PL211969B1 - Wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowany element gwintowego połączenia rurowego, gwintowe połączenie rurowe zawierające ten element oraz sposób wytwarzania cienkiej warstewki substancji smarującej na tym elemencie - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowany element gwintowego połączenia rurowego rozmieszczony na końcu rur, przeznaczony do łączenia się drogą zestawiania rur w celu utworzenia odpornych na zatarcie gwintowych połączeń rurowych, a zwłaszcza przeznaczony do zestawiania rur bez ręcznego dodawania smaru. Ponadto, przedmiotem wynalazku jest również odporne na zatarcie gwintowe połączenie rurowe zawierające ten element oraz sposób wytwarzania cienkiej warstewki substancji smarującej na tym elemencie.

Stan techniki

Takie gwintowane elementy i gwintowe połączenia rurowe są znane w stosowaniu, a zwłaszcza do tworzenia ciągów rur okładzinowych albo ciągów rur produkcyjnych albo ciągów rur wiertniczych do odwiertów węglowodorów, itp., takich jak na przykład odwierty geotermiczne.

Takie rodzaje rur zestawia się na ogół pionowo, przy czym wolny koniec ciągu rur przy powierzchni zawiera zewnętrzny gwintowany element z wewnętrznym zewnętrznym gwintowaniem.

W celu opuszczenia cią gu rur do odwiertu doprowadza się nowe rury nad cią g rur wyposaż ony w wewnę trzny gwintowany element zawierają cy zewnę trzne lub wewnę trzne gwintowanie odpowiadające gwintowaniu zewnętrznemu na odpowiednim wolnym końcu ciągu rur, przy czym gwint wewnętrzny nowej rury wchodzi w odpowiedni gwint zewnętrzny ciągu rur, a nowa rura jest montowana aż moment skręcający przy zestawianiu rur osiągnie daną wartość albo daną wartość odniesienia. Następnie ciąg rur można opuścić o długość rury, która została przyłączona i proces powtarza się.

Na skutek długości rur około 10 m nie jest łatwe sprzęganie się nowej rury dokładnie współosiowo z wierzchołkiem ciągu rur. Stąd gwintowania doznają silnego uszczerbku w czasie łączenia, a zwłaszcza zagłębiające się powierzchnie nośne gwintu wewnętrznego i zewnętrznego, które opierają się o siebie w czasie sprzęgania się i znajdują się w ślizgowej styczności w przypadku dużego udziału zestawiania rur. Zagłębiające się powierzchnie nośne gwintów są zatem bardzo wrażliwe na zjawiska zatarcia, jakie mogą wystąpić, jeżeli nie w czasie pierwszego zestawiania rur, to przynajmniej w czasie następnych procedur zestawiania, przy czym gwintowe połączenie rurowe musi nadawać się do zestawiania i demontażu rur wiele razy bez zatarcia.

Zatarcie może wystąpić także na powierzchniach uszczelniających „metal-metal znajdujących na gwintowanych elementach gwintowych połączeń rurowych znanych jako połączenia „premium, przy czym takie powierzchnie uszczelniające znajdują się w ślizgowej styczności przy rosnącym nacisku stykowym aż do końcowego położenia montażowego.

Tak samo jest w przypadku powierzchni oporowych, które wchodzą w styczność pod koniec zestawiania rur.

Stąd jest poza dyskusją czyste tworzenie ślizgowych stykowych powierzchni metal-metal zarówno w przypadku gwintowań, jak i powierzchni uszczelniających albo powierzchni oporowych, jeżeli połączenie gwintowe jest w nie wyposażone, ponieważ utworzenie takich powierzchni powodowałoby nieuchronnie zatarcie, co jest nie do przyjęcia.

Konwencjonalne rozwiązanie, które stosowano od wielu lat, polega na umieszczaniu smaru pomiędzy metalowymi powierzchniami, które znajdują się w ślizgowej styczności ze sobą, przy czym ten smar nakłada się na gwintowane elementy w porcjach.

Najpowszechniej stosowanym smarem jest smar AP1 typu 5A2 albo 5A3, opisany przez American Petroleum Institute (API), który jest niejednorodną mieszaniną smaru, cząstek grafitu i takich metali jak Pb, Zn i Cu i który ma zarówno właściwości przeciwdziałania zatarciu, jak i wypełnia luz pomiędzy gwintem zewnętrznym i wewnętrznym.

Taki smar wykazuje jednak szereg niedogodności. Pierwsza niedogodność smaru API związana z jego naturą polega na pewnej ilości zawartego w nim ołowiu, który jest pierwiastkiem szczególnie niebezpiecznym dla zdrowia i środowiska.

Taki smar wykazuje także i inne niedogodności, z których niektóre są wspólne dla wszystkich smarów.

Na skutek tych właściwości charakterystycznych smar nakłada się na ogół za pomocą pędzla na stykowe powierzchnie gwintowanych elementów, przy czym należy uważać, aby nakładać na powierzchnie minimalną ilość smaru, zmierzoną minimalną objętością albo minimalną masą. Zatem

Vallourec Mannesmann oil & Gas France podaje w swojej broszurze „VAM® Running Book, opracowanej przez firmę w lipcu 1996 roku dla swoich klientów, objętość co najmniej 25 cm³ albo masę

PL 211 969 B1 co najmniej 42 g smaru API Bul 5A2 do powlekania powierzchni stykowych wewnętrznych i zewnętrznych elementów połączeń gwintowych VAM® TOP o średnicy zewnętrznej 7'' (177,8 mm).

Daje to w wyniku pewną zmienność ilości smaru nałożonego na gwintowane elementy:

a) według operatorów odpowiedzialnych za operację powlekania smarem, zwłaszcza na placu budowy,

b) dla tego samego operatora, od jednego gwintowanego elementu do drugiego, i

c) dla tego samego gwintowanego elementu, od jednego punktu na gwintowanym elemencie do drugiego.

Przy operacji zestawiania rur smar rozprowadza się w luzach pomiędzy gwintami zewnętrznymi, przy czym te luzy zmieniają się przypadkowo od jednego połączenia gwintowego do drugiego na skutek tolerancji wymiarów przy wytwarzaniu gwintowanych elementów, co prowadzi do wypychania nadmiaru smaru z połączenia gwintowego.

W przypadku niektórych rodzajów połączeń gwintowych trudność odprowadzania nadmiaru smaru może powodować wytwarzania się bardzo wysokich nacisków na gwintach w czasie zestawiania rur, co może zmieniać pomiar momentu skręcającego przy zestawianiu, a nawet odkształcać gwinty i powierzchnie uszczelniające nawet w przypadku gwintów stożkowych (zalecanych przez API, a zatem szeroko stosowanych) i prowadzi w przypadku wystąpienia nadmiernego nakładania na gwinty wysadzenie rury z katastrofalnym spadkiem ciągu rur na dno odwiertu.

Poza tym, biorąc pod uwagę liczbę użytych połączeń gwintowych, na dnie odwiertu gromadzi się w wielkich ilościach nadmiar smaru wypchniętego w czasie zestawiania rur, który blokuje pory skał złoża, przez które muszą przechodzić węglowodory zanim zostaną wydobyte przez rury produkcyjne. Takie blokowanie ma znaczny wpływ na koszty eksploatacji odwiertów węglowodorowych.

Ponadto niektóre smary, włącznie ze smarami API 5A2 albo 5A3, nie zapewniają dostatecznej ochrony przeciwkorozyjnej na skutek swojego składu, warunków i czasu trwania transportu i ewentualnie przechowywania rur przed użyciem.

W zakł adzie produkcyjnym moż e zatem okazać się konieczne nakł adanie smaru, który jest specyficzny dla transportu i magazynowania, na powierzchnie stykowe gwintowanych elementów, a następnie usuwanie go na placu budowy bezpośrednio przed łączeniem rur i nakładanie końcowego smaru typu API 5A2 do zestawiania rur.

W opisach patentowych dotyczących połączeń gwintowych opisano szereg innych rodzajów smaru z ołowiem albo bez ołowiu.

Takie smary są często niejednorodne i są obciążone cząstkami metali, cząstkami mineralnymi albo cząstkami termoplastycznymi w celu wypełnienia luzów pomiędzy gwintem wewnętrznym i zewnętrznym (GB 1 086 720, US 3 526 593) i ewentualnie zapobiegania zacieraniu się w czasie zestawiania rur (US 2 065 247, US 5 275 845) albo demontażu rur (GB 1 033 735, US 2 419 144).

Właściwości związane z zapobieganiem zatarciu niektórych z tych smarów opisanych w tych dokumentach patentowych mogą wynikać z obecności w tych smarach dodatków smarnych typu EP, które działają chemicznie (US 2 065 247, US 3 095 375).

Te dokumenty patentowe dotyczą jednak smarów, które wykazują w wyniku tego niedogodności wszystkich smarów wskazane wyżej dla smarów API 5A2 albo 5A3.

Z kolei opracowano powł oki o stał ej konsystencji nał oż one na gwinty i powierzchnie no ś ne przez producenta rur, co umożliwia zestawianie „na sucho połączeń gwintowych bez konieczności dalszego nakładania środka smarującego na placu budowy.

Takie powłoki mogą mieć naturę metaliczną, tak jak powłoki znane z europejskiego opisu patentowego nr EP 632 225, w których stosuję się zewnętrzną warstwę ołowiu albo są one oparte na tlenkach metali, tak jak powłoki znane z europejskiego opisu patentowego nr EP 500 482, w których stosuje się zewnętrzną warstwę tlenków ołowiu, przy czyn jednak te powłoki są związane z niepożądaną obecnością ołowiu albo związków ołowiu.

Takie powłoki mogą być także farbą albo lakierem poślizgowym.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 786 616 jest znany sposób wytwarzania takiego lakieru poślizgowego na gwintowanym elemencie, przy czym sposób polega na uprzednim nakładaniu cienkiej (od 0,005 do 0,030 mm) warstewki fosforanu, a następnie mieszaniny, o grubości warstwy od 0,010 do 0,045 mm, żywicy syntetycznej typu żywicy epoksydowej albo innego rodzaju i dwusiarczku molibdenu albo dwusiarczku wolframu i polimeryzowaniu żywicy drogą ogrzewania.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 4 414 247 jest znany także podobny sposób wytwarzania lakieru poślizgowego na gwintowanym elemencie.

PL 211 969 B1

Takie lakiery poślizgowe mają doskonałe właściwości związane z zapobieganiem zacieraniu się tak długo, jak długo są one obecne. Jednak jako lakiery stałe ścierają się i nie regeneruje się ich w czasie powtarzających się operacji zestawiania rur. Zatem po kilku operacjach zestawianiademontażu rur obserwuje się zacieranie na połączeniach gwintowych wyposażonych w takie powłoki, przy czym takie zatarcie pojawia się niespodziewanie i jest katastrofalne.

Ponadto jeżeli taki lakier poślizgowy zostaje miejscowo uszkodzony w czasie transportu albo magazynowania rur, to warstwy lakieru nie można już miejscowo naprawić.

Dokumenty US2065247, GB1033735, WO9306197 i US5275845 ujawniają substancje smarujące, które są nakładane za pomocą pędzla. Uzyskanie cienkiej warstewki tej substancji na gwintowanym elemencie przed jakimkolwiek zestawieniem go z innym odpowiadającym mu elementem, jak w niniejszym wynalazku, za pomocą pę dzla nie jest moż liwe.

Istota wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowany element gwintowego połączenia rurowego do odwiertów węglowodorowych, zawierający odpowiednio wewnętrzne albo zewnętrzne gwintowanie, przynajmniej na powierzchni gwintowania gwintów substancje smarującą mającą konsystencję zapewniającą reżim samo-smarowania i naturę błonotwórczą oraz będącą jednorodną mieszaniną mającą właściwości smarujące i zapewniające odporność na zacieranie się, utworzoną przez połączenie środka zagęszczającego, co najmniej jednego dodatku smarnego typu EP, przy czym dodatek smarny typu EP jest fizycznie i chemicznie zgodny ze środkiem zagęszczającym i zawiera co najmniej jeden dodatek smarny typu EP o działaniu chemicznym nazywany chemicznym dodatkiem smarnym typu EP, który nadaje się do stosowania przy ciśnieniach Hertza 1000 MPa albo więcej i oleju, w którym substancja smarująca jest osadzona w postaci cienkiej warstewki o grubości mniejszej niż 0,1 mm przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowanym elementem.

Korzystnie, substancja smarująca jest nakładana w miejscu wytwarzania tego elementu.

Korzystnie, chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP i środek zagęszczający są rozpuszczalne w oleju.

Korzystnie, środek zagęszczający zawiera cząsteczki chemiczne o wyraźnej naturze polarnej.

Korzystnie, środek zagęszczający jest chemicznie trwały do temperatury 120°C albo wyższej, a zwł aszcza do temperatury 160°C albo wyż szej.

Korzystnie, środek zagęszczający jest organicznym środkiem zagęszczającym.

Korzystnie, środek zagęszczający jest mineralnym środkiem zagęszczającym.

Korzystnie, chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP wybrane są z grupy obejmującej chemiczne dodatki smarne typu EP oparte na siarce albo zawierające siarkę, dodatki oparte na fosforze, dodatki oparte na siarce i fosforze, dodatki oparte na chlorze i dodatki oparte na modyfikowanych albo niemodyfikowanych estrach albo modyfikowanych albo niemodyfikowanych kwasach tłuszczowych albo dodatki oparte na estrach kompleksowych.

Korzystnie, środkiem zagęszczającym jest utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy, chemiczne dodatki smarne typu EP zawierają produkt zawierający siarkę, zalkalizowany sulfonian i dwutiofosforan metalu, oraz że olej jest olejem mineralnym.

Korzystnie, dodatek albo dodatki smarne typu EP zawierają co najmniej jeden dodatek smarny typu EP o działaniu fizycznym.

Korzystnie, dodatek albo dodatki smarne typu EP są dodatkami o działaniu chemicznym.

Korzystnie, co najmniej jeden z dodatków smarnych typu EP ma właściwości przeciwkorozyjne.

Korzystnie, całkowita zawartość dodatków smarnych typu EP w substancji smarującej wynosi od 5 do 50% wagowo, a zwłaszcza od 15 do 32% wagowo, oraz że dodatki smarne typu EP zawierają pewną liczbę chemicznych dodatków smarnych typu EP.

Korzystniej, zawartość środka zagęszczającego substancji smarującej wynosi od 5 do 60% wagowo, zwłaszcza od 8 do 40% wagowo, oraz że zawartość oleju w substancji smarującej wynosi od 30 do 75% wagowo.

Korzystniej, zawartość środka zagęszczającego w substancji smarującej wynosi od 60 do 80% wagowo oraz że zawartość oleju w substancji smarującej wynosi od 5 do 20% wagowo.

Korzystnie, chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP zawierają chlorowaną parafinę, zawartość środka zagęszczającego w substancji smarującej wynosi od 25 do 60% wagowo, całkowita zawartość dodatków smarnych typu EP w substancji smarującej wynosi od 40 do 75% wagowo oraz że zawartość oleju w substancji smarującej wynosi od 0,5 do 15% wagowo.

PL 211 969 B1

Korzystnie, ciężar warstewki substancji smarującej wynosi od 0,1 do 40 g/m².

Korzystnie, powierzchnia (14, 16, 18, 20, 54, 56, 58, 60) gwintów, na której osadzona jest substancja smarująca jest poddana obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej.

Korzystniej, powierzchnia poddana obróbce jest powierzchnią warstewki (32) wybranej z grupy obejmującej warstewki fosforanowe, warstewki szczawianowe i warstewki metaliczne.

Korzystnie, powierzchnia (14, 16, 18, 20, 54, 56, 58, 60) gwintów poddana jest obróbce w celu wyposażenia powierzchni w regulowaną szorstkość, tak aby adsorbowała albo absorbowała substancję smarującą.

Korzystnie, powierzchnia (14, 16, 18, 20, 54, 56, 58, 60) gwintów poddana jest obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej na głębokość od 0,003 do 0,080 mm.

Korzystnie, ponieważ gwintowany element ma co najmniej jedną powierzchnię uszczelniająca (208), to substancja smarująca osadzona jest w postaci cienkiej warstewki (28) o grubości mniejszej niż 0,1 mm na każdej powierzchni uszczelniającej, przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu gwintowanym elementem.

Korzystnie, ponieważ gwintowany element ma co najmniej jeden występ oporowy przy zestawianiu rur (210), to substancja smarująca osadzona jest w postaci cienkiej warstewki (30) o grubości mniejszej niż 0,1 mm na każdej powierzchni występu oporowego, przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu gwintowanym elementem.

Korzystniej, wszystkie powierzchnie, na których osadzona jest substancja smarująca w postaci cienkiej warstewki, są powierzchniami, które poddaje się obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej.

Korzystnie, substancja smarująca zawiera mniej niż 5% wagowo barwnika, który jest nieczynny względem właściwości związanych z odpornością na zatarcie.

Korzystnie, substancja smarująca nie wydziela substancji szkodliwych dla środowiska jak na przykład ołów lub metale ciężkie.

Przedmiotem wynalazku jest również odporne na zatarcie gwintowe połączenie rurowe zawierające wewnętrznie gwintowany element i zewnętrznie gwintowany element, z których każdy ma odpowiednie gwintowanie, przy czym wymienione gwintowania wprowadzone są jedno w drugie aż do połączonego położenia, przy czym co najmniej jeden z dwóch gwintowanych elementów jest gwintowanym elementem według wynalazku.

Korzystnie, oba gwintowane elementy są gwintowanymi elementami według wynalazku, a tylko jeden z gwintowanych elementów ma powierzchnię, na której osadzona jest substancja smarująca, poddaną obróbce jak określono wyżej.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób wytwarzania cienkiej warstewki substancji smarującej o grubości mniejszej niż 0,1 mm, o konsystencji pasty, mającej naturę błonotwórczą i mogącej zapewniać reżim samo zasilanego smarowania na wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowanym elemencie gwintowego połączenia rurowego do odwiertów węglowodorowych przy czym gwintowany element ma odpowiednio wewnętrzne i zewnętrzne gwintowanie w zależności od rodzaju gwintowanego elementu, w którym przygotowuje się jednorodną ciekłą mieszaninę utworzona przez lotny rozpuszczalnik, środek zagęszczający, co najmniej jeden dodatek smarny typu EP, przy czym dodatek albo dodatki smarne typu EP są fizycznie i chemicznie zgodne ze środkiem zagęszczającym i zawierają co najmniej jeden dodatek smarny typu EP o działaniu chemicznym, Który można stosować przy ciśnieniach Hertza 1000 MPa albo więcej, oraz olej; cienką warstewkę wymienionej ciekłej mieszaniny w zasadzie o jednolitej grubości nakłada się przynajmniej na powierzchnię gwintów gwintowania, przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowanym elementem; lotny rozpuszczalnik odparowuje się albo pozestawia do odparowania, przy czym skład oleju i lotny rozpuszczalnik dobiera się tak, aby uzyskać ciekłą mieszaninę o dogodnej lepkości, a grubość warstwy ciekłej mieszaniny określa się tak, aby uzyskać pożądana grubość cienkiej warstewki powierzchni substancji smarującej po odparowaniu lotnego rozpuszczalnika.

Korzystnie, ciekła mieszanina jest nakładana przez rozpylanie przez otwory sita natryskowego lub przez rozpylanie pod ciśnieniem, przy czym grubość warstwy nałożonej ciekłej mieszaniny jest funkcją lepkości tej mieszaniny, ciśnienia i czasu trwania rozpylania. Korzystne cechy wynalazku Ponieważ gwintowany element według wynalazku jest wyposażony w warstwę poślizgową na powierzchniach, które mają stać się powierzchniami stykowymi, jest on wolny od przedstawionych wyżej niedogodności.

PL 211 969 B1

Wynalazek ma w szczególności na celu opracowanie gwintowanego elementu, który można demontować albo zestawiać 10 razy z gwintowanym elementem typu elementu współpracującego bez powodowania zatarcia w ostrych warunkach eksploatacji odwiertów węglowodorowych z ciśnieniami Hertza, które można stosować i które mogą wynosić ponad 300 MPa pomiędzy ślizgowymi powierzchniami stykowymi, z szybkościami poślizgu 0,1 m/s i z długościami poślizgu do jednego metra.

Celem wynalazku jest także unikanie katastrofalnego zatarcia prowadzącego nagle do nieakceptowalnego zniszczenia powierzchni stykowych i konieczności wyrzucenia albo ponownej obróbki maszynowej gwintowanych elementów.

Celem wynalazku jest dalej opracowanie gwintowanego elementu, który nie uwalnia żadnych substancji, które są niebezpieczne dla środowiska, takich na przykład jak ołów albo metale ciężkie.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest opracowanie gwintowanego elementu, który można stosować z takim samym powodzeniem w obszarach arktycznych i w obszarach tropikalnych albo równikowych i po pewnych okresach na dnie odwiertów, w których temperatury mogą osiągać, a nawet przekraczać 160°C.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest opracowanie gwintowanego elementu, który można stosować normalnie na miejscu wiercenia albo miejscu produkcji bez stosowania w tym czasie środka poślizgowego, przy czym wymagany środek poślizgowy został już nałożony w zakładzie produkującym gwintowany element.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest zapewnienie, aby części gwintowanego elementu przeznaczone do wchodzenia w styczność ślizgową w czasie zestawiania rur i powleczone środkiem poślizgowym w zakładzie nie mogły korodować w czasie transportu i magazynowania.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest zapewnienie, aby warstwa środka poślizgowego wytworzona w zakładzie mogła być naprawiana, jeżeli jest to konieczne, na miejscu.

Oczywiście celem wynalazku jest zapewnienie uzyskania tych właściwości przy stosunkowo niskich kosztach.

Celem wynalazku jest ponadto zapewnienie, aby gwintowany element mógł być stosowany z powodzeniem zarówno ze współdział ają cym gwintowanym elementem wedł ug wynalazku, jak i ze zgodnym, dostępnym w handlu, współpracującym gwintowanym elementem.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest zapewnienie, że takie same właściwości związane z zapobieganie zacieraniu się uzyska się z gwintowanym elementem zawierającym jedną albo więcej powierzchni uszczelniających typu metal-metal i oprócz gwintu co najmniej jedną powierzchnię oporową przy zestawianiu rur.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest zapewnienie, że takie same właściwości związane zapobieganiem zacieraniu się będzie można uzyskać z gwintowanymi elementami w przypadku integralnych gwintowych połączeń rurowych albo w przypadku gwintowych albo sprzężonych połączeń zawierających wszelkiego rodzaju gwinty (stożkowe, proste, jednostopniowe albo wielostopniowe, itp.) ze wszystkimi rodzajami kształtów gwintów (trójkątne, trapezoidalne, itp.) ze stałą albo zmieniającą się szerokością gwintów (gwinty klinowe).

Stosowane tu określenie cienka warstewka substancji smarującej oznacza warstewkę o grubości mniejszej niż 0,10 mm.

Określenie jednorodna mieszanina oznacza, jak wiadomo, dokładną i trwałą dyspersję składników, tak że substancja smarująca ma identyczne właściwości we wszystkich punktach.

Pojęcie reżimu samozasilanego smarowania jest znane jako takie do charakteryzowania faktu, że w substancjach smarujących typu oleju i pewnych smarów warstewka substancji smarującej nigdy nie jest nieodwracalnie zniszczona, lecz samonaprawia się albo samowiąże się, gdy jest ścinana w czasie zestawiania rur.

Taką cechę charakterystyczną można uzyskać z zakresem konsystencji substancji smarującej w temperaturze otoczenia, który jest stosunkowo szeroki i zmienia się od konsystencji półstałej podobnej do konsystencji lakieru o wysokiej lepkości przed suszeniem do konsystencji pasty, która nie płynie i przypomina wosk.

Do rozwiązania niniejszego problemu konieczne jest łączenie trzech składników substancji smarującej, to jest środka zagęszczającego, dodatku smarnego typu EP i oleju, przy czym jednak substancja smarująca może zawierać także inne substancje, które są obojętne pod względem odporności na zacieranie się, lecz dodaje się je z innych przyczyn (na przykład w celu zabarwienia warstewki).

PL 211 969 B1

Środek zagęszczający, jak wskazuje sama nazwa, nadaje substancji smarującej gęstość, lepkość, konsystencję, właściwości pasty, lecz właściwości płynne w celu zapewnienia reżimu samozasilanego smarowania i właściwości błonotwórcze. Środek może także działać jako spoiwo dla innych składników substancji smarującej.

Można rozróżniać dwie rodziny środków zagęszczających, a mianowicie środki organiczne i mineralne:

a) organiczne środki zagęszczające:

nie ograniczające przykłady organicznych środków zagęszczających, które można wymienić, obejmują zwierzęce albo roślinne woski naftowe, mikrokrystaliczne woski parafinowe, utlenione woski wazelinowe, woski sulfonowane, woski syntetyczne i mieszaniny tych wosków, kleiste żywice naftowe, bitumy, polimery, które są rozpuszczalne albo dyspergują w oleju, mydła liporozpuszczalne, itp., przy czym oprócz podanych wyżej właściwości, dzięki swoim chemicznym i fizycznym cechom charakterystycznym, ten rodzaj środka zagęszczającego może pełnić korzystnie funkcję ochronną przed korozją,

b) mineralne środki zagęszczające:

mineralny środek zagęszczający może być hydrofobową prażoną krzemionką, hydrofobowymi szczepionymi bentonitami albo dwutlenkiem tytanu.

Dodatki smarne typu EP są substancjami, które są dobrze znane w dziedzinie środków poślizgowych, i ich skuteczność można mierzyć za pomocą norm badania EP (próba 4-kulowa, próba Falexa, itp.).

Z definicji chemiczne dodatki smarne typu EP reagują ze stykającymi się częściami metalowymi od pewnej temperatury wytworzonej na skutek tarcia, tworząc chemiczną warstewkę smarującą. Spośród chemicznych dodatków smarnych typu EP znane są dodatki następujące:

- chemiczne dodatki smarne typu EP oparte na siarce albo zawierające siarkę, takie jak na przykład węglowodory albo zawierające siarkę estry sprzedawane jako produkt zawierający siarkę, dwutiokarbaminiany metali, obojętne albo zalkalizowane sulfoniany metali,

- chemiczne dodatki smarne typu EP oparte na fosforze, takie jak kwasy albo estry fosforowe,

- chemiczne dodatki smarne typu EP oparte na siarce i fosforze, takie jak dwutiofosforany metali, a zwłaszcza cynku,

- chemiczne dodatki smarne typu EP oparte na chlorze, a zwł aszcza chlorowane parafiny,

- modyfikowane albo niemodyfikowane kwasy albo estry tłuszczowe, estry kompleksowe, itp.

Te chemiczne dodatki smarne typu EP wytwarza się na ogół i sprzedaje w postaci rozcieńczonej w oleju mineralnym, przy czym jednak stosowane w reszcie niniejszego tekstu określenie chemiczne dodatki smarne typu EP będzie odnosić się do nierozcieńczonego składnika czynnego.

Stosowany chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP wybiera się spośród znanych dodatków umożliwiających pracę bez zacierania się przy ciśnieniu Hertza 1000 MPa albo więcej.

Dodatki wybiera się także w taki sposób, aby były one fizycznie i chemicznie zgodne z wybranym środkiem zagęszczającym, a zatem muszą mieszać się doskonale ze środkiem zagęszczającym, lecz nie muszą z nim reagować, ponieważ ich właściwości związane ze skrajnymi ciśnieniami były by poważnie pogorszone.

Te chemiczne dodatki smarne typu EP można stosować samodzielnie albo w postaci mieszaniny korzystając z maksymalnej synergii skuteczności.

Stosowane tu określenie olej w substancji smarującej oznacza zarówno olej, który dodaje się specyficznie, jak i olej, w którym rozcieńcza się środki zagęszczające i ewentualnie dodatki smarne typu EP, a zwłaszcza chemiczne dodatki smarne typu EP.

Stosowany olej może być frakcją pochodzącą z destylacji produktów naftowych, znanej jako podstawa nieorganiczna, lecz może być także podstawą syntetyczną otrzymywaną drogą reakcji chemicznej, taką jak polialfaolefiny, poliizobuteny, estry, itp. Olej może być także olejem roślinnym (olejem rzepakowym, olejem słonecznikowym, itp.) albo olejem zwierzęcym, a także może być mieszaniną takich podstaw.

Chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP i środek zagęszczający są rozpuszczalne w oleju, co umożliwia dyspergowanie chemicznego dodatku albo dodatków smarnych typu EP ze środkiem zagęszczającym i otrzymywanie doskonale jednorodnej substancji smarującej.

Środek zagęszczający ma korzystnie cząsteczki chemiczne o wyraźnej naturze polarnej. Taka cecha może w szczególności przyczyniać się do przywierania środka poślizgowego do podłoża.

Środek zagęszczający jest chemicznie trwały aż do temperatury 120°C albo wyższej, a zwłaszcza do temperatury 160°C albo wyższej.

PL 211 969 B1

Dodatek albo dodatki smarne typu EP zawierają co najmniej jeden dodatek smarny typu EP o działaniu fizycznym, zwłaszcza w postaci stałych cząstek submikronowych, w celu wytworzenia substancji smarujących w postaci jednorodnej mieszaniny.

Dodatki smarne typu EP o działaniu fizycznym, znane jako fizyczne dodatki smarne typu EP, sytuują się pomiędzy powierzchniami stykowymi w postaci cienkiej warstewki, które mogą ścinać się wzdłuż charakterystycznych płaszczyzn łupliwości swojej struktury krystalicznej i równolegle do płaszczyzny poruszania się albo po prostu w łatwo odkształcających się płaszczyznach. Pierwsza kategoria (rozszczepienie) obejmuje grafit, molibden, wolfram i dwusiarczki cyny, azotek boru, itp., a druga kategoria obejmuje PTFE, polimery typu poliamidów, polimocznika, itp.

Substancja smarująca zawiera korzystnie szereg chemicznych dodatków smarnych typu EP, korzystnie dodatków niechlorowanych.

Zawartość środka zagęszczającego i dodatków smarnych typu EP, dana dla różnych kompozycji według niniejszego dokumentu patentowego, odpowiada zawartości substancji czynnych wskazanych składników.

Powierzchnię gwintów poddaje się obróbce w celu wyposażenia jej w regulowaną szorstkość, tak aby adsorbowała albo absorbowała substancję smarującą. Taką obróbką może być na przykład piaskowanie, śrutowanie, trawienie, itp.

Stosowane tu określenie bezpośrednio osadzona cienka warstewka substancji smarującej oznacza, że powierzchnia przedmiotowych gwintów nie została poddana obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej.

Stosowane tu określenie lotny rozpuszczalnik oznacza każdą frakcję naftową o temperaturach destylacji od 40° do 250°C. Te lotne rozpuszczalniki obejmują benzyny specjalne, benzyny lakowe, oleje oświetleniowe, produkty aromatyczne, takie jak benzen, toluen, ksylen, itp.

Lepkość wyżej wymienionej ciekłej mieszaniny zmierzona kubkiem FORDA nr 4 odpowiada czasowi trwania od 10 do 30 sekund, a zwłaszcza od 15 do 25 sekund.

Warstewkę ciekłej mieszaniny nakłada się korzystnie droga rozpylania.

Alternatywnie można ją nakładać za pomocą każdego innego środka, na przykład przez zanurzanie, malowanie albo zraszanie.

Rozpuszczalnik można odparowywać w sposób naturalny albo wymuszony, a zwłaszcza drogą umiarkowanego ogrzewania gwintowanego elementu albo drogą konwekcji gorącego powietrza.

Następujące figury dostarczają nie ograniczających ilustracji szeregu rozwiązań wynalazku. Omówienie figur rysunku

Fig. 1 przedstawia pewien rodzaj gwintowego i sprzężonego połączenia składającego się z czterech gwintowanych elementów rurowych, które można stosować w wynalazku.

Fig. 2 przedstawia dalszy rodzaj gwintowego i sprzężonego połączenia składającego się z czterech gwintowanych elementów rurowych, które można stosować w wynalazku.

Fig. 3 przedstawia integralny rodzaj połączenia typu gwintowego, składającego się z dwóch gwintowych połączeń rurowych, które można stosować w wynalazku.

Fig. 4 przedstawia kilka gwintów wewnętrznych wewnętrznego gwintowanego elementu rurowego dostępnego w handlu i pokazanego na Fig. 1.

Fig. 5 przedstawia kilka gwintów zewnętrznych zewnętrznego gwintowanego elementu rurowego według wynalazku, typu pokazanego na Fig. 1.

Fig. 6 przedstawia szczegół z Fig. 5.

Fig. 7 przedstawia fazę zagłębiania na początku zestawiania gwintu wewnętrznego i zewnętrznego z Fig. 4 i 5.

Fig. 8 przedstawia ten sam element wewnętrzny i zewnętrzny z Fig. 4 i 5 po zakończeniu zestawiania.

Fig. 9 przedstawia kilka gwintów wewnętrznych wewnętrznego gwintowanego elementu rurowego gwintowego połączenia rurowego według wynalazku, typu pokazanego na Fig. 2.

Fig. 10 przedstawia kilka zewnętrznych gwintów zewnętrznego gwintowego połączenia rurowego typu pokazanego na Fig. 2.

Fig. 11 przedstawia fazę zagłębiania na początku zestawiania gwintu wewnętrznego i zewnętrznego z Fig. 9 i 10.

Fig. 12 przedstawia szczegół z Fig. 11.

Fig. 13 przedstawia ten sam wewnętrzny i zewnętrzny element z Fig. 9 i 10 po zakończeniu zestawiania.

PL 211 969 B1

Fig. 14 przedstawia wariant Fig. 9.

Fig. 15 przedstawia gwint wewnętrzny i zewnętrzny z Fig. 14 i 10 po zakończeniu zestawiania.

Fig. 16 przedstawia wolną strefę końcową wewnętrznego elementu pokazanego na Fig. 2.

Fig. 17 przedstawia strefę obudowy wewnątrz zewnętrznego gwintowanego elementu rurowego według wynalazku pokazanego na Fig. 2.

Fig. 18 przedstawia wolną strefę końcową i strefę obudowy z Fig. 17 po zestawieniu gwintowanych elementów.

Fig. 19 przedstawia wykres pokazujący krzywą zestawiania dla gwintowego połączenia z Fig. 9 do 13 i 16 do 18.

Fig. 20 przedstawia wykres pokazujący, w przypadku połączenia gwintowego z Fig. 9 do 13 i 16 do 18, względny przebieg progowego momentu skręcającego w czasie zestawiania i względny przebieg początkowego momentu skręcającego przy demontażu jako funkcji liczby cykli zestawianiedemontaż.

Przykłady wykonania

Na Fig. 1 przedstawiono zgodnie ze specyfikacja API 5CT gwintowe połączenie 100 pomiędzy dwiema rurami metalowymi 101 i 101' z zastosowaniem złączki nakrętnej 102 i składające się z 2 gwintowych połączeń.

Każdy koniec rury 101, 101' zawiera element 1, 1 zawierający wewnętrzne stożkowe gwintowanie 103, 103' z gwintami okrągłymi i kończy się w wewnętrznej powierzchni końcowej 109, 109'.

Złączka nakrętna 102 składa się z 2 zewnętrznych elementów 2, 2' rozmieszczonych symetrycznie względem środkowej płaszczyzny złączki nakrętnej, przy czym każdy zewnętrzny element zawiera zewnętrzne stożkowe gwintowanie 104, 104' z gwintami, które współpracują z gwintami wewnętrznymi.

Gwintowania wewnętrzne 103, 103' wchodzą we współpracujące gwintowania zewnętrzne 104, 104'.

Specyfikacja API 5B określa dla tego rodzaju połączenia kształt gwintu, wymiary, zbieżność gwintowania, skok, itp.

Chociaż nie pokazano, to w ramach specyfikacji API 5CI i 5B połączenie z gwintowaniami typu „przyporowego można stosować w taki sam sposób jak pokazano na Fig. 1, lecz z gwintami trapezoidalnymi.

Na Fig. 2 przedstawiono gwintowe i sprzężone połączenie 200 z dwoma wewnętrznymi elementami 1, 1 i dwoma zewnętrznymi elementami 2, 2' z gwintowaniami stożkowymi 203, 204 i z gwintami trapezoidalnymi, przy czym złączka nakrętna 202 ma występ 206 w swojej części środkowej pomiędzy elementami zewnętrznymi, przy czym występ umożliwia przepływ płynu w nieburzliwy sposób w rurach 201,201' i zapewnia zewnętrzne występy oporowe 210, o które opierają się wewnętrzne występy oporowe 209 utworzone przez pierścieniowe powierzchnie końcowe rur.

Stożkowe wewnętrzne i zewnętrzne powierzchnie uszczelniające 207 i 208, znajdujące się na niegwintowanych częściach i współoddziaływujące promieniowo, tak że wytwarzają sprężysty nacisk stykowy pomiędzy nimi, umożliwiają w znany sposób zapewnienie uszczelnienia połączenia z Fig. 2.

Na Fig. 3 przedstawiono integralne gwintowe połączenie 300 pomiędzy dwiema rurami 301 i 302, zawierające dwustopniowe proste gwintowania.

Koniec rury 301 stanowi wewnętrzny element 1 zawierający proste dwustopniowe wewnętrzne gwintowanie 303, 303', stożkową wewnętrzną powierzchnię progową 308 w połowie rowka trapezowego pomiędzy dwoma stopniami gwintu wewnętrznego i występy oporowe 309, 309' na każdym końcu wewnętrznego elementu.

Koniec rury 302 stanowi zewnętrzny element 2, który współpracuje z wewnętrznym elementem 2 i zawiera proste, dwustopniowe zewnętrzne gwintowanie 304, 304', stożkową zewnętrzną powierzchnię progową 308 w połowie trapezowego rowka pomiędzy dwoma stopniami zewnętrznego gwintu i występy oporowe 310, 310' na każdym końcu zewnętrznego elementu.

Wewnętrzne i zewnętrzne gwintowania złączki nakrętnej 300 mają gwinty trapezoidalne i normalnie nie mają promieniowego współoddziaływania po zestawieniu.

W stanie połączenia występy 307 i 308 tworzą główny występ oporowy, przy czym występy operowe 309, 309', 310, 310' działają tylko jako rezerwowy występ oporowy w przypadku obniżania się głównego występu oporowego.

Stożkowe powierzchnie 311', 312' odpowiednio na wewnętrznym i zewnętrznym elemencie tworzą wewnętrzną parę powierzchni uszczelniających metal-metal w sąsiedztwie końca elementu we10

PL 211 969 B1 wnętrznego. W sąsiedztwie końca elementu zewnętrznego stożkowe powierzchnie 311, 312 tworzą zewnętrzną parę powierzchni uszczelniających metal-metal. Zewnętrzna para powierzchni uszczelniających 311,312 mogłaby znajdować się także pomiędzy występami 307 i 308 i stopniem gwintowania o dużej średnicy 303, 304.

Na Fig. 4 przedstawiono w przekroju podłużnym kilka gwintów trójkątnych 11 wewnętrznego stożkowego gwintowania 103 z Fig. 1.

Gwinty wewnętrzne 11 mają dwie prostoliniowe powierzchnie nośne 13, 15, z których każda tworzy kąt 30° względem normalnej YY do osi XX gwintowanego elementu i po każdej stronie tej normalnej, grzbiet wewnętrznego zaokrąglonego gwintu 17 i dno bruzdy wewnętrznego gwintu 19, także zaokrąglonego.

Powierzchnia nośna 15, normalna do powierzchni której jest skierowania do wolnego wewnętrznego końca 109, jest powierzchnią nośną znaną jako zagłębieniowa powierzchnia nośna, ponieważ wewnętrzna zagłębieniowa powierzchnia nośna spoczywa na zewnętrznej zagłębieniowej powierzchni nośnej w czasie zazębiania się gwintu wewnętrznego i zewnętrznego w celu połączenia drogą zestawiania rur.

Powierzchnia nośna 13, normalna do powierzchni której jest skierowana do boku przeciwnego do wewnętrznego wolnego końca 109, jest obciążeniową powierzchnią nośną. Obciążeniowe powierzchnie nośne podpierają osiowe obciążenie rozciągające na gwintowanych połączeniach. Powierzchnie 13, 15 i strefy 17,19 gwintów wewnętrznych są obrobione maszynowo.

Na Fig. 5 przedstawiono w przekroju wzdłużnym kilka trójkątnych gwintów 12 zewnętrznego stożkowego gwintowania 104 z Fig. 1.

Kształt gwintów zewnętrznych 12 odpowiada kształtowi gwintów wewnętrznych 11, z których każdy ma zagłębieniowa powierzchnię nośną 16 i obciążeniową powierzchnię nośną 14, znajdujące się pod kątem 30° po każdej stronie normalnej YY do osi gwintowanego elementu, grzbiet zewnętrznego gwintu 20 i dno bruzdy zewnętrznego gwintu 18. Powierzchnie 14, 16 i strefy 18, 20 gwintów zewnętrznych poddaje się obróbce w celu absorpcji albo adsorpcji substancji smarującej i w tym celu zawierają one warstewkę 32, w przypadku przekształcenia drogą fosforanowania manganowego, o grubości 0,006 mm wytworzoną na powierzchniach obrobionego maszynowo gwintu. Warstewka fosforanowania manganowego nadaje się dobrze do obróbki gwintowanych elementów ze stali niestopowej albo lekko stopowej.

Możliwe są także i inne warstewki fosforanowe, takie jak na przykład warstewka fosforanu cynkowego.

W przypadki stalowych gwintowanych elementów z wysoką zawartością chromu albo stopem opartym na niklu może okazać się korzystne wytwarzanie warstewki drogą szczawianowania albo drogą osadzania metalicznej miedzi.

Grubość wymagana w przypadku różnych warstewek jest tego samego rzędu wielkości jak w przypadku fosforanowania manganowego.

Poddaną obróbce powierzchnię zewnętrznych gwintów 12 powleka się cienką warstewką 22 substancji smarującej, która częściowo absorbuje się albo absorbuje w warstewce fosforanowej i która pokrywa tę ostatnią przy grubości kilku mikronów w zasadzie w jednolity sposób na poddanej obróbce powierzchni gwintów 12. Stosunek pomiędzy ciężarem zaadsorbowanej i zaabsorbowanej warstewki w warstewce fosforanowej i ciężarem warstewki na warstewce fosforanowej wynosi około 1/1.

Następujące kompozycje są przykładami kompozycji (% wagowo) i ciężaru warstewki (g/m) odpowiedniej substancji smarującej.

P r z y k ł a d 1

- naftowy wosk parafinowy: 19%

- produkt zawierający siarkę: 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwutiofosforan metalu: 3%

- olej mineralny: 59% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 20 g/m²

Substancja smarująca zawiera trzy chemiczne dodatki smarne typu EP, a mianowicie produkt zawierający siarkę, zalkalizowane sulfoniany i dwutiofosforan metalu, które są składnikami rozpuszczalnymi w oleju. W oleju jest rozpuszczalny także i wosk.

PL 211 969 B1

P r z y k ł a d 2

- utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 29%

- produkt zawierają cy siarkę : 6%

- zalkalizowane sulfoniany wapnia: 13%

- dwutiofosforan metalu (Zn): 3%

- olej mineralny: 49% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 20 g/m² lepkość kinematyczna odłożonej warstewki w temperaturze ± 100°C 260 cSt

Należy nadmienić, że utlenione mikrokrystaliczne woski parafinowe są związkami bardzo odpornymi na temperaturę i nie ulegają rozkładowi chemicznemu, gdy utrzymuje się temperaturę 160°C. laka trwałość chemiczna umożliwia opuszczanie gwintowych połączeń aż do dna odwiertów, gdzie temperatura może osiągnąć 160°C, bez nieodwracalnych zmian charakterystycznych właściwości wosku. Gwintowe połączenia można następnie podnieść z odwiertu w celu demontażu przed ponownym zestawianiem rur i opuszczać ponownie do tego samego albo innego odwiertu.

P r z y k ł a d 3

- mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 31%

- produkt zawierają cy siarkę : 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwutiofosforan metalu: 3%

- olej mineralny: 47% ₂ ciężar osadzonej warstewki osadu: 24 g/m²

P r z y k ł a d 4

- kleista ż ywica naftowa: 30%

- produkt zawierają cy siarkę : 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwuriofosfcran metalu: 3%

- olej mineralny: 45% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 21 g/m²

P r z y k ł a d 5

- sulfonowany wosk: 30%

- produkt zawierają cy siarkę : 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwutiofosforan metalu: 3%

- olej mineralny: 48% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 21 g/m²

P r z y k ł a d 6

- bitum: 30%

- produkt zawierają cy siarkę : 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwutiofosforan metalu: 3%

- olej mineralny: 48% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 22 g/m²

P r z y k ł a d 7

- Stearynian glinowy: 30%

- produkt zawierają cy siarkę : 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwutiofosforan metalu: 3%

- olej mineralny: 48% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 23 g/m²

P r z y k ł a d 8

- bentonit lipofi ł owy: 30%

- produkt zawierają cy siarkę : 7%

- zalkalizowane sulfoniany: 13%

- dwutiofosforan metalu: 3%

- olej mineralny: 68%

PL 211 969 B1 ciężar osadzonej warstewki: 14 g/m²

P r z y k ł a d 9

- polimetakrylan alkilu, organiczny środek zagęszczający: 12%

- produkt zawierający siarkę: 6%

- zalkalizowane sulfoniany: 12%

- dwutiofosforan metalu: 4%

- olei mineralny: 66% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 23 g/m²

P r z y k ł a d 10

- utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 30%

- poliizobuten: 2%

- chlorowana parafina: 59% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 21 g/m²

W tym przykładzie chlorowana parafina ma konsystencję oleistą i dodaje się małą ilość oleju w postaci poliizobutenu (podstawa syntetyczna).

Zastosowanie chlorowanej parafiny jako chemicznego dodatku smarnego typu EP powoduje, że kompozycja jest szczególnie bardziej odpowiednia do stosowania z niektórymi gwintowanymi elementami ze stali nierdzewnej (nie podatnymi na korozję przez chlor albo chlorki) albo elementami ze stopu niklowego.

P r z y k ł a d 11

- utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 67%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany wapnia: 13%

- dwutiofosforan metalu (Zn): 5%

- olej mineralny: 11% ₂ ciężar osadzonej warstewki: 23 g/m² lepkość kinematyczna osadzonej warstewki w temperaturze +100°C: 680 cSt

We wszystkich powyższych przykładach uzyskane osadzone warstewki substancji smarujących są gładkie na skutek błonotwórczej natury substancji smarującej i ciekłej mieszaniny, z której ona pochodzi.

We wszystkich powyższych przykładach z wyjątkiem Przykładu 5 i 9 uzyskane osadzone warstewki substancji smarującej mają woskowaty, kleisty wygląd, nie płyną, a zatem mają w temperaturze otoczenia konsystencję pasty. Tytułem wskazówki lepkość takich osadzonych warstewek wynosi od 100 do 1000 cSt w temperaturze +100°C, to jest w temperaturze, którą można pojawić się przy zestawianiu gwintowanych elementów.

W przypadku Przykładu 5 i 9 wygląd osadzonej warstewki przypomina bardziej bardzo lepki lakier, a jej konsystencja jest półstała.

We wszystkich przykładach oprócz Przykładu 10 substancja smarująca zawiera trzy chemiczne dodatki smarne typu EP, przy czym całkowita zawartość dodatków smarnych typu EP wynosi około 20-25%.

W Przykładach 1 do 9 stosunek pomiędzy produktem zawierającym siarkę, zalkalizowanymi sulfonianami i dwu-tiofosforanem metalu wynosi w zasadzie 2:4:1. W Przykładzie 11 ten stosunek wynosi w zasadzie 1:2:1.

Zawartość oleju w substancji smarującej zmienia się szeroko w zależności od natury środka zagęszczającego, ewentualnie dodatków smarnych typu EP i wymaganej konsystencji:

- około 50% w przypadku Przykładów 1 do 7,

- około 65-70% w przypadku Przykładów 8 (środek zagęszczający = lipofilowy bentonit) i 9 (konsystencja bardziej płynąca),

- około 10% w przypadku Przykładu 11 (stosunkowo stała konsystencja wosku),

- tylko około 2% w przypadku Przykładu 10 na skutek oleistej konsystencji zawartej wybranej parafiny.

We wszystkich przykładach zawierających organiczny środek zagęszczający, to jest we wszystkich przykładach z wyjątkiem Przykładu 8, środek zagęszczający zawiera cząsteczki chemiczne o wyraźnej naturze polarnej, co umożliwia jego przywieranie do poddanej obróbce metalowej poPL 211 969 B1 wierzchni gwintów i nadawanie jej hydrofobowych właściwości. Takie klejowe właściwości hydrofobowe umożliwiają doskonałe pokrywanie poddanej obróbce powierzchni gwintów przez cienką warstewkę 22 substancji smarującej i zabezpieczenie tej powierzchni przed korozją, zwłaszcza wtedy, gdy rury magazynuje się przed użyciem ze swoimi gwintowanymi elementami.

Wszystkie kompozycje tych 11 przykładów dają obciążenie spawania w próbie „4 kul według ASIM D2596 (próba EP) wyższe niż 800 kg i zaznaczoną średnicę zużycia ściernego od 0,35 do 0,37 po 1 godzinie przy obciążeniu 392 N (40 kg) w czasie prób zużycia ściernego według ASTM D2266.

Wszystkie chemiczne dodatki smarne typu EP z 11 przykładów są fizycznie i chemicznie zgodne z odpowiednimi środkami zagęszczającymi. Chemiczne dodatki smarne typu EP muszą być trwałe dopóki nie będą poddane temperaturom wynikającym z miejscowego przerwania warstewki smarującej i umożliwiać wtedy reakcję chemiczną tych dodatków ze stykającymi się powierzchniami metalicznymi z utworzeniem składników zapobiegających albo opóźniających zacieranie się nawet wtedy, gdy nacisk stykowy przekracza 1000 MPa.

Oprócz środka zagęszczającego, dodatków smarnych typu EP i oleju substancja smarująca może ewentualnie zawierać mniej niż 5% barwnika, który nie wykazuje żadnego wpływu na właściwości związane z zapobieganiem zacieraniu się, lecz przeznaczonego do wskazania obecności cienkiej warstewki substancji smarującej według wynalazku (podatność na wykrywanie ilości śladowych i różnicowanie względem standardowych smarów API).

Zatem substancja smarująca może zawierać 2,5% sproszkowanej sadzy w celu wyposażenia substancji smarującej w silnie jednolitą czarną barwę albo 0,12% fluoresceiny (Fluorescent Green Light) w celu wyposażenia substancji smarującej w ciemno zieloną barwę.

Na Fig. 7 przedstawiono gwinty zewnętrzne 12 w czasie fazy zagłębiania się w czasie ich łączenia się z gwintami wewnętrznymi 11 drogą zestawiania rur.

Warstewka substancji smarującej 22 zapobiega bezpośredniej styczności poddanych obróbce maszynowej, wewnętrznych, zagłębieniowych powierzchni nośnych 15 gwintu i zewnętrznych zagłębieniowych powierzchni nośnych 16 gwintu poddanych obróbce drogą fosforanowania.

Ponieważ zestawianie rur dopiero co rozpoczęło się i na skutek istnienia zbieżnego rozmieszczenia gwintować, to pozostaje wolna przestrzeń pomiędzy warstewką 22 i powierzchnią wewnętrznego gwintu na obciążeniowych powierzchniach nośnych 13, 14 i grzbietami i dnami bruzdy gwintu.

Warstewka 22 podpiera ciężar rury 101 na zagłębieniowych powierzchniach nośnych gwintu, natomiast rura 101 jest zestawiana w położeniu pionowym nad złączką nakrętną 102 już połączoną z rurą 101', a wysoki moment skręcający jest zapewniony przez kleszcze montażowe.

Nawet nieznaczna niewspółliniowość osi wewnętrznych i zewnętrznych gwintowanych elementów 1, 2 w czasie zazębiania dawałaby w wyniku, przy braku warstewki substancji smarującej, oranie zagłębieniowych powierzchni bocznych i bardzo szybkie zakleszczenie stykających się powierzchni nośnych gwintów. W takim przypadku byłoby niemożliwe zdemontowanie zakleszczonych gwintowych połączeń i w każdym razie uszkodzone powierzchnie gwintu musiałyby być ponownie regenerowane.

Obecność środka zagęszczającego i oleju w substancji smarującej warstewki 22 oraz lepkość substancji smarującej zapewniają, że w obecności naprężeń ścinających istnieje samozasilany reżim smarowania, który jest typowy dla oleju albo smaru, dzięki czemu brak jest spękania substancji smarującej po ścinaniu w przypadku zewnętrznych temperatur roboczych w zakresie od -50° do +50°C. Można powiedzieć, że substancja smarująca sama regeneruje się albo sama spaja się, gdy jest ścinana.

Warstewka fosforanowa 32 na powierzchni gwintów zewnętrznych 12 może skutecznie zatrzymywać substancję smarującą na powierzchni tych gwintów.

W ekstremalnych warunkach ciśnienia, gdy samozasilanie substancji smarującej jest miejscowo przerywane, funkcję zapobiegania zatarciu przejmuje chemiczny dodatek smarny typu EP.

Na Fig. 8 przedstawiono wewnętrzny i zewnętrzny gwint 11, 12 w końcowym położeniu zestawiania rur.

Substancję smarującą rozprowadza się cienką warstewką 22 w luzach pomiędzy śrubowymi powierzchniami gwintów w czasie zestawiania rur. Substancja smarująca wchodzi pomiędzy obciążeniowe powierzchnie nośne 13, 14 i pomiędzy zagłębieniowe powierzchnie nośne 15, 16 i w mniejszym lub większym stopniu wypełnia po sparowaniu luzy pomiędzy grzbietami i dnami bruzd 17, 18, 19, 20 na skutek tolerancji wymiarowych.

Z tego powodu nadmiar substancji smarującej nie jest wypychany do odwiertu, a gwintowane elementy nie mogą być odkształcane przez naciski wywierane przez wielki nadmiar substancji smarującej.

PL 211 969 B1

Demontaż połączonych gwintów prowadzi do podzielenia się warstewki 22 na 2 części, przy czym podział wewnątrz tej warstewki jest z natury rzeczy przypadkowy.

Mimo wszystko resztki warstewek na wewnętrznych i zewnętrznych gwintach mogą umożliwić przeprowadzenie co najmniej 10 cyklów zestawianie-demontaż bez zapoczątkowania zatarcia.

Z drugiej strony wynalazcy zauważyli, że proste dodawanie konwencjonalnego smaru typu API 5A2 w ilości mniejszej w porównaniu ze standardowymi ilościami wymaganymi w taki sposób, aby po prostu wypełnić luzy pomiędzy gwintami, prowadzi do zatarcia po niewielu cyklach zestawianie/demontaż, jeżeli dodawanie nie jest odnawiane pomiędzy cyklami.

Na Fig. 9 przedstawiono w przekroju wzdłużnym kilka wewnętrznych trapezoidalnych gwintów 51 zewnętrznego stożkowego gwintowania 203 z Fig. 2.

Gwinty wewnętrzne 51 mają cztery prostoliniowe powierzchnie czołowe, a mianowicie:

- obciążeniową powierzchnię nośną 53,

- zagłębieniowa powierzchnię nośną 55,

- grzbiet gwintu 57,

- dno bruzdy gwintu 59.

Grzbiety i dna bruzd gwintów są równoległe względem stożka skoku gwintowania 103.

W jednym z wariantów mogą one być równoległe do osi połączenia, przy czym wtedy wysokość promieniowa zagłębieniowej powierzchni nośnej gwintu jest większa niż wysokość obciążeniowej powierzchni nośnej gwintu.

Powierzchnia obciążeniowa 53 tworzy nieznacznie ujemny kąt A z normalną do osi gwintowanego elementu, na przykład kąt -3°, tak że pojawia się nieznaczny występ.

Zagłębieniowa powierzchnia 55 tworzy dodatni kąt B z normalną do osi połączenia, tak że gwinty 51 są węższe przy swojej podstawie niż przy grzbiecie 57, co ułatwia obróbkę maszynową.

Cztery powierzchnie czołowe 53, 55, 57, 59 gwintów 51 powleka się w stanie obrobionym osadzoną warstewką 21, która ma grubość kilku mikrometrów tej samej substancji smarującej co i grubość utworzona przez osadzoną substancję smarującą 22 na Fig. 5. Stosować można te same składy i te same ciężary warstewki jak te, które opisano na Fig. 5.

Na Fig. 10 przedstawiono w przekroju wzdłużnym kilka zewnętrznych trapezoidainych gwintów 52 zewnętrznego stożkowego gwintowania 204 z Fig. 2.

Gwinty zewnętrzne 52 mają cztery prostoliniowe powierzchnie czołowe z kształtem i rozmieszczeniem, które odpowiadają gwintom wewnętrznym 51, a mianowicie:

- obciążeniowa powierzchnia nośna 54 z nieznacznie ujemnym kątem A,

- zagłębieniowa powierzchnia nośna 56 z dodatnim kątem B,

- grzbiet gwintu 60,

- dno bruzdy gwintu 58.

Powierzchnia czołowe 54, 56, 58, 60 poddaje się obróbce drogą fosforanowania manganowego w celu utworzenia warstewki fosforanowej o grubości 0,006 mm, jak to ma miejsce w przypadku Fig. 5.

Tak poddaną obróbce powierzchnię gwintów zewnętrznych 52 powleka się cienką warstewką tej samej substancji smarującej, jak opisane w przypadku Fig. 5.

Substancja smarująca jest absorbowana albo adsorbowana na poddanej obróbce powierzchni gwintów 52 i pokrywa tę powierzchnię jednolicie do grubości kilku mikrometrów. Te same składy i te same ciężary warstewek można stosować w sposób opisany w odniesieniu do Fig. 5.

Jak w przypadku Fig. 5, fosforanowanie manganowe można zastąpić przez inną obróbkę powierzchniową, która bardziej nadaje się do metalu gwintowanego elementu, w celu wytworzenia powierzchni, które nadają się do adsorbowania albo absorbowania substancji smarującej.

Na Fig. 11 przedstawiono gwinty zewnętrzne 52 w fazie zagłębiania przy łączeniu z gwineami wewnętrznymi 51 drogą, zestawiania rur.

Przy zagłębieniowych powierzchniach nośnych 55, 56 (patrz Fig. 12) warstewki 21, 22 tworzą właśnie jedną warstewkę 23, natomiast są one różne pomiędzy innymi powierzchniami czołowymi, które nie stykają się w fazie zagłębiania.

Warstewka 23 ponosi ciężar łączonej rury 201, moment skręcający przy zestawianiu i ewentualnie wszelkie siły boczne, jeżeli oś elementu wewnętrznego tworzy pewien kąt z osią elementu zewnętrznego.

Gdy zestawianie jesz zakończone (Fig. 13), substancja smarująca wypełnia w zasadzie wszystkie luzy pomiędzy gwintami 51, 52 i zapobiega bezpośredniej styczności pomiędzy znajdującymi się

PL 211 969 B1 pod naprężeniem obciążeniowymi powierzchniami nośnymi gwintów oraz pomiędzy grzbietem gwintu zewnętrznego 60 i dnem bruzdy gwintu wewnętrznego 59, które współoddziaływują promieniowo.

Na Fig. 14 przedstawiono wariant z Fig. 9, w którym warstewka 21 substancji smarującej nie jest wytwarzana bezpośrednio na powierzchni gwintów wewnętrznych w stanie obrobionym maszynowo, lecz na początkowo osadzonej warstewce fosforanowej 31 podobnej pod względem natury i grubości do warstewki 32 na powierzchni gwintów zewnętrznych 52 z Fig. 10.

Taka konfiguracja umożliwia lepsze zatrzymanie substancji smarującej na powierzchni gwintów wewnętrznych i uzyskanie przedstawionego na Fig. 14 połączenia z odpowiednimi gwintami zewnętrznymi z Fig. 10, przy czym to połączenie nadaje się szczególnie do poddawania wielu cyklom zestawianie-demontaż bez ryzyka zatarcia.

Z drugiej strony takie gwintowe połączenie z Fig. 15 wymaga fosforanowania zarówno na złączce nakrętnej 202, jak i na rurach 101, 101', a zatem jest ono droższe niż połączenie z Fig. 13.

Na Fig. 16 przedstawiono wolną strefę końcową rury 201, a zatem wewnętrzny gwintowany element z Fig. 2.

Na Fig. 16 warstewka 21 substancji smarującej pokrywa nie tylko powierzchnie gwintów wewnętrznych 51 z Fig. 9, lecz także całą zewnętrzną, obwodową powierzchnie elementu wewnętrznego poza gwintowaniem, a zwłaszcza w 27 wewnętrzną powierzchnię uszczelniającą 207 i w 29 wewnętrzną powierzchnię oporową 209 na końcu rury. Ciężar warstewki osadzonej na powierzchniach 207, 209 jest w zasadzie podobny do ciężaru warstewki osadzonej na powierzchni gwintów wewnętrznych.

Na Fig. 17 przedstawiono zewnętrzną strefę obudowy zewnętrznego końca złączki nakrętnej 202 z Fig. 2.

Na Fig. 17 wewnętrzną powierzchnię zewnętrznego elementu pomiędzy gwintowaniem 204 i występem 206 poddaje się obróbce w taki sam sposób jak powierzchnię zewnętrznych gwintów 52 z Fig. 10 drogą fosforanowania manganowego (warstewka 32) i powleka warstewką 22 substancji smarującej, tak jak powierzchnię tych gwintów 52.

Dokładniej warstewki 32 i 22 powlekają zewnętrzną powierzchnię nośną 208 w 38 i 28, a zewnętrzny występ oporowy 210 w 40 i 30.

Te warstewki mogą łatwo rozciągać się na wewnętrznej obwodowej powierzchni występu 206 i na zewnętrznej obwodowej powierzchni złączki nakrętnej 202.

Grubość warstewki fosforanowej jest w zasadzie identyczna w przypadku powierzchni uszczelniającej 208, zewnętrznego występu oporowego 210 i zewnętrznych gwintów 52.

Podobnie ciężar warstewki substancji smarującej jest w zasadzie identyczny w przypadku powierzchni uszczelniającej 208, zewnętrznego występu oporowego 210 i zewnętrznych gwintów 52.

Na Fig. 18 przedstawiono połączenie w położeniu zestawiania wewnętrznego wolnego końca z Fig. 16 z odpowiednią zewnętrzną strefą z Fig. 17.

W czasie zestawiania rur warstewki substancji smarujących 27, 28 wchodzą w styczność ze sobą.

Gdy zestawianie jest kontynuowane, to te warstewki utrzymywane przez warstewkę fosforanową 38 zapobiegają bezpośredniej styczności metalicznych powierzchni uszczelniających i zapobiegają przed ich zatarciem, zwłaszcza wtedy, gdy powierzchnie 207, 208 są tylko nieznacznie nachylone i gdy styczność tych powierzchni aż do końcowego położenia zestawiania rur ma miejsce na znacznej długości.

Mechanizm działania substancji smarującej jest taki sam jak mechanizm na powierzchniach gwintów.

Przy samym końcu zestawiania rur warstewki 29, 30 na poziomie powierzchni oporowych 209, 210 wchodzą w styczność i z tym samym mechanizmem zapobiegają zatarciu się tych powierzchni.

Warstewka fosforanowa 40 działa także w kierunku utrzymywania warstewki substancji smarującej, na ile jest to możliwe. Chociaż nie pokazano, to można by także brać pod uwagę osadzanie warstewki substancji smarującej w 27 i 29 (wewnętrzna powierzchnia uszczelniająca i występ oporowy) nie bezpośrednio na powierzchni metalowej w stanie obrobionym maszynowo, lecz na powierzchniach poddanych obróbce drogą fosforanowania, jak to ma miejsce w przypadku Fig. 17.

Informacje zaczerpnięte z Fig. 4 do 18 można także łatwo wykorzystać do prostych gwintowań z jednym albo więcej stopniami, tak jak w 303, 303', 304, 304' integralnego gwintowego połączenia z Fig. 3, jak również do występu oporowego i powierzchni uszczelniających istniejących w tym połączeniu.

PL 211 969 B1

Inne rozwiązania, które nie zostały opisane, są także objęte niniejszym wynalazkiem, zwłaszcza wtedy, gdy warstewkę fosforanową wytwarza się na powierzchni gwintu wewnętrznego gwintowanego elementu, a nie zewnętrznego gwintowanego elementu (konfiguracja przeciwna do konfiguracji pokazanej na Fig. 1-18).

Wynalazek stosuje się także do każdego wewnętrznego albo zewnętrznego elementu bez względu na rozmieszczenie gwintowania albo gwintowanych części, do każdego kształtu gwintu, do każdej szerokości gwintu, która może być stała albo może zmieniać się wzdłuż gwintowania, do gwintów współoddziaływującycn albo nie współoddziaływujących, w styczności albo bez styczności albo współoddziaływania na dwóch powierzchniach nośnych tego samego gwintu, niezależnie od tego, czy otrzymuje się gwintowe połączenie typu gwintowanego, typu sprzężonego, czy typu integralnego, i stosuje się go bez względu na liczbę, kształt i rozmieszczenie powierzchni nośnej i występu oporowego.

Teraz będą opisane nie ograniczające przykłady sposobu odkładania substancji smarującej cienką warstewką na powierzchni gwintów, powierzchniach uszczelniających i ewentualnie występach oporowych w celu uzyskania opisanych wyżej połączeń odpornych na zatarcie.

Przygotowuje się ciekłą mieszaninę o lepkości, która mierzy się w temperaturze 25°C z zastosowaniem kubka FORDA nr 4. Niżej podaje się kilka nie ograniczających przykładów kompozycji. W przypadku tych przykładów kompozycji ciekłej mieszaniny liczba odpowiada odpowiednio liczbie stosowanych w powyższych przykładach kompozycji substancji smarującej, przy czym „suchy wyciąg substancji smarującej odpowiada ciekłej mieszaninie z tego samego przykładu.

P r z y k ł a d 1

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 20%

- olej mineralny: 74%

- naftowy wosk parafinowy: 15%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- alkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 20s

P r z y k ł a d 2 specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy (benzyna lakowa): 23%

- olej mineralny: 37%

- utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 15%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 20s

P r z y k ł a d 3

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 20%

- olej mineralny: 37%

- mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 15%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 21s

P r z y k ł a d 4

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 22%

- olej mineralny: 37%

- kleista żywica naftowa: 23%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 18s

P r z y k ł a d 5

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 22%

- olej mineralny: 37%

- wosk sulfonowany: 23%

PL 211 969 B1

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 16s

P r z y k ł a d 6

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 22%

- olej mineralny: 37%

- bitum: 23%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 17s

P r z y k ł a d 7

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 20%

- olej mineralny: 39%

- stearynian glinowy: 23%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 18s

P r z y k ł a d 8

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 20%

- olej mineralny: 54%

- bentonit lipofilowy 8%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 17s

P r z y k ł a d 9

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 20%

- olej mineralny: 52%

- 50% polialkilometakrylan: 10%

- produkt zawierający siarkę: 5%

- zalkalizowane sulfoniany: 10%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 22 s

P r z y k ł a d 10

- specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy: 42%

- utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 23%

- poliizobuten: 1%

- chlorowana parafina: 34% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 20s

P r z y k ł a d 11 specjalny rozpuszczalnik węglowodorowy (heptan): 20%

- olej mineralny: 7%

- utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy: 40%

- produkt zawierający szarkę: 3%

- zalkalizowane sulfoniany: 7%

- dwutiofosforan metalu: 3% lepkość zmierzona kubkiem FORDA nr 4 20s

Te wszystkie ciekłe mieszaniny są dokładnie wymieszane i trwałe, a zatem są jednorodne i po usunięciu rozpuszczalnika dają, jak określone wyżej, jednorodną substancję smarującą.

Te ciekłe mieszaniny można łatwo wytwarzać z góry i przechowywać przed użyciem w zamkniętych naczyniach. Jeżeli jest to konieczne, to mieszaninę można po prostu homogenizować przed użyciem.

PL 211 969 B1

Mieszaninę należy nakładać cienką warstewką na wewnętrzne i zewnętrzne elementy z Fig. 2, w zasadzie z jednorodną grubością, a zwłaszcza w przypadku gwintowanych elementów na ich gwintowaniu 203, 204, na powierzchni uszczelniającej 207, 208 i na występie oporowym 209, 210.

Fakt, że organiczne środki zagęszczające stosowane do mieszanin z Przykładów 1 do 7 i 9 do 11 zawierają cząsteczki chemiczne z wyraźnie zaznaczoną naturą polarną, umożliwia lepsze przywieranie ciekłej mieszaniny do powlekanego podłoża.

Zawartość rozpuszczalnika w ciekłych mieszaninach jest rzędu 20% w przypadku Przykładów 1 do 9 i rzędu 40% w przypadku Przykładów 10 i 11. Ta zawartość zmienia się w zależności od konsystencji suchego wyciągu otrzymanego po odparowaniu rozpuszczalnika i natury rozpuszczalnika (benzyna lakowa, heptan, itp.).

Wewnętrzne gwintowane elementy 1, które znajdują się na końcu rur 201, umieszcza się w stanie po obróbce maszynowej pod głowicą rozpyłowa typu głowicy do fosforanowania wewnętrznych gwintowanych elementów.

Głowica rozpyłowa jest zasilana ciekłą mieszaniną pod niskim ciśnieniem (od 1 do 3 barów) i ciekłą mieszaninę rozpyla na zewnętrznej powierzchni gwintowanych elementów.

Dzięki niskiej lepkości ciekła mieszanina rozprowadza się sama w postaci cienkiej błonki o jednolitej grubości na całym obrzeżu gwintowania 203, powierzchni uszczelniającej 207 i występu oporowego 209.

Grubość warstewki ciekłej mieszaniny jest funkcją lepkości mieszaniny, która sama jest funkcją zawartości oleju i lotnego rozpuszczalnika. Duża zawartość oleju i lotnego rozpuszczalnika zmniejsza lepkość mieszaniny, a zatem i grubość ciekłej warstewki.

Z kolei odparowuje się całkowicie rozpuszczalnik w celu uzyskania warstewki substancji smarującej o stosunkowo jednolitej grubości.

Czas suszenia ciekłej mieszaniny jest związany z czasem odparowywania rozpuszczalnika, który jest funkcją natury rozpuszczalnika (na przykład krótszy czas w przypadku heptanu niż w przypadku benzyny łąkowej) i temperatury suszenia.

Zewnętrzne powlekane gwintowane elementy 2 znajdują się wewnątrz natrętnej złączki 202.

Nakrętne złączki 202 już podlegały w znany sposób obróbce drogą fosforanowania manganowego, w wyniku której powłóczono gwintowanie 204, powierzchnię uszczelniającą 208 i występ oporowy 210 każdego z dwóch zewnętrznych gwintowanych elementów cienką konwersyjną warstewką fosforanu o grubości 0,006 mm.

Złączki nakrętne 202 umieszcza się następnie indywidualnie w zbiornikach do malowania, które są wyposażone w dysze rozpyłowe zasilane ciekłą mieszaniną i skierowane w taki sposób, że rzucają drobne kropelki ciekłej mieszaniny na gwintowanie, powierzchnię uszczelniającą i występ oporowy każdego zewnętrznego gwintowanego elementu.

Grubość otrzymanej cienkiej warstewki ciekłej mieszaniny jest funkcją lepkości ciekłej mieszaniny, ciśnienia rozpylania, średnicy dyszy rozpyłowej i czasu trwania rozpylania.

Złączki nakrętne wyjmuje się następnie ze zbiornika do malowania i suszy drogą przepuszczania gorącego powietrza aż do całkowitego odparowania rozpuszczalnika.

Każda złączka nakrętna 202 jest wtedy zestawiana w zakładzie w standardowy sposób nakładając jeden z jej dwóch zewnętrznych gwintowanych elementów na zewnętrzny gwintowany element jednego z dwóch końców rury 101.

Drugi zewnętrzny gwintowany element złączki nakrętnej 202, który nie jest zmontowany, i drugi wewnętrzny gwintowany element, który nie jest zmontowany na drugim końcu rury 201, zabezpiecza się następnie w znany sposób za pomocą ochraniaczy w celu zapobieżenia zanieczyszczeniu tych gwintowanych elementów przez cząstki ścierne w czasie transportu albo magazynowania, które może pogarszać skuteczność uszczelnienia w czasie stosowania w odwiercie naftowym.

Nałożona substancja smarująca ma hydrofobowe i przeciwkorozyjne właściwości, które chronią gwintowane elementy przed korozją w czasie magazynowania i transportu.

Gdyby jednak substancja smarująca została zanieczyszczona, to warstewkę można łatwo usunąć, jak gdyby była ona smarem, za pomocą wody pod wysokim ciśnieniem albo rozpuszczalnika naftowego, i można nałożyć nową warstewkę ciekłej mieszaniny, stosując na przykład pędzel, i odparować rozpuszczalnik.

Kontrolę tych operacji usuwania warstewki zanieczyszczonej substancji smarującej i jej regenerację może ułatwić dodawanie barwnika do substancji smarującej.

PL 211 969 B1

Alternatywnie standardowy smar API można nakładać na gwintowany element powleczony albo niepowleczony albo częściowo niepowleczony substancją smarującą. Substancja smarująca jest w peł ni zgodna ze smarem typu API.

Takie naprawcze sposoby postępowania nie są możliwe z lakierami ślizgowymi.

Na Fig. 19 będą teraz przedstawione dwie krzywe zestawiania rur, uzyskane z gwintowymi połączeniami VAM TOP® z katalogu VAM® nr 940 wydanego przez zgłaszającego, o wymiarach 5 1/2 x 17 funt/stopa (średnica zewnętrzna rury 139,7 mm i grubość rury 7,72 mm), ze stali lekko stopowej, poddanych obróbce cieplnej, w gatunku L80 (granica sprężystości 551 MPa albo więcej).

Na Fig. 19 przedstawiono moment skręcający T przy zestawianiu rur i rzędną jako funkcję liczby obrotów N w przypadku dwóch prób A i B, przy czym w celu łatwiejszego odczytu krzywe dla A i B zostały odłożone wzdłuż osi X.

Krzywa A dotyczy połączenia według wynalazku:

wewnętrzny gwintowany element jest podobny do elementu z Fig. 9 (gwinty trapezoidalne w stanie obrobionym powleczone substancją smarującą o składzie z Przykładu 2), a zewnętrzny gwintowany element jest podobny do elementu z Fig. 10 (trapezoidalne gwinty fosforanowane manganem i powleczone tą samą substancją smarującą o składzie z Przykładu 2).

Krzywa B dotyczy połączenia kontrolnego posmarowanego w standardowy sposób smarem API 5A2.

W przypadku krzywych A i B, gdy już raz wystąpiło zazębienie pomiędzy wewnętrznym i zewnętrznym gwintowanym elementem, moment skręcający przy zestawianiu rur wzrasta stale na skutek ślizgania się odpowiednich licowych powierzchni gwintów przy ciśnieniu stykowym. Moment skręcający przy zestawianiu rur wzrasta znacznie, ponieważ współoddziaływanie promieniowe pomiędzy gwintem wewnętrznym i zewnętrznym, wynikające z wymiarowej charakterystyki połączeń gwintowych, jest wysokie.

W danym czasie nale ż y odnotować wzrost nachylenia krzywej zestawiania, który wskazuje na pojawienie się promieniowego współoddziaływania pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi

207 - 208. Krzywe A i B na Fig. 19 są charakterystyczne dla połączeń gwintowych z wysokim współoddziaływaniem powierzchniami uszczelniającymi.

Od punktu S moment skręcający przy zestawianiu rur rośnie prawie pionowo i wskazuje na styczność występów operowych 209/210.

Punkt F wskazuje na końcowy moment skręcający przy zestawianiu rur, który znajduje się pomiędzy minimalnym momentem skręcającym przy zestawianiu rur (Tmin) i maksymalnym momentem skręcającym przy zestawianiu rur (Tmax), specyficznym dla tego rodzaju połączenia gwintowego.

Krzywa A uzyskana dla gwintowego połączenia według wynalazku jest bardzo podobna do krzywej B uzyskanej dla gwintowego połączenia posmarowanego smarem API zarówno pod względem jego wyglądu, jak i pod względem progowego momentu skręcającego Ts i końcowego momentu skręcającego TF, co wskazuje to, że współczynnik tarcia substancji smarującej według niniejszego wynalazku jest podobny do współczynnika tarcia standardowego smaru API.

W przypadku dwóch krzywych A i B progowy moment skręcający Ts jest równy około 70% optymalnego momentu skręcającego przy zestawianiu rur, specyficznego dla tego rodzaju gwintowego połączenia, na skutek szczególnego sparowania badanych gwintowanych elementów (wysokie współoddziaływanie zarówno pomiędzy gwintowaniami, jak i pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi).

Krzywe A i B na Fig. 20 pokazują, w przypadku gwintowych połączeń VAM TOP® podobnych do połączeń z poprzedniej figury i poddanych obróbce w taki sam sposób, zmianę progowego momentu skręcającego jako funkcji przeprowadzonej liczby cykli zestawianie-demontaż (do 10 cykli), przy czym progowy skręcający jest wyrażony jako wartość względna względem optymalnego momentu skręcającego, a ten ostatni jest wartością średnią pomiędzy podanym minimalnym momentem skręcającym przy zestawianiu rur i maksymalnym momentem skręcającym.

Na Fig. 20 przedstawiono, że progowy moment skręcający zmienia się nieznacznie w czasie tych 10 cykli oraz że stabilność progowego momentu skręcającego jest lepsza w przypadku gwintowego połączenia według wynalazku (krzywa A) niż w przypadku połączenia powleczonego smarem API (krzywa B) nawet wtedy, gdy powłokę odnawia się pomiędzy cyklami zestawianie-demontaż: progowy moment skręcający Ts zmienia się od 69% optymalnego momentu skręcającego przy pierwszym zestawianiu do 58% na 10-ym zestawianiu w przypadku krzywej A w porównaniu z 70% na 1-szym zestawianiu i 36% na 6-ym zestawianiu w przypadku krzywej B, co wskazuje na to, że wystarczająca ilość substancji smarujące pozostaje na gwintowym połączeniu według wynalazku w celu uzyskania

PL 211 969 B1 trwałych właściwości związanych ze smarowaniem zarówno w gwintach, jak i w powierzchniach nośnych po 10 cyklach zestawianie-demontaż.

Krzywe C i D na Fig. 20 pokazują odpowiednio dla tych samych gwintowych połączeń, jak w przypadku krzywych A i B z Fig. 20, zmianę początkowego momentu skręcającego przy demontażu jako funkcję liczby demontaży dla 10 kolejnych cykli zestawianie-demontaż, przy czym tę zmianę wyraża się względem końcowego momentu skręcającego przy zestawianiu rur.

Pierwsza informacja na podstawie krzywej C na Fig. 20 (gwintowe połączenie według wynalazku) polega na tym, że dzięki brakowi zatarcia połączenie może być zawsze zdemontowane.

Początkowy moment skręcający przy zestawianiu rur zmienia się w przypadku krzywej C od 97 do 106% końcowego momentu skręcającego przy zestawianiu rur, co ponownie wskazuje na trwałe skuteczne działanie.

W przypadku krzywej D z Fig. 20 (smar API) początkowy moment skręcający przy demontażu zmienia się od 84 do 101% końcowego momentu skręcającego przy zestawianiu rur, co stanowi nieznacznie większą zmianę w porównaniu z krzywą C.

Końcowy wzrokowy wygląd gwintów i powierzchni uszczelniających po 10 cyklach zestawianie rur-demontaż jest doskonały, bez żadnych śladów zatarcia.

W poniższej tabeli porównano liczbę cyklów zestawianie rur-demontaż, uzyskanych przed pojawieniem się zatarcia w przypadku maksymalnie 10 cyklów przeprowadzonych na tych samych gwintowanych połączeniach typu VAM TOP® 5 gatunek L80, jak w przypadku prób z Fig. 19 i 20, przy czym gwintowane elementy dobiera się w taki sposób aby miały niskie współoddziaływanie pomiędzy gwintowaniami i wysokie współoddziaływanie pomiędzy powierzchniami nośnymi.

	Liczba cykli przed zatarciem
Gwintowane połączenie ze smarem API 5A2 (kontrola)	> 10
Gwintowane połączenie z suchym lakierem MoS2	6
Gwintowane połączenie według wynalazku z substancją smarującą według Przykładu 2	> 10

Wyniki potwierdzają, że stosowanie dotychczasowego suchego lakieru MoS2 prowadzi szybko do nieakceptowalnego zatarcia, natomiast zastosowanie określonej wyżej substancji smarującej daje zadowalające wyniki, z punktu widzenia zatarcia, w porównaniu z wynikami uzyskanymi z połączeniami powleczonymi smarem API.

Claims (30)

1. Wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowany element gwintowego połączenia rurowego do odwiertów węglowodorowych, zawierający odpowiednio wewnętrzne albo zewnętrzne gwintowanie, przynajmniej na powierzchni gwintowania gwintów substancję smarującą mającą konsystencję zapewniającą reżim samo-smarowania i naturę błonotwórczą oraz będącą jednorodną mieszaniną mającą właściwości smarujące i zapewniające odporność na zacieranie się, utworzoną przez połączenie środka zagęszczającego, co najmniej jednego dodatku smarnego typu EP, przy czym dodatek smarny typu EP jest fizycznie i chemicznie zgodny ze środkiem zagęszczającym i zawiera co najmniej jeden dodatek smarny typu EP o działaniu chemicznym nazywany chemicznym dodatkiem smarnym typu EP, który nadaje się do stosowania przy ciśnieniach Hertza 1000 MPa albo więcej i oleju, znamienny tym, że substancja smarująca jest osadzona w postaci cienkiej warstewki o grubości mniejszej niż 0,1 mm przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowanym elementem.

2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że substancja smarująca jest nakładana w miejscu wytwarzania tego elementu.

3. Element według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP i środek zagęszczający są rozpuszczalne w oleju.

4. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że środek zagęszczający zawiera cząsteczki chemiczne o wyraźnej naturze polarnej.

PL 211 969 B1

5. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że środek zagęszczający jest chemicznie trwały do temperatury 120°C albo wyższej, a zwłaszcza do temperatury 160°C albo wyższej.

6. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że środek zagęszczający jest organicznym środkiem zagęszczającym.

7. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że środek zagęszczający jest mineralnym środkiem zagęszczającym.

8. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP wybrane są z grupy obejmującej chemiczne dodatki smarne typu EP oparte na siarce albo zawierające siarkę, dodatki oparte na fosforze, dodatki oparte na siarce i fosforze, dodatki oparte na chlorze i dodatki oparte na modyfikowanych albo niemodyfikowanych estrach albo modyfikowanych albo niemodyfikowanych kwasach tłuszczowych albo dodatki oparte na estrach kompleksowych.

9. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że środkiem zagęszczającym jest utleniony mikrokrystaliczny wosk parafinowy, chemiczne dodatki smarne typu EP zawierają produkt zawierający siarkę, zalkalizowany sulfonian i dwutiofosforan metalu, oraz że olej jest olejem mineralnym.

10. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek albo dodatki smarne typu EP zawierają co najmniej jeden dodatek smarny typu EP o działaniu fizycznym.

11. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek albo dodatki smarne typu EP są dodatkami o działaniu chemicznym.

12. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden z dodatków smarnych typu EP ma właściwości przeciwkorozyjne.

13. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że całkowita zawartość dodatków smarnych typu EP w substancji smarującej wynosi od 5 do 50% wagowo, a zwłaszcza od 15 do 32% wagowo, oraz że dodatki smarne typu EP zawierają pewną liczbę chemicznych dodatków smarnych typu EP.

14. Element według zastrz. 13, znamienny tym, że zawartość środka zagęszczającego w substancji smarującej wynosi od 5 do 60% wagowo, a zwłaszcza od 8 do 40% wagowo, oraz że zawartość oleju w substancji smarującej wynosi od 30 do 75% wagowo.

15. Element według zastrz. 13, znamienny tym, że zawartość środka zagęszczającego w substancji smarującej wynosi od 60 do 80% wagowo oraz że zawartość oleju w substancji smarującej wynosi od 5 do 20% wagowo.

16. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że chemiczny dodatek albo dodatki smarne typu EP zawierają chlorowana parafinę, zawartość środka zagęszczającego w substancji smarującej wynosi od 25 do 62% wagowo, całkowita zawartość dodatków smarnych typu EP w substancji smarującej wynosi od 40 do 75% wagowo oraz że zawartość oleju w substancji smarującej wynosi od 0,5 do 15% wagowo.

17. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że ciężar warstewki substancji smarującej wynosi od 0,1 do 40 g/m².

18. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (14, 16, 18, 20, 54, 56, 58, 60) gwintów, na której osadzona jest substancja smarująca jest poddana obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej.

19. Element według zastrz. 18, znamienny tym, że powierzchnia poddana obróbce jest powierzchnią warstewki (32) wybranej z grupy obejmującej warstewki fosforanowe, warstewki szczawianowe i warstewki metaliczne.

20. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (14, 16, 18, 20, 54, 56, 58, 60) gwintów poddana jest obróbce w celu wyposażenia powierzchni w regulowaną szorstkość, tak aby absorbowała albo absorbowała substancję smarującą.

21. Element według zastrz. 18, znamienny tym, że powierzchnia (14, 16, 18, 20, 54, 56, 58, 60) gwintów poddana jest obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej na głębokość od 0,003 do 0,080 mm.

22. Element według zaostrz. 1, znamienny tym, że ponieważ gwintowany element ma co najmniej jedną powierzchnię uszczelniającą (208), to substancja smarująca osadzona jest w postaci cienkiej warstewki (28) o grubości mniejszej niż 0,1 mm na każdej powierzchni uszczelniającej, przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu gwintowanym elementem.

23. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że ponieważ gwintowany element ma co najmniej jeden występ oporowy przy zestawianiu rur (210), to substancja smarująca osadzona jest w postaci cienkiej warstewki (30) o grubości mniejszej niż 0,1 mm na każdej powierzchni występu

PL 211 969 B1 oporowego, przed zestawieniem gwintowanego elementu z innym odpowiadającym mu gwintowanym elementem.

24. Element według zastrz. 22 albo 23, znamienny tym, że wszystkie powierzchnie, na których osadzona jest substancja smarująca w postaci cienkiej warstewki, są powierzchniami, które poddaje się obróbce w celu adsorpcji albo absorpcji substancji smarującej.

25. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że substancja smarująca zawiera mniej niż 5% wagowo barwnika, który jest nieczynny względem właściwości związanych z odpornością na zatarcie.

26. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że substancja smarująca nie wydziela substancji szkodliwych dla środowiska jak na przykład ołów lub metale ciężkie.

27. Odporne na zatarcie gwintowe połączenie rurowe zawierające wewnętrznie gwintowany element i zewnętrznie gwintowany element, z których każdy ma odpowiednie gwintowane, przy czym, wymienione gwintowania wprowadzone są jedno w drugie aż do połączonego położenia, znamienne tym, że co najmniej jeden z dwóch, gwintowanych elementów jest gwintowanym elementem jak określono w zastrz. 1 do 26.

28. Połączenie według zastrz. 27, znamienne tym, że oba gwintowane elementy są gwintowanymi elementami jak określono w zastrz. 1 do 26, a tylko jeden z gwintowanych elementów ma powierzchnię, na której osadzona jest substancja smarująca, poddaną obróbce jak określono w zastrz. 18, 19, 20, 21 albo 24.

29. Sposób wytwarzania cienkiej warstewki substancji smarującej o grubości mniejszej niż 0,1 mm, o konsystencji pasty, mającej naturę błonotwórczą i mogącej zapewniać reżim samo zasilanego smarowania na wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowanym elemencie gwintowego połączenia rurowego do odwiertów węglowodorowych przy czym gwintowany element ma odpowiednio wewnętrzne i zewnętrzne gwintowanie w zależności od rodzaju gwintowanego elementu, znamienny tym, że przygotowuje się jednorodną ciekłą mieszaninę utworzoną przez lotny rozpuszczalnik, środek zagęszczający, co najmniej jeden dodatek smarny typu EP, przy czym dodatek albo dodatki smarne typu EP są fizycznie i chemicznie zgodne ze środkiem zagęszczającym i zawierają co najmniej jeden dodatek smarny typu EP c działaniu chemicznym, który można stosować przy ciśnieniach Hertza 1000 MPa albo więcej, oraz olej; cienką warstewkę wymienionej ciekłej mieszaniny w zasadzie o jednolitej grubości nakłada się przynajmniej na powierzchnię gwintów gwintowania, przed zestawieniem, gwintowanego elementu z innym. odpowiadającym mu wewnętrznie albo zewnętrznie gwintowanym elementem; lotny rozpuszczalnik odparowuje się albo pozostawia do odparowania, przy czym skład oleju i lotny rozpuszczalnik dobiera się tak, aby uzyskać ciekłą mieszaninę o dogodnej lepkości, a grubość warstwy ciekłej mieszaniny określa się tak, aby uzyskać pożądaną grubość cienkiej warstewki powierzchni substancji smarującej po odparowaniu lotnego rozpuszczalnika.

30. Sposób według zastrz. 29, znamienny tym, że ciekła mieszanina jest nakładana przez rozpylanie przez otwory sita natryskowego lub przez rozpylanie pod ciśnieniem, przy czym grubość warstwy nałożonej ciekłej mieszaniny jest funkcją lepkości tej mieszaniny, ciśnienia i czasu trwania rozpylania.