RU2671759C1 - Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием - Google Patents
Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671759C1 RU2671759C1 RU2017140166A RU2017140166A RU2671759C1 RU 2671759 C1 RU2671759 C1 RU 2671759C1 RU 2017140166 A RU2017140166 A RU 2017140166A RU 2017140166 A RU2017140166 A RU 2017140166A RU 2671759 C1 RU2671759 C1 RU 2671759C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- threaded
- corrosion
- antifriction
- thread
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 150000003014 phosphoric acid esters Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 abstract description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 8
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 description 2
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZJCCRDAZUWHFQH-UHFFFAOYSA-N Trimethylolpropane Chemical compound CCC(CO)(CO)CO ZJCCRDAZUWHFQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 2
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N monopropylene glycol Natural products CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 description 2
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 235000013772 propylene glycol Nutrition 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к резьбовым соединениям для стальных труб, применяемых в нефтедобывающей отрасли. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием состоит из сопрягаемых элементов с наружной и внутренней резьбой, имеющих общий контур поверхности. Сопрягаемая резьбовая поверхность элемента с наружной резьбой имеет антикоррозионное УФ-отверждаемое однослойное покрытие. Покрытие на сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с внутренней резьбой антифрикционное однослойное, нанесенное на всю поверхность резьбы, содержит в своем составе связующее на полиуретановой основе, изоцианатный отвердитель и наполнители, образующие в процессе отверждения в поверхностном слое покрытия смазочную пленку, повышающую антифрикционные и уплотнительные свойства покрытия. Антифрикционное покрытие содержит в качестве связующего от 25 мас. % до 35 мас. % смеси полиолов, в качестве отвердителя от 10 мас. % до 50 мас. % изоцианата, в качестве наполнителей от 10 мас. % до 65 мас. % антифрикционных добавок, дополнительно содержит до 8 мас. % дисперсии парафина, может содержать до 3 мас. % ингибитора коррозии, до 10 мас. % порошка цинка, до 2,5 мас % эфиров фосфорной кислоты. Толщина антикоррозионного и антифрикционного покрытий 10-110 мкм. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием обладает высокими антикоррозионными свойствами, стойкостью к истиранию под воздействием значительных нагрузок, а также обеспечивает герметичность. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к резьбовым соединениям труб, в частности приспособленным к соединению труб нефтяного сортамента, а также других трубопроводов, работающих в жидких коррозионных средах. Причем это соединение имеет на резьбе полимерное покрытие, обеспечивающее антикоррозионную защиту на период хранения труб, а также антифрикционные и герметизирующие свойства в процессе их сборки и эксплуатации.
Из уровня техники известно, что для герметизации, снижения нагрузок, а также исключения заедания резьбовых соединений при сборке обсадных колонн применяются консистентные резьбоуплотнительные смазки. Как правило, данные материалы содержат в своем составе тяжелые металлы, минеральные масла, жиры, ингибиторы, присадки и растворители, что может повлечь за собой проблемы, связанные с охраной окружающей среды. Кроме того, сборка обсадных колонн с использованием консистентных смазок весьма трудоемкий и длительный процесс: помимо операции нанесения резьбоуплотнительной смазки, которая в зимнее время должна быть дополнительно разогрета, необходимо также проводить удаление с резьбы паром или растворителями консервационной смазки, наносимой в заводских условиях для обеспечения антикоррозионной защиты.
Применение сухих смазочных покрытий, обеспечивающих характеристики, аналогичные характеристикам консистентных резьбоуплотнительных смазок (герметичность, смазывающие свойства и пр.), позволяет не только существенно снизить трудоемкость и время спуска обсадной колонны, но и улучшает экологическую обстановку и условия работы на буровой.
Известен ряд антифрикционных и герметизирующих систем покрытий, предназначенных для резьбовых соединений труб нефтяного сортамента. Эти системы являются преимущественно двухслойными, где каждый слой выполняет свою функцию. Так, в патенте US 6971681 В2 описывается двухслойное покрытие резьбового соединения, в котором первый слой является антикоррозионной цинкпротекторной грунтовкой на эпоксидной основе, второй слой состоит из дисперсии частиц твердых смазочных материалов, в том числе дисульфида молибдена, в неорганическом связующем. Резьбовое соединение выдерживает до 5 циклов свинчивания - развинчивания. Однако данное покрытие требует предварительной обработки поверхности резьбы с целью увеличения ее шероховатости для обеспечения адгезии наносимых покрытий. Кроме того покрытие является двухслойным, что предполагает двух стадийный процесс нанесения, что менее технологично и более затратно.
Известна система покрытий резьбового соединения премиального типа (US 20150192229 А1), в которой в одном из примеров на ниппель наносится УФ-отверждаемый антикоррозионный лак, на резьбовую поверхность муфты наносится покрытие на основе эпоксидной или полиаминамидной смолы, содержащей антифрикционные добавки и ингибиторы коррозии. На участки сопряжения, не имеющие резьбы, наносится второй слой - покрытие низкой твердости на основе термопластичных полимеров, восков, стеарата цинка, антифрикционных и антикоррозионных добавок. Покрытия для резьбовых участков служат для снижения момента скручивания резьбового соединения, а покрытие низкой твердости служит для герметизации соединения. Следует отметить, что процесс формирования данной системы покрытий весьма трудозатратный, помимо нанесения покрытий разного типа на различные участки резьбы необходимо проведение предварительной обработки и ниппеля, и муфты.
Известен способ защиты резьбового соединения от истирания и коррозии (US 20110163538 А1 и WO 2006104251), в котором на поверхность резьбовой части трубы сначала наносится жидкое или полутвердое смазочное покрытие, а затем наносится УФ-отверждаемый лак, который после высыхания предохраняет полутвердое нижнее покрытие от прилипания загрязнений. С учетом того, что первый слой является жидким, данную систему покрытий можно отнести только к полусухому типу.
Наиболее близким по предлагаемому техническому решению является патент на изобретение US 9568126 В2. Описанная в данном патенте система покрытий является двухслойной. На первом этапе проводят предварительную обработку поверхности резьбового соединения для повышения уровня шероховатости и, как следствие, увеличения адгезии наносимого слоя покрытия. Затем на поверхность резьбы, по меньшей мере, одного из ниппельных элементов и муфты распыляют УФ-отверждаемую полимерную смолу. Оптимальная толщина получаемого покрытия составляет (5-30) мкм. Дополнительная антикоррозионная защита резьбового соединения обеспечивается за счет нанесения второго слоя покрытия на основе акриловой силиконовой смолы, оптимальная толщина которого находится на уровне (5-10) мкм. Резьбовое соединение с вышеописанной системой покрытий выдерживает испытания в камере солевого тумана в течение 200 ч. При этом, не смотря на увеличение значений крутящих моментов в процессе сборки резьбового соединения, подтверждена его герметичность при испытаниях гидравлическим давлением. Следует отметить, что отсутствует подтверждение соответствия данной системы покрытий требованиям ISO 13678, согласно которому смазочный материал должен обеспечивать антикоррозионную защиту при воздействии солевого тумана в течение не менее 500 ч. В связи с чем существует риск появления коррозии на резьбе при длительном хранении и транспортировке обсадных труб. Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом, на достижение которого направлено созданное изобретение, является получение резьбового соединения с сухим смазочным покрытием, обладающим повышенными антикоррозионными свойствами, герметичностью при воздействии гидравлического давления, возможностью проведения повторной сборки без дополнительного нанесения смазки, которое вписывается в существующий технологический процесс изготовления обсадных труб и имеет пониженную себестоимость. Преимуществом настоящего изобретения по отношению к описанным выше аналогам также является сочетание антикоррозионных и антифрикционных свойств в однослойном покрытии, а также отсутствие необходимости создания дополнительной шероховатости резьбовой поверхности ниппельного элемента труб путем фосфатирования, пескоструйной обработки и прочих методов с целью повышения адгезии наносимого покрытия к поверхности металла.
Технический результат достигается за счет того, что в резьбовом соединении, состоящем из сопрягаемых элементов с наружной и внутренней резьбой, имеющих общий контур поверхности, сопрягаемая резьбовая поверхность элемента с наружной резьбой имеет однослойное антикоррозионное покрытие, сопрягаемая резьбовая поверхность элемента с внутренней резьбой имеет однослойное антифрикционное покрытие, содержащее связующее, отвердитель и наполнители, при этом антифрикционное покрытие дополнительно содержит до 8 мас. % дисперсии парафина. При этом покрытия толщиной 10-110 мкм наносятся на всю сопрягаемую резьбовую поверхность элементов с наружной и внутренней резьбой.
Покрытие сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с наружной резьбой представляет собой УФ-отверждаемую полимерную композицию, в состав которой, по меньшей мере, входят мономер, олигомер, инициатор фотополимеризации, а также различные виды добавок, в том числе ингибиторы коррозии, пигмент. Для формирования антикоррозионного покрытия могут применяться коммерчески доступные материалы.
Нанесение УФ-отверждаемой полимерной композиции непосредственно на предварительно обезжиренную металлическую поверхность резьбы осуществляется известными из уровня техники методами, например путем распыления, окунания или струйного облива. Отверждение нанесенного слоя происходит под воздействие промышленных источников УФ-излучения.
Антикоррозионное покрытие на основе УФ-отверждаемой полимерной композиции представляет собой прозрачное сухое покрытие. Поэтому, формирование антикоррозионного покрытия на сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с наружной резьбой, которая при транспортировке труб повреждается наиболее часто, не затрудняет контроль состояния резьбовой части элемента перед сборкой резьбового соединения.
Антифрикционным покрытием в настоящем изобретении является покрытие на полиуретановой основе с антифрикционными наполнителями, в том числе дополнительно введенной дисперсией парафина, отверждаемое изоцианатным отвердителем, наносимое на сопрягаемую резьбовую поверхность элемента с внутренней резьбой.
В качестве связующего выступает смесь полиолов, для оптимального обеспечения свойств покрытия и смачивания всех компонентов материала процентное содержание которой в исходном материале составляет от 25 мас. % до 35 мас. %.
В качестве отвердителя антифрикционное покрытие содержит изоционат, предпочтительное содержание которого в исходном материале 10-50 мас. %. Когда содержание изоционата менее 10 мас. % высока вероятность недоотверждения покрытия. Когда содержание изоционата превышает 50 мас. %, покрытие становится хрупким.
В качестве наполнителей выступают сухие антифрикционные добавки, в том числе порошок тетрафторэтилена, смесь порошков графита, дисульфида молибдена, предпочтительное содержание данных компонентов в покрытии от 10 мас. % до 65 мас. %. Когда содержание наполнителей в покрытии составляет менее 10 мас. %, значительно ухудшаются его антифрикционные свойства. Когда содержание наполнителей в покрытии превышает 65 мас. %, не обеспечивается получение качественного покрытия. Дополнительные уплотнительные и смазывающие свойства обеспечивает наличие в антифрикционном покрытии до 8 мас. % дисперсии парафина, который в процессе отверждения полимерного материала всплывает на поверхность, образуя смазочную пленку.
Для обеспечения оптимального уровня защитных свойств антифрикционное покрытие содержит до 3 мас. % ингибиторов коррозии, а также до 10 мас. % цинкового порошка.
Равномерное распределение частиц наполнителей в материале и противодействие их агломерации обеспечивается введением в исходный материал антифрикционного покрытия до 2,5 мас. % эфиров фосфорной кислоты.
Нанесение антифрикционного покрытия на предварительно фосфатированную сопрягаемую резьбовую поверхность элемента с внутренней резьбой осуществляется путем распыления или другими аналогичными способами. Отверждение нанесенного слоя происходит в процессе улетучивания растворителя и химического взаимодействия связующего и отвердителя.
Толщина антикоррозионного и антифрикционного покрытий предпочтительно находится в диапазоне 10-110 мкм. Когда толщина покрытий составляет менее 10 мкм, значительно ухудшаются их защитные свойства и стойкость к истиранию. Когда толщина покрытий превышает 110 мкм, затрудняется процесс свинчивания резьбового соединения.
Принципиальным отличием резьбового соединения согласно заявленному изобретению, которое имеет полимерное покрытие на сопрягаемой резьбовой поверхности элементов с наружной и внутренней резьбой является следующее. За счет того, что в состав полимерной композиции, наносимой на сопрягаемую резьбовую поверхность элемента с внутренней резьбой, входит до 8 мас. % дисперсии парафина, которая в процессе отверждения формирует в поверхностном слое покрытия смазочную пленку, покрытие элемента с внутренней резьбой обеспечивает также требуемый уровень антифрикционных и уплотнительных свойств без дополнительного нанесения второго слоя или какого-либо другого покрытия, а входящие в состав покрытия ингибиторы коррозии обеспечивают значительное повышение антикоррозионной защиты. За счет того, что покрытие на сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с наружной резьбой выполняет только функцию консервации на период транспортировки труб и отслаивается в процессе сборки резьбового соединения, не оказывая негативного влияния на функциональные свойства покрытия элемента с внутренней резьбой, проводится только обезжиривание поверхности металла и не требуется дальнейших дополнительных операций по предварительной обработке сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с наружной резьбой с целью увеличения уровня ее шероховатости.
Резьбовая поверхность, на которой формируется антифрикционное покрытие, образована посредством процесса резания, при котором шероховатость поверхности, как правило, не превышает 5 мкм. При шероховатости поверхности металла, превышающей вышеупомянутый уровень, адгезия наносимого покрытия может быть увеличена, что положительно сказывается на стойкости резьбового соединения к воздействию нагрузок, возникающих в процессе свинчивания. С этой целью проводится предварительная обработка сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с внутренней резьбой.
Примером такой обработки является предварительное фосфатирование поверхности резьбы, в результате которого формируется тонкий конверсионный слой, образованный мелкими игольчатыми кристаллами и имеющий высокую шероховатость. Как следствие шероховатость поверхности металла увеличивается, что обеспечивает повышение адгезии наносимого антифрикционного покрытия.
Примеры
Эффективность настоящего изобретения будет описана в следующих примерах.
Пример 1
Антифрикционное покрытие включает следующие компоненты:
- в качестве полиолов полиэфир на основе 1,2-пропандиола, триметилолпропан, ангидрида фталиевой и адипиновой кислот 25,2 мас. %;
- в качестве антифрикционных наполнителей, например, графит смазочный 32,6 мас. %, парафин 2,5 мас. %, сорбитол 5 мас. %;
- в качестве ингибитора коррозии ингибитор атмосферной коррозии 2.5 мас. %;
- в качестве диспергатора эфиры фосфорной кислоты 2.2 мас. %;
- в качестве отвердителя ароматический полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата 30 мас. %.
Для оценки защитных свойств антифрикционное покрытие методом распыления наносилось на стальные пластины размером (150×70×4) мм в виде эмульсии, в которой компоненты, соответствующие приведенному выше составу, диспергированы в органическом растворителе. Покрытие отверждалось естественным путем при комнатной температуре. При этом средняя толщина получаемого покрытия составляла 50-70 мкм.
Стойкость к перепаду температур определялась согласно ГОСТ 27037. При чередующемся воздействии на образцы температуры минус (60±3)°С и (60±3)°С в течение заданного времени и последующем определении свойств покрытия. Для трех пластин проводилось измерение адгезии покрытия методом решетчатых надрезов и испытание на стойкость к растрескиванию при трехточечном изгибе сразу после высыхания, остальные пластины подвергались воздействию циклических перепадов температуры от минус 60°С до 60°С в течении 10 циклов, затем проводились аналогичные испытания. Стойкость покрытия к растрескиванию определяли в соответствии с ИСО 178. Для испытания на стойкость покрытия к растрескиванию при трехточечном изгибе образец устанавливали на две опоры, расстояние между которыми составляет 100 мм, затем подвергали изгибу.
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Стойкость антифрикционного покрытия к воздействию соляного тумана определялась по ГОСТ 9.401 (метод Б). Метод заключается в воздействии на образцы постоянно конденсирующегося соляного тумана при (35±3)°С в течение заданного времени и последующим определением свойств покрытия. Перед началом испытания на покрытии образцов сделаны крестообразные надрезы по диагонали пластин (не доводя до края 20 мм). Глубина надреза доходила до металла. Распространение коррозии от линии надреза определяли по максимальному значению двух линий, рассчитанному с учетом максимального поражения через каждые 10 мм линии надреза. Участок в радиусе 10 мм от места пересечения надрезов, при оценке результатов, не учитывался. Время испытаний 1000 часов. По результатам испытаний установлено, что на всех трех пластинах распространение коррозии от линии надреза не превышало 2 мм, что подтверждает высокий уровень защитных свойств антифрикционного покрытия.
Пример 2
В случае резьбового соединения наиболее важной характеристикой является способность к свинчиванию. В отличие от консистентных смазок, которые способны перераспределяться в процессе сборки резьбового соединения, при применении твердых смазочных покрытий существует риск их негативного влияния на процесс свинчивания. Поэтому были проведены испытания по свинчиванию резьбового соединения согласно заявленному изобретению.
Поверхность ниппелей обсадных труб размером (146×8,5) мм с резьбой «Батресс» группы прочности Д предварительно подвергали механической обработке. В условиях трубоэлектросварочного цеха №5 на предварительно обезжиренную и высушенную в проходных камерах резьбовую поверхность одного из ниппелей труб в проходной камере распыления наносили УФ-отверждаемое консервационное покрытие, которое облучали ультрафиолетовыми источниками в течение 2 секунд для отверждения полимерной пленки. При этом средняя толщина получаемого покрытия составляла 30 мкм.
Антифрикционное покрытие включает следующие компоненты:
- в качестве полиолов полиэфир на основе 1,2-пропандиола, триметилолпропан, ангидрида фталиевой кислоты и адипиновой кислоты 26 мас. %;
- в качестве антифрикционных наполнителей графит смазочный 25 мас. %, парафин 3,7 мас. %;
- в качестве ингибитора коррозии ингибитор атмосферной коррозии 1,2 мас. %, цинковый порошок 9,3 мас. %, в качестве диспергатора эфиры фосфорной кислоты 2,5 мас. %;
- в качестве отвердителя, например, ароматический полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата 32,3 мас. %.
На резьбовую поверхность муфт, прошедших предварительное фосфатирование, при постоянном вращении методом распыления наносили антифрикционное покрытие в виде эмульсии, в которой компоненты, соответствующие приведенному выше составу, диспергированы в органическом растворителе. Впоследствии покрытие отверждалось на воздухе при комнатной температуре. Толщина полученного таким образом покрывного слоя составляла (55-80) мкм.
Испытания по свинчиванию проводили на муфтозатяжном станке, сборку осуществляли до совпадения торца муфты с основанием треугольного клейма, при этом фиксировался крутящий момент. После развинчивания проводился контроль состояния резьбы на ниппеле и на муфте. Результаты испытаний обобщены в таблице 2.
Как видно из результатов таблицы 2, значение моментов сборки резьбового соединения при наличии полимерных покрытий на резьбе (сборки 1 и 2) увеличиваются примерно на 30% по сравнению со сборкой с традиционной консистентной смазкой. Однако при этом состояние резьбы после повторного свинчивания удовлетворительное. Таким образом, наличие покрытий не препятствует сборке резьбового соединения.
Пример 3
Резьбовое соединение, в котором контактная поверхность элементов с наружной и внутренней резьбой обрабатывалась согласно примеру 2, после свинчивания подвергались испытанию на герметичность в соответствии с ISO 13679 при давлении 360 бар, в ходе которого была подтверждена герметичность резьбового соединения согласно настоящему изобретению.
По результатам вышеприведенных испытаний было установлено, нанесенные в условиях действующего производства антифрикционное однослойное покрытие на сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с внутренней резьбой и УФ-отверждаемое покрытие на сопрягаемой резьбовой поверхности элемента с наружной резьбой обеспечивают эффективную антикоррозионную защиту резьбового соединения, не оказывают негативного влияния на способность к свинчиванию, позволяя проводить повторную сборку без применения консистентной смазки, а также обеспечивают герметичность резьбового соединения. Кроме того данная система покрытий отличается низкой себестоимостью и полностью встраивается в действующую технологическую схему производства обсадных труб.
Claims (5)
1. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием, состоящее из сопрягаемых элементов с наружной и внутренней резьбой, имеющих общий контур поверхности, в котором сопрягаемая резьбовая поверхность элемента с наружной резьбой имеет однослойное антикоррозионное УФ-отверждаемое покрытие, отличающееся тем, что сопрягаемая резьбовая поверхность элемента с внутренней резьбой имеет однослойное антифрикционное покрытие, содержащее в качестве связующего от 25 мас. % до 35 мас. % смеси полиолов, в качестве отвердителя от 10 мас. % до 50 мас. % изоцианата, в качестве наполнителей от 10 мас. % до 65 мас. % антифрикционных добавок, дополнительно содержит до 8 мас. % дисперсии парафина, при этом каждое из покрытий на элементах с наружной и внутренней резьбой имеет толщину 10-110 мкм.
2. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием по п. 1, отличающееся тем, что покрытие элементов с наружной и внутренней резьбой нанесено на всю сопрягаемую резьбовую поверхность.
3. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что антифрикционное покрытие дополнительно содержит в составе до 3 мас. % ингибитора коррозии.
4. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что антифрикционное покрытие дополнительно содержит в составе до 10 мас. % порошка цинка.
5. Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что антифрикционное покрытие дополнительно содержит до 2,5 мас. % эфиров фосфорной кислоты.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140166A RU2671759C1 (ru) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140166A RU2671759C1 (ru) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2671759C1 true RU2671759C1 (ru) | 2018-11-06 |
Family
ID=64103327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140166A RU2671759C1 (ru) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2671759C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6781681B2 (en) * | 2001-12-10 | 2004-08-24 | Ophthonix, Inc. | System and method for wavefront measurement |
| WO2006104251A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| US20110163538A1 (en) * | 2005-03-29 | 2011-07-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| RU2451861C2 (ru) * | 2007-04-13 | 2012-05-27 | Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гес Франс | Трубный резьбовой элемент с сухим защитным покрытием |
| US20150192229A1 (en) * | 2012-05-23 | 2015-07-09 | Vallourec Oil And Gas France | Tubular threaded joint having improved high-torque makeup properties |
| US9568126B2 (en) * | 2012-06-07 | 2017-02-14 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded joint for steel pipe |
-
2017
- 2017-11-17 RU RU2017140166A patent/RU2671759C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6781681B2 (en) * | 2001-12-10 | 2004-08-24 | Ophthonix, Inc. | System and method for wavefront measurement |
| WO2006104251A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| US20110163538A1 (en) * | 2005-03-29 | 2011-07-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Threaded joint for steel pipes |
| RU2451861C2 (ru) * | 2007-04-13 | 2012-05-27 | Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гес Франс | Трубный резьбовой элемент с сухим защитным покрытием |
| US20150192229A1 (en) * | 2012-05-23 | 2015-07-09 | Vallourec Oil And Gas France | Tubular threaded joint having improved high-torque makeup properties |
| US9568126B2 (en) * | 2012-06-07 | 2017-02-14 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded joint for steel pipe |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104334951B (zh) | 具有改进的高扭矩组装特性的管状螺纹接头 | |
| RU2604526C2 (ru) | Трубное резьбовое соединение и образующая смазочное покрытие композиция для применения в нем | |
| CN104114926B (zh) | 管用螺纹接头 | |
| RU2258170C2 (ru) | Резьбовое соединение для стальных труб и способ обработки его поверхности | |
| CA2500416C (en) | Threaded pipe with surface treatment | |
| JP5722752B2 (ja) | 高トルク締結性能に優れた管状ねじ継手 | |
| JP4687715B2 (ja) | 鋼管用ねじ継手 | |
| JP5408391B2 (ja) | 低温性能に優れた管ねじ継手 | |
| JP5429302B2 (ja) | 管ねじ継手 | |
| JP6226923B2 (ja) | 鋼管用ねじ継手 | |
| EA020833B1 (ru) | Устойчивый к образованию задиров резьбовой трубный компонент и способ нанесения покрытия на указанный компонент | |
| EP2622050A2 (en) | Joints having improved sealability, lubrication and corrosion resistance | |
| EA022960B1 (ru) | Резьбовой конец трубчатого компонента для бурения или эксплуатации углеводородных скважин и получающееся соединение | |
| UA105334C2 (ru) | Резьбовое соединение труб с улучшенными характеристиками при высоком крутящем моменте | |
| WO2015126244A1 (en) | Threaded joint for an oil well pipe | |
| RU2671759C1 (ru) | Резьбовое соединение с сухим смазочным покрытием | |
| JP6120877B2 (ja) | ねじ付き管状コンポーネントおよびそのねじ付き管状コンポーネントのコーティング方法 | |
| US20240254405A1 (en) | Agent, oil country tubular goods, and threaded joint for oil country tubular goods |