SU1505965A1 - Уплотнительна смазка дл резьбовых соединений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к смазочным составам , в частности, к уплотнительной смазке дл  резьбовых соединений бурового оборудовани , и может быть использовано при свинчивании замковых соединений бурильных труб и соединений высокогерметичных обсадных труб с уплотнением. Цель - повышение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств. Смазка имеет следующее содержание компонентов, мас.%: литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции C₁₇-C₂₀ 3,6-4,0, литиевое мыло монтановой кислоты 0,9-1,0, кальциевое мыло кислот растительного масла 2,5-3,0, полиизобутилен мол.м. 9000-15000 2,5-3,0, осерненный полимер олефинов фракции C₃-C₆ 4,5-5,0, цинковый порошок 45,0-47,0, графит 10-14,0, оловоорганическое комплексное соединение 3,0-5,0 [полученное реакцией четыреххлористого олова с синтетическим жирным спиртом фракции C₇-C₁₂ и с трихлорпентиловым эфиром N,N-диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисизопропилксантогенатом при массовом соотношении 1:(2-4):(0,1-0,2)], минеральное масло остальное. 3 табл.

Description

I

21) 4247463/23-04 (22) 07.04.87 (46) 07.09.89. Б10Л. 33

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники и Ленинградский опытный нефтемаслоза- вод им. Шаум на

(72)Т.Г.Малышева, Е.Ф.Сморгонска , П.Г.Суслов, 3.Б.Бережанский,В.М.Лебедева , В.Н.Жаров, Н.В.Якубовский, Н.Д.Щербюк, В.М.Ющук, А.С.Губарев

и А.Н.Игнатюк

(53)621.892(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1004458, кл. С 10 М 125/02, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 897839, кл. С 10 М 169/06, 1982.

(54)УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СМАЗКА ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНШ}

(57)Изобретение относитс  к смазочным составам, в частности к уплотни- тельной смазке дл  резьбовых соединений бурового оборудовани , и может

Изобретение относитс  к смазочным материалам, в частности к уплотни- тельным смазкам дл  резьбовых соединений бурового оборудовани , и может использоватьс  при свинчивании замковых соединений бурильных труб и соединений высокогерметичньпс обсадных труб с уплотнением.

Цель изобретени  - повышение про- тивокэнсс ых, лротивозадирных и ан- тифрикцио. чьгх свойств смазки.

быть использовано при свинчивании замковых соединений бурильных труб и соединений высокогерметичных обсадных труб с уплотнением. Цель - повышение противоизносны х, противозадир- ных и антифрикционных свойств. Смазка имеет следующее содержание компонентов , мас.%: литиевое мыло синтетических жирных кислот фракции 3,6-4jO, литиевое мьшо монтановой кислоты 0,9-1,0, кальциевое мыло кислот растительного масла 2,5-3,0, поли- изобутилен мол.м. 9000-15000 2,5-3,0, оеерненный полимер олефинов фракции Cj-C 4,5-5,0, цинковый порошок 45,0-47,0, графит 10-14,0, оловоорга- ническое комплексное соединение 3,0- 5,0 (получ(нное реакцией четыреххлорис того олова с синтетическим жирным спиртом фракции с трихлорпен- тиловым эфиром К,Ы-диэтилдитиокарб- аминовой кислоты или с этиленбисизо- пропилксантогенатом при массовом соотношении 1:(2-4):(О,1-0,2), минеральное масло остальное. 3 табл.

В составе смазки используют олово- органическое комплексное сс единение, полученное при взаимодействии четырех- хлористого олова (компонент А) с синтетическим жирным спиртом (СЖС) фракции С ц ( омпонент Б) и с трихлор- пентиловьпч эфиром Н,Ы-диэтилдитиокарб- аминовой кислоты (компонент В) или с этиленбисизопропилксантогенатом (компонент Г) в их массовом соотношении 1:2-4:0,1-0,2 соответственно. Указанё

W

ел

о

СП

со о: ел

ное соединение получают нагреванием при 50 С. В полученную смесь добавл ют затем минеральное масло М-11, при 50-70 С ,в вакууме при давлении 25-75 мм рт.ст. в течение 3 ч отгон ют кристаллизационную воду и получают металлоплакирующую присадку с выходом 95,1%.

происходить за счет адсорбции молекул соединени  на поверхности частиц цинка и электрохимического восстановлени  олова цинком.Эффект усиливаетс  тем, что вследствие ге- теропол рного характера комплексного соединени  олова органический радикал, образующийс  в результате отложени 

Характеристика присадки: темпера- ю металла на поверхности цинка, приста- тура вспышки 101°С, в зкость кинема- ет к поверхности и образует запщтный тическа  при 100°С 6,31 , темпе- слой.

ратура застывани  минус , кислотное число 142,9 мг КОН/Г.

Состав продукта по сырью, мас.%:

Олово четыреххлористое п тиводное 16,3

СЖС фракции 35,9

Трихлорпентиловый

fO

эфир N,N-диэ тилдитиокарбаминовой

кислоты

Масло минеральное

М-11

2,А

45,4

Основной эффект модифицировани  поверхности цинкового наполнител  - 15 повьшение противоизносных свойств и улучшение противозадирных свойств. Повышение антифрикционных и противоизносных свойств смазки св зано также с возможностью протекани  в резьбовом соединении при свинчивании, работе и развинчивании процесса избирательного переноса за счет присутстви  в смазке соединени  металла переменной валентности. Этот процесс

Состав комплексного соединени  под-25 носит адсорбционно-химический характверждаетс  результатами анализа выделенной колоночной хроматографией узкой целевой фракции металлоплаки- рующей добавки:

Кислотное число фракции, мгКОН/г365,6

11ассова  дол  хлора , млс.%23,4 Содержание серы, мас.%0,40 Расчетные данные дл  комплекса указанного состава следующие: Кислотное число, мг КОН/г 388 Массова  дол  хлора , мас.%24,6 Содержание серы, . мас.%0,45

Улучшение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств смазки при введении присадки св зано с модификацией поверхности цинкового порошка - образованием на поверхности частиц цинка пленки м гкого пластического металла (олова), защищенного лигандом комплексного соединени , и протеканием при свинчивании и работе резьбового соединени  с предлагаемой смазкой процесса избирательного переноса. Образование пленки м гкого металла - олова, обладающего больщой пластичностью, на частицах цинка в присутствии комплексного оловоорганического соединени  может

Основной эффект модифицировани  поверхности цинкового наполнител  - повьшение противоизносных свойств и улучшение противозадирных свойств. Повышение антифрикционных и противоизносных свойств смазки св зано также с возможностью протекани  в резьбовом соединении при свинчивании, работе и развинчивании процесса избирательного переноса за счет присутстви  в смазке соединени  металла переменной валентности. Этот процесс

носит адсорбционно-химический характер . Отложение олова на соприкасающихс  поверхност х резьбы стимулируетс  термическим разложением соединени  в результате нагрева от трени 

в точке соприкосновени  поверхностей . Эти отложени  характеризуютс  пластичностью и высокими характеристиками скольжени .

Особое действие металлоплакирующей добавки состоит в том, что наход щиес  в ней лиганды сад тс  на поверхности пленки, причем, чем больше нагрузка и температура, тем больше таких соединений. Координационные соединени  могут создавать плоскости скольжени , что значительно снижает трение. Металлическа  пленка благодар  этому не наклепываетс  и способна к многократной деформации .

Приготовление предлагаемой уплот- нительной смазки провод т следующим образом.

Растительное масло, например касторсвое , загружают в реактор, где диспергируетс  в половине минерального масла, при 6р-70 с, добавл етс  10%-иа  водна  суспензи  гидроокиси кальци . В результате омылеПИЯ получают кальциевые мыла кислот растительного масла.

После получени  кальциевых мыл в реактор загружают монтан-воск, синтетические жирные кислоты (СЖК) фрак

ции С, и 15%-ный водный раствор гидроокиси лити . Образование литиевых мыл монтановой кислоты и СЖК фракции С,Y-С20 происходит при 75-90

затем мыльно-масл на  основа обезо

воживаетс  нагреванием до 115-120 С.

После получени  кальциевого и литиевого мыл они задаютс , например, в следующем соотношении; кальциевое мыпо кислот касторового масла 30 г, литиевое мыло фракции -С и литиевое мьшо монтановой кислоты соответственно по 36 и 9,5 г и затем разбавл ютс  оставшимс  количеством минерального масла и гомогенизируютс . В полученную основу ввод т 50 г осерненного полимера олефинов фракции Cj-C и 25 г полиизобутилена, затем температуру состава довод т до 70-80°С и в него ввод т 40 г металло плакирующей присадки. После тщательного перемещивани  и равномерного распределени  присадки в мыльной основе ввод т цинковый порошок в количестве 460 г. При 80-90°С смазку тщательно перемешивают и в нее ввод т 120 г графита. Готовую смазку отрабатывают до образовани  гладкой текстуры и сливают в тару. Технологи  приготовлени  предлагаемого состава при других соотношени х компонентов не мен етс .

В качестве минерального масла в составе смазки может быть использовано масло в зкостью 40-50 сСт при

50 С или смесь масел в зкостью о

10-14 сСт при 50 С цилиндровое 52 (вапор), графит дисперсностью 4-6 мкм (например марки П), осернен- ные полимеры олефинов (присадка ОТП) с содержанием серы не менее 20%. Величина молекул рного веса полиизо- бутилена в указанных пределах не оказывает вли ни  на эксплуатационные свойства предлагаемой уппотнительной пластичной смазки.

В табл.1 приведены составы известной и предлагаемой смазок; в табл.2 - результаты оценки антифрикционных и противоизносных свойств образцов смазок.

Испытани  провод т на машине трени  СМТ-1 по схеме ролик-колодка. Ролик изготовлен из стали 45, колодка - из чугуна. Испытани  провод т при посто нной нагрузке - удельном давлении на образец 30 МПа, скорости скольжени  3,96 м/с, посто нной пода

0

5

,

0

че смазки и времени испытани  2, ч.Антифрикционные и противозадирные свойства смазок оценивают по козффициен- ту трени  и температуре на поверхности трени , противоизносные свойства - по износу образца колодки (в мг) и изменению диаметра образца ролика (в мм) .

Как видно из табл.2, образцы предлагаемых смазок обеспечивают снижение коэффициента трени  в 4,3-5,0 раз по сравнению с прототипом, снижение температуры на поверхности трени  на 103-108 С и существенное снижение износа . За счет металлоплакировани  трущихс  поверхностей, наблюдаемого визуально, происходит незначительное увеличение веса образца колодки и диаметра образца ролика.

У составов смазок 1-10 определ ют также температуру каплепадени , коллоидную стабильность, предел проч

ни  на ЧИП.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как видно из данных табл.З, предлагаемые смазки, сохран   предел прочности на уровне известной,обеспечивают более чем в 3 раза повьщ1е- нпе коллоидной стабильности и нагг-уэ- ку сваривани  более 800 .кгс, в то врем  как у известной смазки этот показатель не превьш1ает 631-708 кгг Провод т испытани  предлагаемых составов смазок на натурных соединени х замков с профилем резьбы 3-147, навинченных на бурильные тру- бы диаметром 140 мм. Испытани  провод т в услови х, максимально приближенных к эксплуатационным.

Смазку нанос т на испытываемые замковые соединени  бурильных труб, вход щих в компановку колонны, подвешиваемой на вертлюге.

Испытани  осуществл ют следующим образом.

Бурильную трубу с испытуемой муф- той свинчивают с ут желенными бурильными трубами, опускают в скважину и устанавливают с помощью элеватора на роторном столе. Ниппельный конец замка подвешивают на вертлюге и затем осуществл ют посадку смазанного испытуемой смазкой резьбового ниппел  в ответную муфту. При этом витки испытуемой резьбы испытывают ударные нагрузки (динамические и статические ), создаваемые бурильными трубами длиной 25 м и весом 920 кг. Затем осуществл ют силовое свинчивание резьбового соединени  стандартным автоматическим ключом АКБ-ЗМ крут щим моментом 1600-1800 кгс-м. После этого испытуемое соединение нагружаю осевой раст гивающей нагрузкой 56 тс и осуществл ют нагружение сое динени  внутренним давлением 120- 135 кгс/см . Суммарна  осева  нагрузка достигает 68 тс. После цикла промывки глинистым раствором нагрузки снимают и испытуемое соединение раз- винчивают с одновременным приложение к нему раст гивающего усили ,что создает на витки резьбы повышенные контактные напр жени . Углова  скорость при свинчивании и развинчивании резь бового соединени  составл ет 30- 60 об/мин. Удельный вес глинистого раствора 1,1-1,5 содержанием песка до 2%.

С целью Создани  бокового биени  при свинчивании - развинчивании вышку децентрируют по отношению к оси скважины на 100-150 мм.

После развинчивани  соединени  цикл повтор етс  снова. На каждом образце осуществл ют не менее 500 Циклов испытаний.

Испытани  показывают, что|несмотр  на специально созданные неблагопри тные услови  работы замкового резьбового соединени , наличие де- центровки вышки и попадание песка в резьбовое соединение при свинчивании предлагаемые составы смазок позвол ют осуществить на казкдом образце бо- лее 500 циклов свинчиваний-развинчиваний , что превышает ресурс замка.

В результате эксплуатационных испытаний установлено, что уплотни- тельна  пластична  смазка обладает повышенными противоизносными свойствами - резьбовые соединени  остаютс  работоспособными даже после выработки установленного ресурса и повышен

Q

д

с

5

ными антизадирными свойствами - в процессе испытаний на витках резьб отсутствуют следы задиров и заусенцев.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Уплотнительна  смазка дл  резьбовых соединений, содержаща  минеральное масло, литиевое мыло синтетических жирньк кислот фракции С„-С, литиевое мыло монтановой кислоты, каль циевое мыло кислот растительного масла , полиизобутилен мол.м. 9000-15000, осерненный полимер олефинов фракции Cj-Cg, цинковый порошок и графит,о тличающа с  тем, что, что с целью повьш1ени  противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств, смазка дополнительно содержит оловоорганическое комплексное соединение, полученное при взаимодействии четыреххлористого олова с синтетическим жирным спиртом фракции с трихлорпентиловым эфиромЫ.Ы- -диэтилдитиокарбаминовой кислоты или с этиленбисизопропилксантогенатом в их массовом соотношении 1:(2-4):(О,1- -0,2) соответственно при следующем содержании компонентов, мас.%: Литиевое мьшо синтетических жирных кислот фракции С, 3,6-4,0 Литиевое мыло монтановой кислоты 0,9-1,0 Кальциевое мьшо кислот растительного масла2,5-3,0 Полиизобутилен

   мол.м.9000-15000 2,5-3,0 Осерненный полимер олефинов

   фракции Сз-Cg 4,5-5,0 Цинковый порошок 45,0-47,0 Графит10,0-14,0

   Оловоорганическое комплексное соединение3,0-5,0

   Шнеральное масло Остальное

   Компоненты

   Содержание, нас. составе образцов смазок

   Таблиц

   Таблица 2

   Свойства

   Показатели дл  состава смазки

   nilLlIIZKIITriLl

   несть,% 2,0 3,4 2,3 1,4 1,9 4,2 1,9 2,1 4,6 7,0 Предел прочности при

   5Q5.C.

   кгс/см 4,1 3,7 3,3 4,3 4,4 1,8 3,8 3,5 4,1 4,0-4,5 Пенеграци  при 25 С,

   мм 246 340 239 25В 269 295 269 286 255 282-300 Испытани  на

   ЧШМ:ОПИ 99,5 104 101 100 80 105 99 101 110 80,7-97,5 Нагрузка сваривани  Pg|,

   кгс 800 800 800 800 631 800 800 800 800 631-708 Индекс

   задира 98 105 113 98 78 108 96 94 115

   10