaded connection for pipe and method for producing threaded connection for pipe |
| RU2671759C1 (ru) * | 2017-11-17 | 2018-11-06 | Акционерное Общество "Выксунский металлургический завод" (АО ВМЗ") | Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием |
| JP7103124B2 (ja) * | 2018-09-27 | 2022-07-20 | 日本製鉄株式会社 | 鋼管用ねじ継手の基礎試験装置 |
| AR118023A1 (es) * | 2019-02-12 | 2021-09-15 | Nippon Steel Corp | Conexión roscada para tubos |
| MX2022009896A (es) * | 2020-02-19 | 2022-08-25 | Nippon Steel Corp | Conexion roscada para tubos y metodo para producir una conexion roscada para tubos. |
| US20230312946A1 (en) * | 2020-08-20 | 2023-10-05 | Nippon Steel Corporation | Oil-well metal pipe, and method for producing oil-well metal pipe |
| CN112552981B (zh) * | 2020-11-12 | 2022-03-25 | 江南大学 | 一种食品级润滑脂及其应用 |
| CN117425719A (zh) * | 2021-05-31 | 2024-01-19 | 杰富意钢铁株式会社 | 固体润滑被膜形成用试剂、油井管和油井管螺纹接头 |
| WO2023048697A1 (en) * | 2021-09-21 | 2023-03-30 | Halliburton Energy Services, Inc. | Expandable metal for junction locking and junction sealant applications |
| WO2024019019A1 (ja) * | 2022-07-20 | 2024-01-25 | 日本製鉄株式会社 | 油井用金属管 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026970A1 (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-08 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| WO2007063079A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Tenaris Connections Ag | Threaded connections with high and low friction coatings |
| WO2010114168A1 (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for pipes |
| WO2010140703A1 (en) * | 2009-06-02 | 2010-12-09 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Photocurable composition suitable for rust prevention of a threaded joint for steel pipes |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3432001C1 (de) | 1984-08-31 | 1985-10-17 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Schraube mit definierten Reibbeiwerten |
| US5137310A (en) | 1990-11-27 | 1992-08-11 | Vallourec Industries | Assembly arrangement using frustoconical screwthreads for tubes |
| JPH08233163A (ja) * | 1995-03-02 | 1996-09-10 | Nippon Steel Corp | 無潤滑下での耐焼付き性に優れたネジ継手 |
| FR2813375B1 (fr) * | 2000-08-31 | 2003-06-20 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Element filete pour joint filete tubulaire resistant au grippage |
| JP4092871B2 (ja) | 2000-12-04 | 2008-05-28 | 住友金属工業株式会社 | ねじ継手の潤滑処理に適した潤滑被膜形成用組成物 |
| JP2002257270A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 油井管用ネジ継手 |
| ATE493607T1 (de) * | 2001-04-11 | 2011-01-15 | Sumitomo Metal Ind | Gewindeverbindung für stahlrohr |
| EP1959179B1 (en) | 2001-04-11 | 2010-05-12 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes and process for the surface treatment thereof |
| ITRM20020274A1 (it) * | 2002-05-16 | 2003-11-17 | Tenaris Connections Bv | Giunzione filettata per tubi. |
| JP4218423B2 (ja) * | 2002-05-31 | 2009-02-04 | 住友金属工業株式会社 | 鋼管用ねじ継手 |
| ITRM20020512A1 (it) * | 2002-10-10 | 2004-04-11 | Tenaris Connections Bv | Tubo filettato con trattamento superficiale. |
| JP2005337469A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Jfe Steel Kk | 油井管用ネジ継手 |
| US7770935B2 (en) * | 2005-01-13 | 2010-08-10 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| MX2010006072A (es) | 2007-12-04 | 2010-12-06 | Sumitomo Metal Ind | Junta roscada para tubos. |
| EP2136119B2 (de) | 2008-06-17 | 2018-09-12 | TI Automotive (Heidelberg) GmbH | Rohranschlusseinrichtung für den Anschluss von Rohrleitungen |
| FR2945604B1 (fr) * | 2009-05-12 | 2011-06-03 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Ensemble pour la realisation d'un joint filete pour le forage et l'exploitation des puits d'hydrocarbures et joint filete resultant |
| ES2521678T3 (es) * | 2009-09-02 | 2014-11-13 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Protector para unión roscada para tubo |
| US8535762B2 (en) | 2009-10-09 | 2013-09-17 | Tenaris Connections Limited | Tubular joint having wedge threads with surface coating |
| EP2325435B2 (en) * | 2009-11-24 | 2020-09-30 | Tenaris Connections B.V. | Threaded joint sealed to [ultra high] internal and external pressures |
| JP5722752B2 (ja) * | 2011-11-18 | 2015-05-27 | 新日鐵住金株式会社 | 高トルク締結性能に優れた管状ねじ継手 |
-
2013
- 2013-05-21 BR BR112014027366-9A patent/BR112014027366B1/pt active IP Right Grant
- 2013-05-21 MX MX2014014207A patent/MX370934B/es active IP Right Grant
- 2013-05-21 EA EA201492191A patent/EA026646B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2013-05-21 US US14/402,354 patent/US10012332B2/en active Active
- 2013-05-21 CN CN201380026618.9A patent/CN104334951B/zh active Active
- 2013-05-21 WO PCT/JP2013/064558 patent/WO2013176281A1/en active Application Filing
- 2013-05-21 CA CA2872848A patent/CA2872848C/en active Active
- 2013-05-21 UA UAA201413778A patent/UA110685C2/uk unknown
- 2013-05-21 JP JP2014530860A patent/JP5677635B1/ja active Active
- 2013-05-21 AU AU2013264676A patent/AU2013264676B2/en not_active Ceased
- 2013-05-21 IN IN9878DEN2014 patent/IN2014DN09878A/en unknown
- 2013-05-21 EP EP13793983.1A patent/EP2852785B1/en active Active
- 2013-05-21 MY MYPI2014703297A patent/MY185160A/en unknown
- 2013-05-21 PL PL13793983T patent/PL2852785T3/pl unknown
- 2013-05-23 AR ARP130101786 patent/AR091132A1/es active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026970A1 (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-08 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| WO2007063079A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Tenaris Connections Ag | Threaded connections with high and low friction coatings |
| WO2010114168A1 (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for pipes |
| WO2010140703A1 (en) * | 2009-06-02 | 2010-12-09 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Photocurable composition suitable for rust prevention of a threaded joint for steel pipes |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729482C1 (ru) * | 2017-05-22 | 2020-08-07 | Ниппон Стил Корпорейшн | Резьбовое соединение для труб или трубок и способ изготовления резьбового соединения для труб или трубок |
| RU2668582C1 (ru) * | 2017-06-08 | 2018-10-02 | Семён Михайлович Блажнов | Способ визуального контроля свинчивания нефтепромысловых труб. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2872848A1 (en) | 2013-11-28 |
| US20150192229A1 (en) | 2015-07-09 |
| JP5677635B1 (ja) | 2015-02-25 |
| BR112014027366B1 (pt) | 2020-12-15 |
| JP2015506445A (ja) | 2015-03-02 |
| AU2013264676A1 (en) | 2014-11-13 |
| PL2852785T3 (pl) | 2020-02-28 |
| US10012332B2 (en) | 2018-07-03 |
| EP2852785A1 (en) | 2015-04-01 |
| EP2852785A4 (en) | 2016-01-13 |
| CN104334951B (zh) | 2016-01-20 |
| MY185160A (en) | 2021-04-30 |
| EA201492191A1 (ru) | 2015-04-30 |
| EP2852785B1 (en) | 2019-08-14 |
| UA110685C2 (uk) | 2016-01-25 |
| CN104334951A (zh) | 2015-02-04 |
| IN2014DN09878A (ru) | 2015-08-07 |
| BR112014027366A2 (pt) | 2017-06-27 |
| MX370934B (es) | 2020-01-09 |
| CA2872848C (en) | 2016-11-15 |
| AU2013264676B2 (en) | 2015-08-13 |
| MX2014014207A (es) | 2015-06-04 |
| WO2013176281A1 (en) | 2013-11-28 |
| AR091132A1 (es) | 2015-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA026646B1 (ru) | Трубное резьбовое соединение с улучшенными свойствами для высокомоментного свинчивания | |
| EP2216576B1 (en) | Pipe screw joint | |
| EP2635834B1 (en) | Tubular threaded joint having improved low temperature performance | |
| EP2860432B1 (en) | Threaded coupling for steel pipe | |
| JP5998278B2 (ja) | 固体潤滑被膜用組成物、その組成物から形成された固体潤滑被膜を備えた管用ねじ継手、及び、その管用ねじ継手の製造方法 | |
| OA17128A (en) | Tubular threaded joint having improved hightorque makeup properties | |
| OA16401A (en) | Tubular threaded joint having improved low temperature performance. | |
| OA17226A (en) | Threaded joint for steel pipe. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM BY KG TJ |
|
| TC4A | Change in name of a patent proprietor in a eurasian patent | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ KZ TM |