UA104975C2 - Нарізне з'єднання труб, що має поліпшені характеристики при низькій температурі - Google Patents

Abstract

Щоб здійснити нарізне з'єднання труб, що утворюється ніпелем і муфтою, кожний з яких має різь і ненарізну металеву контактну частину, з хорошою стійкістю до заклинювання і газонепроникністю навіть в оточуючому середовищі з гранично низькою температурою від -60  C до -20  C і властивостями захисту від корозії без використання композитного мастила, термопластичне тверде мастильне покриття, що містить антифрикційні співполімерні частинки, які складаються з акрилового кремнієорганічного співполімеру, і переважно додатково містить твердий мастильний матеріал (наприклад, графіт) в термопластичній полімерній матриці (наприклад, вибраній з поліолефінових полімерів і співполімерів етилену і вінілацетату), наносять на поверхні різі і ненарізаної металевої контактної частини ніпеля і/або муфти.

Description

Даний винахід стосується композиції для нанесення термопластичного твердого мастильного покриття, що використовується в поверхневій обробці нарізних з'єднань труб для згвинчування сталевих труб і, зокрема, нафтопромислових трубних виробів, а також нарізного з'єднання труб, що має тверде мастильне покриття, утворене з даної композиції. Нарізне з'єднання труб згідно з даним винаходом можна використовувати без нанесення на нього композитного мастила, причому воно здатне виявляти підвищену стійкість до заклинювання і газонепроникність навіть в оточуючому середовищі з гранично низькою температурою, таким чином, що його можна використовувати для пристрою нафтових свердловин, зокрема, в гранично холодних регіонах.

Нафтопромислові трубні вироби, такі як трубопроводи і обсадні труби, що використовуються в пристроях нафтових свердловин для видобутку сирої нафти або зрідженого нафтового газу, як правило, з'єднують одна з одною, використовуючи нарізні з'єднання труб. У минулому глибина нафтових свердловин становила від 2000 до 3000 м, але у глибоких свердловин, таких як свердловини на сучасних морських нафтових родовищах, глибина може досягати рівня від 8000 до 10000 м. Довжина нафтопромислового трубного виробу становить, як правило, приблизно 10 м, і система трубопроводів, що містять текуче середовище, таке як сира нафта, яка протікає всередині неї, оточена множиною обсадних труб, і, отже, множина нафтопромислових трубних виробів, які з'єднують один з одним, може досягати величезного числа, що становить тисячі або більше.

В середовищі застосування нарізних з'єднань труб для нафтопромислових трубних виробів на них впливають навантаження в формі розтягувальних зусиль в аксіальному напрямку, які викликані вагою нафтопромислових трубних виробів і самих з'єднань, комбінований тиск, такий як внутрішній і зовнішній тиск, а також геотермальне тепло. Таким чином, вони повинні бути здатними гарантувати газонепроникність без пошкоджень навіть в таких жорстких умовах оточуючого середовища.

Типове нарізне з'єднання труб, що використовується для з'єднання нафтопромислових трубних виробів, має структуру типу «ніпель-муфта», яку утворює деталь, що має зовнішню різь і, яка називається «ніпель», і деталь, що має внутрішню різь і, яка називається «муфта». Як правило, ніпель утворений на обох кінцях нафтопромислового трубного виробу, і муфта утворена на внутрішній поверхні обох кінців компонента нарізного з'єднання, що називається «з'єднувальна втулка».

Як подано на фіг. 1, нарізне з'єднання, яке має чудову газонепроникність і називається «спеціальне нарізне з'єднання» має ущільнювальну частину і виступаючу частину (також називається «виступ момента») на кожній деталі (ніпелі і муфті). Ущільнювальна частина утворена на зовнішній периферії близько торцевої поверхні ближче до кінця ніпеля, ніж зовнішня різь, і на внутрішній периферії основи внутрішньої різі муфти, і виступаюча частина утворена на торцевій поверхні у кінці ніпеля і на відповідній крайній задній частині муфти. Ущільнювальна частина і виступаюча частина становлять ненарізну металеву контактну частину ніпеля або муфти нарізного з'єднання труб, і ненарізна металева контактна частина і нарізана частина (зовнішня або внутрішня різь) складають контактну поверхню ніпеля або муфти.

Коли вставляють один кінець (ніпель) нафтопромислового трубного виробу в з'єднувальну втулку (муфта) і затягують зовнішню різь ніпеля і внутрішню різь з'єднувальної втулки доти, доки виступаючі частини ніпеля і муфти не зістикуються, і потім прикладають прийнятний крутний момент, щоб ущільнювальні частини ніпеля і муфти увійшли в тісний контакт одна з одною і утворили герметичне з'єднання двох металевих виробів, в результаті чого підтримується газонепроникність нарізного з'єднання.

Коли систему трубопроводів або обсадні труби опускають в нафтову свердловину, внаслідок різноманітних проблем нарізне з'єднання, яке було раніше затягнуте, іноді послаблюється, нарізні з'єднання підіймають з нафтової свердловини, потім їх повторно затягують і опускають в свердловину. Згідно з вимогами Американського нафтового інституту (АРІ), стійкість до заклинювання повинна бути такою, щоб зберігалася газонепроникність, і не виникало незмінюване заїдання, так зване «заклинювання», навіть коли з'єднання піддається затягуванню (згвинчуванню) і послаблення (розгвинчуванню) десять разів у випадку з'єднання для системи трубопроводів і три рази у випадку з'єднання для обсадних труб.

Щоб збільшувати стійкість до заклинювання і газонепроникність при здійсненні згвинчування нарізного з'єднання для нафтопромислових трубних виробів в'язкий рідкий мастильний матеріал (консистентне мастило), яке називається «композитне мастило», і яке містить порошки важких металів, наносять на контактну поверхню нарізного з'єднання (а саме, на різь і ненарізну металеву контактну частину ніпеля або муфти). Композитне мастило приписує бюлетень АРІ 5А2.

У минулому було запропоновано піддавати контактну поверхню нарізного з'єднання поверхневій обробці різноманітних типів, таких як азотування, нанесення електролітичного покриття різноманітних типів, включаючи оцинкування та нанесення композитного електролітичного покриття, і фосфатна хімічна конверсійна обробка, утворюючи один або більше шарів, щоб підвищувати утримання композитного мастила або поліпшувати властивості ковзання. Однак, як описано нижче, використання композитного мастила створює загрозу несприятливих впливів на оточуюче середовище і людину.

Композитне мастило містить велику кількість порошків важких металів, таких як цинк, свинець і мідь. Під час згвинчування нарізного з'єднання мастило, яке було нанесене, змивається або перетікає на зовнішню поверхню, та існує можливість того, що вона буде несприятливо впливати на оточуюче середовище і, зокрема, на живі ресурси моря внаслідок шкідливих важких металів, таких як свинець. Крім того, процес нанесення композитного мастила погіршує технологічне середовище і ефективність роботи, а також існує проблема його токсичності відносно людини.

В останні роки в результаті введення в дію Парижської конвенції (О5РАК) 1998 р., спрямованої на запобігання забрудненню морського середовища в північно-східній частині Атлантичного океану, в глобальному масштабі встановлені суворі обмеження з метою захисту оточуючого середовища, а в деяких регіонах вже регулюється використання композитного мастила. Відповідно, щоб запобігати шкідливим впливам на оточуюче середовище і людину під час пристрою газових свердловин і нафтових свердловин, розвивається попит на нарізні з'єднання, які можуть виявляти чудову стійкість до заклинювання без використання композитного мастила.

Як нарізне з'єднання, яке можна використовувати для з'єднання нафтопромислових трубних виробів без застосування композитного мастила, заявники даного винаходу запропонували в міжнародній патентній заявці УМО 2006/104251 нарізне з'єднання труб, в якому на контактну поверхню щонайменше однієї деталі (ніпеля або муфти) нанесене двошарове покриття, що включає в'язке рідке або напівтверде мастильне покриття і утворене зверху нього сухе тверде покриття. Сухе тверде покриття можна виготовляти, використовуючи термореактивний полімер, такий як акриловий полімер, або отверджуваний ультрафіолетовим випромінюванням полімер. В'язке рідке або напівтверде мастильне покриття має таку клейкість, що до нього легко приклеюється чужорідний матеріал, але за рахунок утворення сухого твердого покриття зверху нього ця клейкість усувається. Оскільки сухе тверде покриття руйнується під час згвинчування нарізного з'єднання, воно не порушує мастильні властивості нанесеного під ним мастильного покриття.

У міжнародній патентній заявці М/О 2007/42231 заявники даного винаходу описали нарізне з'єднання, що має тонке мастильне покриття, яке не має клейкості, містить частинки твердого мастильного матеріалу, дисперговані в твердій матриці і виявляє пластичну або в'язкопластичну реологічну поведінку (властивості текучості) на різі (ніпеля і муфти). Матриця переважно має температуру плавлення в інтервалі від 80 до 320"С, і її виготовляють, використовуючи розпилювальне покриття в розплавленому стані (розпилення гарячого розплаву), газополум'яне покриття порошком, розпилювальне покриття водною емульсією.

Композиція, що використовується в способі розпилення гарячого розплаву, містить, наприклад, поліетилен як термопластичний полімер, віск (такий як карнаубський віск) і карбоксилат металу (такий як стеарат цинку) як мастильний компонент і сульфонат кальцію як інгібітор корозії.

У міжнародній патентній заявці УМО 2006/75774 заявники даного винаходу описали нарізне з'єднання труб, в якому на контактну поверхню щонайменше однієї деталі (ніпеля або муфти) наносять двошарове покриття, що включає тверде мастильне покриття, що містить мастильний порошок і зв'язувальний матеріал, і тверде протикорозійне покриття, в якому не містяться тверді частинки, утворене зверху твердого мастильного покриття.

Патентний документ 1: міжнародна патентна заявка МО 2006/104251

Патентний документ 2: міжнародна патентна заявка УМО 2007/42231

Патентний документ 3: міжнародна патентна заявка УМО 2006/75774

Нарізні з'єднання труб, описані у вищезазначених патентних документах 1-3, виявляють чудові властивості адгезії і ковзання твердого мастильного покриття і достатню стійкість до заклинювання в холодному і теплому оточуючому середовищі при температурі від приблизно -107С до приблизно к502С.

Однак коли на з'єднання впливає гранично низька температура оточуючого середовища від -607С до -207С, легко виникає відшарування твердого мастильного покриття внаслідок зменшення адгезії і виникнення розтріскування, зумовленого окрихчуванням покриття. Крім того, якщо згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання здійснюють при таких низьких температурах, крутний момент стає гранично високим, і стає недостатнім число разів можливого здійснення з'єднання, яке є показником стійкості до заклинювання.

Задача даного винаходу полягає в забезпеченні нарізного з'єднання труб, яке подавляє утворення іржі, виявляє чудову стійкість до заклинювання і газонепроникність без використання композитного мастила навіть в гранично холодному оточуючому середовищі, а також не має клейкої поверхні.

В результаті досліджень, спрямованих на досягнення достатньої стійкості до заклинювання, стійкості проти ржавіння і газонепроникності без граничного збільшення крутних моментів згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання навіть при використанні не тільки в холодних, теплих і тропічних регіонах, в яких температура повітря становить від приблизно -207С до приблизно «50"С, але також в гранично холодних регіонах, де температура становить від -60"С до -20"С, були зроблені наступні спостереження. 1) Термопластичне мастильне покриття, що містить певні співполімерні частинки, такі як акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки в термопластичній полімерній матриці, є ефективним. 2) Стійкість до заклинювання додатково поліпшується, коли покриття містить твердий мастильний матеріал в доповнення до співполімерних частинок. 3) Поліолефіновий полімер або співполімер етилену і вінілацетату являє собою переважний термопластичний полімер, який служить як матриця (основного матеріалу) покриття, і графіт являє собою переважний твердий мастильний матеріал.

Даний винахід, який був виконаний на основі вищезазначених спостережень, являє собою композицію для нанесення термопластичного твердого мастильного покриття на нарізне з'єднання труб, яка відрізняється тим, що вона містить (1) термопластичний полімер як матриця покриття і (2) частинки співполімеру, що включає полімер, вибраний з кремнієорганічного полімеру і фторвуглецевого полімеру, і термопластичний полімер.

З іншого боку, даний винахід являє собою нарізне з'єднання труб, що має поліпшені характеристики при низькій температурі оточуючого середовища, яке складають ніпель і муфта, причому кожна з цих деталей має контактну поверхню, що включає різь і ненарізну металеву контактну частину, яка відрізняється тим, що термопластичне тверде мастильне покриття, яке містить частинки співполімеру, що включає полімер, вибраний з кремнієорганічного полімеру і фторвуглецевого полімеру, і термопластичний полімер, в термопластичному полімері як матриця покриття, виготовляють як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці на контактній поверхня однієї або обох деталей (ніпеля і муфти). Дане нарізне з'єднання труб є прийнятним для використання в з'єднанні нафтопромислових трубних виробів. В одному варіанті здійснення термопластичне тверде мастильне покриття утворюється на контактній поверхні однієї деталі (ніпеля або муфти), а контактна поверхня іншої деталі (ніпеля або муфти) має тверде протикорозійне покриття на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці.

У співполімері, що включає полімер, вибраний з кремнієорганічного полімеру і фторвуглецевого полімеру, та інший термопластичний полімер, який використовують в даному винаході, і кремнієорганічний полімер, і фторвуглецевий полімер мають низьку в'язкість (в цьому документі дані полімери в сукупності називаються «антифрикційні полімери»), і сам співполімер має низьку в'язкість. Таким чином, частинки такого співполімеру функціонують як мастильні частинки, які здатні надавати покриттю мастильну здатність.

Частинки цього співполімеру можуть далі називатися «антифрикційні співполімерні частинки». Частинки чистого кремнієорганічного полімеру або фторвуглецевого полімеру мають недостатню міцність зв'язування з термопластичним полімером, який складає матрицю мастильного покриття. За рахунок співполімеризації частинок з термопластичним полімером частинки набувають підвищеної міцності скріплення з термопластичною полімерною матрицею.

Під час утворення мастильного покриття антифрикційні співполімерні частинки виступають з поверхні покриття, причому кремнієорганічні або фторвуглецеві полімерні частинки співполімерних частинок спрямовані назовні внаслідок дії поверхневого натягу і спорідненості термопластичної полімерної матриці, яка вища для термопластичного полімеру, який складає співполімер, ніж для кремнієорганічного або фторвуглецевого полімеру, який складає співполімер. У результаті, як подано на фіг. 5(а) і 5(Б), на початковій стадії згвинчування нарізного з'єднання, коли поверхневий тиск все ще є низьким (в стан з'єднання низького виступу), поверхня протилежної деталі вступає в контакт, головним чином, з антифрикційними співполімерними частинками, виступаючими з поверхні мастильного покриття, в результаті чого зменшується коефіцієнт тертя покриття. По мірі подальшого згвинчування, коли створюється високий тиск затягнення, виступаючі антифрикційні співполімерні частинки занурюються в покриття, головним чином, внаслідок своєї пластичної деформації, і поверхня протилежної деталі також вступає в контакт з термопластичною полімерною матрицею, в результаті чого збільшується коефіцієнт тертя всього покриття в порівнянні з коефіцієнтом тертя при низькому тиску затягнення. Коли операцію згвинчування повторюють, мастильне покриття все ж зберігає стан, поданий на фіг. 5(а) і 5(Б), у другому і подальших циклах згвинчування, незважаючи на те, що в деякій мірі відбувається знос антифрикційних співполімерних частинок, і як і раніше підтримується задовільна стійкість до заклинювання.

Як зразковий підсумок, коефіцієнт тертя покриття, яке складається виключно з термопластичної полімерної матриці, становить приблизно від 0,1 до 0,2, в той час як коефіцієнт тертя покриття, що містить антифрикційні співполімерні частинки в матриці, становить приблизно від 0,01 до 0,1. Зокрема, коефіцієнт тертя мастильного покриття в стані, поданому на фіг. 5(а), становить приблизно 0,05. Як правило, коефіцієнт тертя, що становить 0,1 або більше, розглядають як високий коефіцієнт тертя, а коефіцієнт тертя, що становить 0,05 або менше, розглядають як низький коефіцієнт тертя.

Антифрикційні співполімерні частинки являють собою переважно акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки і переважніше акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, що мають середній діаметр частинок від 10 до 40 мкм. Їх вміст в покритті становить переважно від 0,5 до 30 мас.95.

Термопластична полімерна матриця являє собою переважно один або більше полімерів вибраних з поліолефінового полімеру і співполімеру етилену і вінілацетату.

Термопластичне тверде мастильне покриття переважно додатково містить твердий мастильний матеріал, і твердий мастильний матеріал являє собою переважно графіт.

З іншого боку, даний винахід являє собою спосіб виготовлення нарізного з'єднання труб, що має шар покриття при поверхневій обробці, причому дане нарізне з'єднання труб утворюють ніпель і муфта, і кожна з цих деталей має контактну поверхню, що включає різь і ненарізну металеву контактну частину, і даний спосіб відрізняється виготовленням твердого мастильного покриття як найбільш верхнього шару покриття при поверхневій обробці на контактній поверхні щонайменше однієї деталі (ніпеля або муфти) шляхом нанесення композиції, що містить антифрикційні співполімерні частинки в розплавленій термопластичній полімерній матриці, після чого слідує охолоджування для тверднення матричного матеріалу.

В одному варіанті здійснення даного способу тверде мастильне покриття наносять на контактну поверхню однієї деталі (ніпеля або муфти), а тверде протикорозійне покриття наносять на контактну поверхню іншої деталі (ніпеля або муфти) як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці шляхом нанесення композиції на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру, після чого слідує опромінення ультрафіолетовим світлом.

За допомогою даного винаходу можна виготовляти термопластичне тверде мастильне покриття, що має чудову стійкість до заклинювання, на контактній поверхні нарізного з'єднання труб без використання композитного мастила. Тверде мастильне покриття має чудові характеристики при низькій температурі оточуючого середовища і навіть при гранично низькій температурі оточуючого середовища, що становить від -607"С до -20"С, причому крутні моменти згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання не збільшуються значною мірою, і майже не спостерігається руйнування твердого мастильного покриття. Крім того, дане покриття виявляє таку ж чудову стійкість до заклинювання, газонепроникність і властивості захисту від корозії, які забезпечує композитне мастило.

Суть винаходу пояснюється на кресленнях, де:

Фіг. 1 схематично представляє ненарізні металеві контактні частини (виступаючі частини і ущільнювальні частини) ніпеля і муфти спеціального нарізного з'єднання.

Фіг. 2 схематично представляє збірну структуру сталевої труби і з'єднувальної втулки під час транспортування сталевої труби.

Фіг. 3 схематично представляє з'єднувані частини нарізного з'єднання.

Фіг. 4 представляє пояснювальні зображення, що показують контактну поверхню нарізного з'єднання труб згідно з даним винаходом; фіг. 4(а) представляє приклад поверхневої шорсткості самої контактної поверхні, і фіг. 4(5) представляє приклад нанесення покриття в ході підготовчої поверхневої обробки для створення поверхневої шорсткості контактної поверхні.

Фіг. 5 схематично представляє механізм дії мастильного покриття згідно з даним винаходом.

Далі варіанти здійснення нарізного з'єднання труб згідно з даним винаходом детально роз'яснюють винахід на прикладах.

Фіг 2 схематично представляє стан сталевої труби для нафтопромислового трубного виробу і з'єднувальної втулки під час транспортування. Ніпель 1, що має зовнішню різь З на своїй зовнішній поверхні, виготовлений на обох кінцях сталевої труби А, і муфта 2, що має внутрішню різь на своїй внутрішній поверхні, виготовлена на обох сторонах з'єднувальної втулки В. Ніпель являє собою деталь нарізного з'єднання, яка має зовнішню різь, і муфта являє собою деталь нарізного з'єднання, що має внутрішню різь. З'єднувальна втулка В попередньо приєднана до одного кінця сталевої труби А. Перед транспортуванням протектори (не показані на кресленні) для захисту різі встановлені на ніпелі сталевої труби А і муфті з'єднувальної втулки В, які не приєднані до інших деталей. Ці протектори знімають перед використанням нарізного з'єднання.

Як представлено на кресленні, в типовому нарізному з'єднанні труб ніпель виготовлений на зовнішній поверхні обох кінців сталевої труби, і муфта виготовлена на внутрішній поверхні з'єднувальної втулки, яка являє собою окремий компонент. Існують вбудовані нарізні з'єднання труб, для яких не використовується з'єднувальна втулка, які мають ніпель на одному кінці сталевої труби і муфту на її іншому кінці. Нарізне з'єднання труб згідно з даним винаходом може бути застосовне до будь-якого з цих типів нарізного з'єднання.

Фіг. 3 схематично представляє структуру типового нарізного з'єднання труб. Нарізне з'єднання труб складають ніпель 1, виготовлений на зовнішній поверхні кінця сталевої труби А, і муфта 2, виготовлена на внутрішній поверхні з'єднувальної втулки В. Ніпель 1 має зовнішню різь За, ущільнювальну частину 4а і виступаючу частину 5, які розташовані на кінці сталевої труби. Відповідно, муфта 2 має внутрішню різь Зб, ущільнювальну частину 46 і виступаючу частину на стороні різі, віддаленій від кінця муфти.

У кожній деталі, включаючи ніпель 1 і муфту 2, ущільнювальна частина і виступаюча частина складають ненарізну металеву контактну частину, і різь і ненарізна металева контактна частина (а саме, ущільнювальна частина і виступаюча частина) складають контактну поверхню нарізного з'єднання. Для контактних поверхонь ніпеля і муфти потрібна стійкість до заклинювання, газонепроникність і корозійна стійкість. У минулому для цієї мети використовували композитне мастило, що містить порошок важкого металу. Однак внаслідок проблем несприятливих впливів важких металів на людину і оточуюче середовище досліджують нарізні з'єднання, що мають тверде мастильне покриття, які можна використовувати для з'єднання нафтопромислових трубних виробів без застосування композитного мастила. Тверде мастильне покриття, як правило, являє собою полімерне покриття, що містить твердий мастильний матеріал.

Однак якщо традиційне тверде мастильне покриття використовують в гранично холодному оточуючому середовищі при температурі від -607С до -20"С, існують проблеми того, що початковий крутний момент згвинчування стає високим, ненарізні металеві контактні частини, які гарантують газонепроникність, не вступають в контакт з заданим тиском згвинчування, і різі не повністю суміщені (цей стан називається відсутністю з'єднання виступу), легко відбувається заклинювання під час згвинчування, і навіть якщо досягається згвинчування, початковий крутний момент розгвинчування під час розгвинчування стає гранично високим. Крім того, коли ключі, що використовуються для згвинчування труб, мають низьку потужність може виникати проблема того, що згвинчування виявляється неможливим внаслідок недостатнього крутного моменту.

Згідно з даним винаходом, як подано на фіг. 4(а) і 4(б) відносно ущільнювальної частини, на контактну поверхню щонайменше однієї деталі (ніпеля або муфти) наносять певне термопластичне тверде мастильне покриття З1а, що одержується шляхом поверхневої обробки як найбільш верхнє покриття на сталевій поверхні Зба або 300. Це тверде мастильне покриття може виявляти функцію посилення мастила, навіть коли на нього впливає гранично холодне оточуюче середовище при температурі від -607С до -20"С; воно здатне запобігати заклинюванню нарізного з'єднання, перешкоджаючи при цьому збільшенню крутного моменту під час згвинчування або розгвинчування, і воно може гарантувати газонепроникність після згвинчування.

Підкладку для твердого мастильного покриття З1а (а саме, контактну поверхню нарізного з'єднання) переважно піддають створенню поверхневої шорсткості. Як подано на фіг. 4(а), поверхневу шорсткість можна створювати безпосереднім способом одержання поверхневої шорсткості, використовуючи струминну обробку або травлення поверхні сталі За, або її можна створювати шляхом підготовчої поверхневої обробки для утворення покриття 32, яке має шорсткувату поверхню, такого як фосфатне покриття або електролітично нанесене пористе покриття з цинку (сплаву), на поверхні сталі 306 перед нанесенням мастильного покриття З1а.

Тверде мастильне покриття 31а можна одержувати нанесенням утворюючої термопластичне тверде мастильне покриття композиції, нагрітої до температури, достатньої для розплавлення термопластичної полімерної матриці, придатним способом, таким як розпилення, нанесення кистю або занурення, і подальшим твердненням покриття відомими способами охолоджування, такими як повітряне охолоджування або природне охолоджування. Як альтернатива, рідку композицію, що містить розчинник, можна наносити традиційним способом.

Тверде мастильне покриття можна наносити на контактні поверхні обох деталей (ніпеля і муфти), але у випадку ніпеля і муфти, які з'єднані одне з одним перед транспортуванням, як подано на фіг. 2, достатньо наносити мастильне покриття на контактну поверхню тільки однієї деталі (ніпеля або муфти). У цьому випадку зручно наносити мастильне покриття на контактну поверхню з'єднувальної втулки (звичайно це контактна поверхня муфти), тому що покриття легше наносити на з'єднувальну втулку (коротку деталь), ніж на довгу сталеву трубу.

У випадку ніпеля і муфти, які не з'єднані перед транспортуванням, тверде мастильне покриття можна наносити на контактні поверхні обох деталей (ніпеля і муфти), щоб одночасно надавати їм мастильні властивості та властивості захисту від корозії.

Як альтернатива, тверде мастильне покриття можна наносити на контактну поверхню тільки однієї деталі, наприклад, муфти, і тверде протикорозійне покриття можна наносити на контактну поверхню іншої деталі, наприклад, ніпеля.

У будь-якому випадку, нарізному з'єднанню можна надавати стійкість до заклинювання, газонепроникність і стійкість проти ржавіння. Тверде протикорозійне покриття переважно являє собою отверджуване ультрафіолетовим випромінюванням покриття, і його переважно наносити після підготовчої поверхневої обробки для створення поверхневої шорсткості.

На всі контактні поверхні ніпеля і/або муфти потрібно наносити мастильне покриття, але даний винахід також включає випадок, в якому покривають тільки частини контактної поверхні (наприклад, тільки ненарізні металеві контактні частини).

Термопластичне тверде мастильне покриття

У даному винаході, термопластичне тверде мастильне покриття наносять на контактну поверхню щонайменше однієї деталі (ніпеля або муфти), що становить нарізне з'єднання труб. Це тверде мастильне покриття потрібно, щоб запобігати ситуації відсутності з'єднання виступу, в якій крутний момент згвинчування на початку згвинчування стає високим, і щоб перешкоджати початковому крутному моменту розгвинчування ставати високим, і тим самим в достатній мірі запобігати заклинюванню, коли сталеві труби з'єднують за допомогою нарізного з'єднання не тільки в холодних, помірних і тропічних регіонах (при температурі від -207С до ї50"С), але також і в гранично холодних регіонах (при температурі від -607С до - 207С), а також, щоб запобігати ржавінню під час зберігання.

Композиція для нанесення термопластичного твердого мастильного покриття містить термопластичну полімерну матрицю і антифрикційні співполімерні частинки.

Відповідно, утворюється термопластичне тверде мастильне покриття, яке має структуру, що містить антифрикційні співполімерні частинки, дисперговані в термопластичній полімерній матриці. Оскільки покриття містить антифрикційні співполімерні частинки, покриття виявляє ефект зменшення тертя, і воно здатне значною мірою підвищувати стійкість до заклинювання нарізного з'єднання. Крім того, антифрикційні співполімерні частинки можуть в достатній мірі виявляти ефект зменшення тертя навіть при гранично низьких температурах.

Переважно використовувати термопластичний полімер, у якого температура плавлення або температура розм'якшування (це застосовується і далі) становить від 807"С до 320"С, щоб виготовляти термопластичну полімерну матрицю термопластичного твердого мастильного покриття. Температура плавлення переважніше становить від 90"С до 200"С. Якщо температура плавлення термопластичного полімеру, який утворює матрицю покриття, є надмірно високою, стає ускладненим його застосування в розплавленому стані, наприклад, у випадку нанесення покриття з гарячого розплаву. З іншого боку, якщо температура плавлення є надмірно низькою, тверде мастильне покриття розм'якшується при впливі на нього високої температури в тропічних регіонах або навіть в літній час в регіонах з помірним кліматом, що приводить до погіршення його характеристик.

Приклади термопластичних полімерів, які можна використовувати як матричний матеріал в даному винаході, включають, хоча і не обмежуються цим, поліолефіни, полістироли, поліуретани, поліаміди, складні поліефіри, полікарбонати, акрилові полімери і термопластичні епоксидні полімери.

Термопластичний полімер може являти собою гомополімер або співполімер.

Як описано далі, контактну поверхню нарізного з'єднання труб, яка являє собою підкладку для утворення мастильного покриття, можна попередньо піддавати підготовчій поверхневій обробці, такій як хімічна конверсійна обробка або нанесення електролітичного покриття. Беручи до уваги адгезію до підкладки, плівкоутворювальні властивості, здатність утворення покриття, в'язкість під час плавлення і здатність диспергувати антифрикційні співполімерні частинки, переважно, щоб використовуваний термопластичний полімер являв собою суміш множини типів термопластичних полімерів, що мають різні властивості, такі як температура плавлення, температура розм'якшування і температура осклування.

Особливо переважні термопластичні полімери для використання як матричний матеріал являють собою поліолефінові полімери і співполімери етилену і вінілацетату, і особливо переважно використовувати суміш щонайменше двох поліолефінових полімерів, що мають різні температури плавлення або температури розм'якшування і співполімер етилену і вінілацетату.

Антифрикційні співполімерні частинки, дисперговані в термопластичній полімерній матриці, виявляють ефект зменшення тертя і зниження крутного моменту навіть при гранично низьких температурах. Таким чином, термопластичне тверде мастильне покриття, що містить ці частинки, може виявляти значно зменшене тертя при одночасному збереженні адгезії покриття навіть при гранично низьких температурах від -607С до -20"С. Даний факт був уперше роз'яснений авторами даного винаходу.

Антифрикційні співполімерні частинки, які використовують в даному винаході, присутні в формі порошку співполімеру, одержаного співполімеризацією антифрикційного полімеру, вибраного з фторвуглецевого полімеру, такого як політетрафторетилен, і кремнієорганічного полімеру, з мономером іншого термопластичного полімеру. Цей співполімер може являти собою блок-співполімер. Навіть при використанні частинок співполімеру антифрикційного полімеру, такого як кремнієорганічний полімер або фторвуглецевий полімер, з термопластичним полімером, частина антифрикційного полімеру, яка має хороші властивості ковзання при низьких температурах, завжди повернена до поверхонь ковзання, в результаті чого стає можливим підтримувати приблизно такий же рівень хороших мастильних властивостей, як при використанні частинок, що складаються виключно з антифрикційного полімеру. Крім того, оскільки частина термопластичного полімеру в співполімерних частинках є сумісною з термопластичним полімером, що утворює матрицю покриття, частинки міцно пов'язані з матрицею. Таким чином, навіть при застосуванні високого тиску затягування частинки не відшаровуються з такою легкістю, як у випадку використання частинок, що складаються виключно з антифрикційного полімеру. Навіть незважаючи на хороші початкові мастильні властивості при використанні частинок, що складаються виключно з антифрикційного полімеру, такого як кремнієорганічний полімер або фторвуглецевий полімер, зносостійкість і термін служби покриття зменшується внаслідок відшарування частинок, і виявляється неможливим збереження хороших мастильних властивостей.

Як термопластичний полімер, який утворює співполімер з антифрикційним полімером, переважно вибирати полімер, що має спорідненість до термопластичного полімеру, що використовується як матриця термопластичного полімерного покриття. Наприклад, можна використовувати термопластичний полімер, який того ж типу, як термопластичний полімер, що використовується як матриця покриття. Деякі приклади придатного термопластичного полімеру являють собою акрилові полімери, уретанові полімери, важкополіефірні полімери, полікарбонатні полімери, поліїмідні полімери і термопластичні епоксидні полімери.

Співполімер антифрикційного полімеру і мономеру термопластичного полімеру можна виготовляти співполімеризацією мономеру термопластичного полімеру з реакційноздатним кремнієорганічним або фторвуглецевим полімером, що має функціональну групу, здатну реагувати з мономером термопластичного полімеру, яка була попередньо введена в полімер. Реакційноздатна функціональна група, яку можна вводити в кремнієорганічний або фторвуглецевий полімер, являє собою (мет)акрилову групу у випадку співполімеризації з акриловим полімером, гідроксильну групу в співполімеризації з уретановим полімером, епоксидну групу, карбоксильну групу або гідроксильну групу в співполімеризації з важкополіефірним полімером, фенольну групу в співполімеризації з полікарбонатним полімером, аміногрупу в співполімеризації з полімідним полімером і гідроксильну групу в співполімеризації з термопластичним епоксидним полімером.

Приклад антифрикційної співполімерної частинки, яку можна переважно використовувати в даному винаході являє собою частинка акрилового кремнієорганічного співполімеру. Це твердий (порошкоподібний) співполімер, який можна одержати співполімеризацією кремнієорганічного полімеру з акриловим мономером, і який можна виготовляти співполімеризацією поліорганосилоксану, що має кінцеву вільнорадікально полімеризовану групу, таку як (мет)акрилова група, зі складним ефіром (мет)акрилової кислоти. Масове співвідношення поліорганосилоксану і складного ефіру (мет)акрилової кислоти в даному співполімері становить переважно від 60:40 до 80:20. Розмір співполімерних частинок переважно є таким, що середній діаметр частинок знаходиться в інтервалі від 10 до 400 мкм.

Співполімеризацію можна здійснювати шляхом емульсійної полімеризації або подібним способом, використовуючи придатне рідке середовище та ініціатор вільнорадікальної полімеризації. Одержаний в результаті співполімер в формі емульсії піддають розділенню твердої і рідкої фаз таким чином, щоб одержати тверду фазу, і бажані співполімерні частинки одержують в формі повторних частинок, які являють собою агрегати найдрібніших частинок в емульсії (первинних частинок). У даному винаході частинки і діаметри частинок означають вторинні частинки і діаметри вторинних частинок, відповідно. Форма співполімерних частинок може бути аморфною або сферичною, але переважно вона є сферичною, тобто вони переважно являють собою сферичні частинки.

Сферичні частинки акрилового кремнієорганічного співполімеру, що мають середній діаметр частинок від 10 до 40 мкм, є особливо придатними для даного винаходу. Сферичні частинки акрилового кремнієорганічного співполімеру, у яких середній діаметр частинок становить 30 мкм, продає фірма Мізвіп

Спетіса! Іпаивігу Со., 14. під товарним найменуванням СПаїїпе К-1705. Даний продукт можна використовувати як антифрикційні співполімерні частинки в даному винаході.

Термопластичне тверде мастильне покриття містить антифрикційні співполімерні частинки, переважно акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, дисперговані в термопластичній полімерній матриці. У випадку нарізного з'єднання труб для з'єднання нафтопромислових трубних виробів вміст акрилових кремнієорганічних співполімерних частинок в термопластичному твердому мастильному покритті становить переважно від 0,5 до 30 мас.95 і переважніше від 1 до 20 мас.95. Якщо цей вміст становить менше ніж 0,5 мас.9о, ефект зменшення тертя і адгезія покриття при гранично низьких температурах стають недостатніми, в той час як при вмісті, що перевищує 30 мас.9о, знижується здатність утворення покриття, і може ставати ускладненим утворення якісного покриття.

Щоб додатково поліпшувати мастильні властивості, термопластичне тверде мастильне покриття може додатково містити різноманітні тверді мастильні матеріали. Твердий мастильний матеріал означає порошок, що має мастильні властивості. Тверді мастильні матеріали можна приблизно класифікувати таким чином: (1) матеріали, які виявляють мастильні властивості внаслідок присутності кристалічної структури, яка легко ковзає, такої як гексагональна шарувата кристалічна структура (наприклад, графіт, оксид цинку та нітрид бору); (2) матеріали, які виявляють мастильні властивості внаслідок присутності реакційноздатного елемента, що доповнює кристалічну структуру (наприклад, дисульфід молібдену, дисульфід вольфраму, фторид графіту, сульфід олова і сульфід вісмуту); (3) матеріали, які виявляють мастильні властивості внаслідок присутності хімічної реакційної здатності (наприклад, певні тіосульфатні сполуки); і (4) матеріали, які виявляють мастильні властивості внаслідок пластичної або в'язкопластичної поведінки під впливом сили тертя (наприклад, політетрафторетилен (РТЕЕ) і поліаміди).

Можна використовувати тверді мастильні матеріали будь-якого з цих типів, але тип (1) є переважним.

Тверді мастильні матеріали типу (1) можна використовувати в чистому вигляді, або їх можна використовувати в поєднанні з твердими мастильними матеріалами типу (2) і/або типу (4).

Графіт являє собою особливо переважний твердий мастильний матеріал. Беручи до уваги невтручання у вплив акрилових кремнієорганічних співполімерних частинок, а також адгезію і запобігання ржавінню, аморфний (землистий) графіт все ж є більш переважним з точки зору здатності утворення покриття. Вміст твердого мастильного матеріалу в термопластичному твердому мастильному покритті становить переважно від 2 до 15 мас.9о.

У доповнення до твердого мастильного матеріалу, термопластичне тверде мастильне покриття може містити неорганічний порошок для регулювання властивостей ковзання. Приклади такого неорганічного порошку являють собою діоксид титану і оксид вісмуту. Для посилення протикорозійних властивостей покриття термопластичне тверде мастильне покриття може містити протикорозійну речовину. Приклад переважної протикорозійної речовини являє собою діоксид кремнію, легований іонами кальцію. Можна також використовувати реакційноздатні водовідштовхувальні матеріали, які є в продажу. Ці неорганічні порошки, протикорозійні речовини та інші добавки можуть бути присутніми в термопластичному мастильному покритті в сумарній кількості, що становить аж до 20 мас.9б5.

У доповнення до описаних вище компонентів, термопластичне тверде мастильне покриття може містити в невеликих кількостях й інші добавки, як які вибирають поверхнево-активні речовини, барвники, антиоксиданти і подібні матеріали, кількість яких становить, наприклад, не більше ніж 5 мас.9о. Покриття може також містити протизадирну речовину, рідкий мастильний матеріал або подібний матеріал в гранично малій кількості, що становить не більше ніж 2 мас.9б5.

Згідно з даним винаходом, запропонована композиція, яка утворює тверде мастильне покриття, для виготовлення описаного вище термопластичного твердого мастильного покриття (далі називається «покривна композиція»). Ця покривна композиція може являти собою композицію (композицію без розчинника), що не містить розчинник, яка складається, в основному, з описаних вище компонентів, або вона може являти собою композицію на основі розчинника, в якій термопластична полімерна матриця розчинена в розчиннику.

Покривну композицію, яка не містить розчинника, можна виготовляти, наприклад, вводячи акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, твердий мастильний матеріал та інші добавки в розплавлену термопластичну полімерну матрицю, після чого йде перемішування або розтирання.

Як альтернатива, змішаний порошок, в якому змішані всі компоненти в порошкоподібному стані, можна використовувати як покривну композицію. Переваги матеріалу покриття, які не містять розчинника, полягають в тому, що він здатний утворювати мастильне покриття протягом короткого періоду часу, і що відсутнє випаровування органічних розчинників, які є шкідливими для оточуючого середовища.

З такої покривної композиції, яка не містить розчинника, можна виготовляти термопластичне тверде мастильне покриття способом нанесення з гарячого розплаву. Згідно з даним способом, покривну композицію (що містить описану вище термопластичну полімерну матрицю і різноманітні порошки), нагрівають, щоб довести термопластичну полімерну матрицю до плавлення і утворення текучої композиції, що має достатньо низьку в'язкість для нанесення покриття за допомогою розбризкувача, що має здатність зберігати постійну температуру (що звичайно приблизно дорівнює температурі композиції в розплавленому стані). Температура, до якої нагрівають композицію, перевищує переважно на 10-507"С температуру плавлення (температуру розм'якшування) термопластичної полімерної матриці. Для антифрикційних співполімерних частинок в покривній композиції (таких як акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки) є прийнятним часткове плавлення під час нагрівання.

Підкладку, що покривається, (а саме, контактну поверхню ніпеля і/або муфти) переважно підігрівають до температури, що перевищує температуру плавлення термопластичної полімерної матриці. Здійснюючи це попереднє нагрівання, можна одержати хорошу здатність утворення покриття. Коли покривна композиція містить невелику кількість (наприклад, не більше ніж 295) поверхнево-активної речовини, такої як полідиметилсилоксан, можна одержати хороше покриття, навіть якщо підкладку не підігрівали, або якщо температура попереднього нагрівання є нижчою, ніж температура плавлення полімерної матриці.

Покривну композицію нагрівають і розплавлюють всередині резервуара, обладнаного придатним перемішуючим пристроєм, спрямовують в розпилювальну головку (яка підтримується при заданій температурі) розбризкувача через дозуючий насос за допомогою компресора і розпилюють на підкладку.

Температура, яку підтримують всередині резервуара і розпилювальної головки, регулюють відповідно до температури плавлення полімерної матриці в композиції.

Підкладку потім охолоджують, використовуючи повітряне охолоджування або природне охолоджування, для тверднення термопластичної полімерної матриці і виготовлення термопластичного твердого мастильного покриття згідно з даним винаходом зверху підкладки. Товщина термопластичного твердого мастильного покриття, виготовленого таким способом, становить переважно від 10 до 200 мкм і переважніше від 25 до 100 мкм. Якщо товщина термопластичного твердого мастильного покриття є надто мала, мастильні властивості нарізного з'єднання труб виявляються недостатніми, і не полегшується виникнення заклинювання під час згвинчування або розгвинчування. Це термопластичне тверде мастильне покриття має також корозійну стійкість в деякій мірі, але якщо товщина покриття є надмірно малою, то корозійна стійкість стає недостатньою, і зменшується корозійна стійкість контактної поверхні нарізного з'єднання труб.

З іншого боку, створення надмірно великої товщини термопластичного твердого мастильного покриття не тільки невиправдано витрачає мастильний матеріал, але також суперечить запобіганню забрудненню оточуючого середовища, яке являє собою одну з цілей даного винаходу. Коли термопластичне тверде мастильне покриття і описане нижче тверде протикорозійне покриття, яке необхідно виготовляти, наносять зверху контактної поверхні, у якої поверхнева шорсткість збільшена за допомогою підготовчої поверхневої обробки, вони обидва переважно мають товщину покриття, що перевищує шорсткість К птах підкладки, у якої збільшують поверхневу шорсткість. Якщо товщина не перевищує дану шорсткість, іноді виявляється неможливим повністю покривати поверхню підкладки. Коли підкладка має шорстковату поверхню, товщина покриття являє собою середнє значення товщини всього покриття, яке можна обчислити, знаючи площу поверхні, масу і щільність покриття.

Тверде протикорозійне покриття

Коли описане вище термопластичне тверде мастильне покриття виготовляють на контактній поверхні тільки однієї деталі (ніпеля або муфти), наприклад, муфти, нарізного з'єднання труб, причому контактна поверхня іншої деталі (наприклад, ніпеля) може піддаватися описаній нижче підготовчій поверхневій обробці. Однак для надання властивостей захисту від корозії тверде протикорозійне покриття переважно виготовляють як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці на контактній поверхні іншої деталі.

Як описано вище відносно фіг. 1, аж до моменту часу фактичного використання нарізного з'єднання труб часто встановлюють протектори на ніпель і муфту, які не були з'єднанні з іншою деталлю. Тверде протикорозійне покриття не повинне руйнуватися щонайменше при впливі зусилля, прикладеного при встановленні на нього протектора; воно не повинно розчинятися при впливі води, яка утворюється шляхом конденсації внаслідок досягнення температури конденсації під час транспортування або зберігання; і воно не повинне легко розм'якшуватися при високій температурі, що перевищує 40"с.

У переважному варіанті здійснення даного винаходу тверде протикорозійне покриття, яке може забезпечувати дані властивості, виготовляють з композиції на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру, яка відома своєю здатністю утворювати покриття, яке має високу міцність.

Відомі полімерні композиції, що містять щонайменше мономер, олігомер та ініціатор фотополімеризації, можна використовувати як отверджуваний ультрафіолетовим випромінюванням полімер. Не існує певних обмежень відносно компонентів або композиції отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру при тій умові, що відбувається реакція фотополімеризації під дією опромінення ультрафіолетовим світлом з утворенням отвердженого покриття.

Деякі необмежувальні приклади мономерів являють собою складні поліефіри (ди-, три- або вищі) багатоатомних спиртів і (мет)акрилової кислоти, різноманітні (мет)акрилати, М-вінілпіролідон, М- вінілкаплолактам і стирол. Деякі необмежувальні приклади олігомерів являють собою епоксидні (мет)акрилати, уретанові (мет)акрилати, важкополіефірні (мет)акрилати, простополіефірні (мет)акрилати і кремнієорганічні (мет)акрилати.

Корисні ініціатори фотополімеризації являють собою сполуки, що мають поглинання в діапазоні довжин хвиль від 260 до 450 нм, прикладами яких є бензоїн і його похідні, бензофенон і його похідні, ацетофенон і його похідні, кетон Міхлера (Міспіег), бензил і його похідні, тетраалкілтіурамоносульфіди і тіоксани.

Особливо переважно використовувати тіоксани.

Беручи до уваги міцність покриття і властивості ковзання, тверде протикорозійне покриття, виготовлене з отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру, може містити добавки, вибрані з мастильних матеріалів, волокнистих наповнювачів, і протикорозійних речовин, які містяться в покритті.

Приклади мастильного матеріалу являють собою карбоксилати металів, такі як стеарат кальцію і стеарат цинку, а також полімер політетрафторетилен (РТЕЕ). Приклад волокнистого наповнювача являє собою голчатий карбонат кальцію, такий як М/пізКа!, що продається фірмою Магцо Саїсіпт Со., Ца. Одну або більше з цих добавок можна вводити в кількості, що становить від 0,05 до 0,35 мас. ч. відносно 1 мас. ч. отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру. Якщо дана кількість становить менше ніж 0,05 мас. ч., міцність покриття іноді виявляється недостатньою. З іншого боку, якщо кількість перевищує 0,35 мас. ч., в'язкість покривної композиції стає високою, і зменшується легкість нанесення покриття, а також це іноді приводить до зменшення міцності покриття.

Приклади протикорозійної речовини являють собою триполіфосфат алюмінію і фосфіт алюмінію.

Протикорозійну речовину можна вводити в кількості, що становить аж до 0,10 мас. ч. відносно 1 мас. ч. отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру. Тверде протикорозійне покриття, виготовлене з отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру часто є прозорим. З точки зору спрощення перевірки якості (наприклад, перевірки присутності або відсутності покриття або однорідності або неоднорідності товщини покриття) шляхом візуального спостереження або шляхом обробки зображення твердого протикорозійного покриття, що виготовляється, тверде протикорозійне покриття може містити фарбувальну речовину. Як використовувані фарбувальні речовини можна вибирати пігменти, барвники і флуоресцентні матеріали. Флуоресцентні матеріали іноді не надають забарвлення покриттю у видимому світлі, але вони надають забарвлення покриттю щонайменше в ультрафіолетовому світлі. Таким чином, їх використовують як фарбувальні речовини в даному винаході. Ці фарбувальні речовини можуть являти собою речовини, що є в продажу, і в даному відношенні не існує певних обмежень при тій умові, що перевірка якості твердого протикорозійного покриття є можливою шляхом візуального спостереження або обробки зображення. Можна використовувати як органічні, так і неорганічні фарбувальні речовини.

Прозорість твердого протикорозійного покриття зменшується або зникає при додаванні пігменту. Якщо тверде протикорозійне покриття стає непрозорим, стає ускладненою перевірка відносно пошкодження різі ніпеля, який утворює підкладку. Відповідно, коли використовують пігмент, переважним є пігмент, що має високу міру яскравості, такої як жовтий або білий пігмент. З точки зору запобігання корозії, діаметр частинок пігменту переважно є гранично малим, наскільки це можливо, і переважно використовувати пігмент, у якого середній діаметр частинок становить не більше ніж 5 мкм. Барвники не зменшують значною мірою прозорість твердого протикорозійного покриття, таким чином, відсутні проблеми при використанні барвника, що має інтенсивний колір, такий як червоний або синій. Максимальна кількість пігменту, що додається або барвника становить переважно 0,05 мас. ч. відносно 1 мас. ч. отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру. Якщо дана кількість перевищує 0,05 мас. ч., корозійна стійкість може зменшуватися. Більш переважна кількість, що додається становить не більше ніж 0,02 мас. ч.

Флуоресцентний матеріал може являти собою будь-який флуоресцентний пігмент, флуоресцентний барвник і люмінофор, що використовується у флуоресцентній фарбі. Флуоресцентні пігменти приблизно розділяють на категорії неорганічних флуоресцентних пігментів і флуоресцентні пігменти для денного світла.

Приклади неорганічних флуоресцентних пігментів являють собою пігменти на основі сульфіду цинку або подвійного сульфіду цинку і кадмію (що містять металевий активатор), галогеновані фосфати кальцію, активовані рідкоземельними елементами стронцієві хлорапатити і т. п. Часто можна використовувати в поєднанні два або більше даних матеріалів. Неорганічні флуоресцентні пігменти мають чудову стійкість до погодних умов і нагрівання.

Існують декілька типів флуоресцентних пігментів для денного світла, але основні типи являють собою типи твердих розчинів синтетичних полімерів, в яких флуоресцентний барвник вводять в безбарвний синтетичний полімер для одержання пігменту. Флуоресцентні барвники можна також використовувати і в чистому вигляді. Різноманітні типи неорганічних або органічних флуоресцентних пігментів і, зокрема, типи твердих розчинів синтетичних полімерів використовують у флуоресцентних фарбах і флуоресцентних друкарських фарбах, і дані люмінофори (флуоресцентні матеріали) можна використовувати як флуоресцентні пігменти або флуоресцентні барвники.

Тверде протикорозійне покриття, що містить флуоресцентний пігмент або барвник, є безбарвним або має прозорий колір у видимому світлі Однак при опроміненні інфрачервоним світлом або ультрафіолетовим світлом воно флуоресціює і стає кольоровим, і тоді виявляється можливим визначення присутності або відсутності покриття або визначення однорідності або неоднорідності товщини покриття.

Оскільки покриття є прозорим у видимому світлі, можна візуально спостерігати підкладку, що знаходиться під твердим протикорозійним покриттям, а саме, поверхню цієї підкладки. Відповідно, тверде протикорозійне покриття не перешкоджає візуальній перевірці відносно пошкодження різі нарізного з'єднання.

Кількість даних флуоресцентних матеріалів, яка додається, становить переважно аж до приблизно 0,05 мас. ч. відносно 1 мас. ч. отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру. Якщо кількість, яка додається, перевищує 0,05 мас. ч., корозійна стійкість може зменшуватися. Більш переважна кількість, яка додається, становить не більше ніж 0,02 мас. ч.

Щоб зробити можливим здійснення контролю якості не тільки твердого протикорозійного покриття, але також і різі яка лежить нижче, переважно використовувати флуоресцентний матеріал і, зокрема, флуоресцентний пігмент як фарбувальну речовину.

Після нанесення композиції на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру (в тому числі композиції, що складається, в основному, з компонентів отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру) на контактну поверхню нарізного з'єднання, покриття отверджують опроміненням ультрафіолетовим світлом, щоб виготовити тверде протикорозійне покриття, що складається з шару отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру.

За рахунок повторення покриття і опромінення ультрафіолетовим світлом стає можливим виготовлення твердого протикорозійного покриття, що містить два або більше шари отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру. При використанні множини шарів протикорозійного покриття міцність покриття додатково збільшується, тверде протикорозійне покриття не руйнується навіть у випадку прикладання великого зусилля під час згвинчування нарізного з'єднання, і корозійна стійкість нарізного з'єднання додатково збільшується. Оскільки в даному винаході мастильне покриття не присутнє під твердим протикорозійним покриттям, тверде протикорозійне покриття не обов'язково повинно руйнуватися під час згвинчування нарізного з'єднання. Збереження твердого протикорозійного покриття збільшує корозійну стійкість нарізного з'єднання.

Опромінення ультрафіолетовим світлом можна здійснювати, використовуючи пристрій, що є в продажу, для опромінення ультрафіолетовим світлом, у якого вихідна довжина хвилі знаходиться в діапазоні від 200 до 450 нм. Приклади джерела ультрафіолетового світла являють собою ртутні лампи високого тиску, ртутні лампи ультрависокого тиску, ксенонові лампи, дугові вугільні лампи, металогалогенідні лампи і сонячне світло. Тривалість часу, протягом якого здійснюють опромінення, і потужність опромінюючого ультрафіолетового світла може належним чином встановлювати фахівець в даній галузі техніки.

Товщина твердого протикорозійного покриття (сумарна товщина покриття у випадку двох або більше шарів отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру) становить переважно від 5 до 50 мкм і переважніше від 10 до 40 мкм. Вона переважно є меншою, ніж товщина твердого мастильного покриття, виготовленого на протилежній деталі. Якщо товщина твердого протикорозійного покриття є надмірно малою, воно не функціонує в достатній мірі як протикорозійне покриття, і корозійна стійкість нарізного з'єднання труб може виявлятися недостатньою. З іншого боку, якщо товщина твердого протикорозійного покриття перевищує 50 мкм, коли захисну деталь, таку як протектор, що має високу газонепроникність, встановлюють на кінець нафтопромислового трубного виробу, тверде протикорозійне покриття може руйнуватися зусиллям, що прикладається під час установки протектора, і корозійна стійкість нарізного з'єднання труб стає недостатньою. Крім того, в цьому випадку порошок, що утворюється при стиранні, викидається в довкілля, і погіршується стан оточуючого середовища підприємства. Більше того, тверде протикорозійне покриття, у якого товщина перевищує товщину твердого мастильного покриття на протилежній деталі, може перешкоджати мастильній дії мастильного покриття.

Оскільки тверде протикорозійне покриття на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру є прозорим, стан підкладки можна спостерігати без видалення покриття, і різь можна перевіряти через вищезазначене покриття перед згвинчуванням. Відповідно, за допомогою виготовлення цього твердого протикорозійного покриття на контактній поверхні ніпеля, різь якого знаходиться на його зовнішній поверхні і, отже, схильна до пошкодження в більшій мірі, ніж різь муфти, стає можливим легко перевіряти різь ніпеля на наявність пошкоджень, залишаючи при цьому покриття на своєму місці.

Підготовча поверхнева обробка

Різь і ущільнювальні частини ніпеля і муфти, які складають контактні поверхні нарізного з'єднання труб, виготовляють за допомогою операцій різання, які включають нарізання різі. Як правило, їх поверхнева шорсткість становить приблизно від З до 5 мкм. Якщо поверхнева шорсткість контактних поверхонь перевищує даний рівень, адгезія утвореного зверху них покриття може збільшуватися, і в результаті цього можуть поліпшуватися експлуатаційні характеристики, такі як стійкість до заклинювання і корозійна стійкість. Таким чином, перед виготовленням покриття підготовчу поверхневу обробку, яка здатна збільшувати поверхневу шорсткість, переважно здійснюють на контактній поверхні щонайменше однієї деталі і переважно обох деталей (ніпеля і муфти).

Приклади такої підготовчої обробки являють собою струминну обробку при впливі матеріалу для струминної обробки, такого як сферичний дріб або кутасті піщинки, і травлення зануренням в розчин сильної кислоти, такий як сірчана кислота, хлористоводнева кислота, азотна кислота або фтористоводнева кислота, для надання поверхневої шорсткості. Ці види обробки здатні збільшувати поверхневу шорсткість самої підкладки.

Приклади іншого типу підготовчої поверхневої обробки являють собою хімічну конверсійну обробку, таку як фосфатна обробка, оксалатна обробка або боратна обробка, а також нанесення електролітичного покриття з металу. Цими способами виготовляють грунтувальний шар, що має велику поверхневу шорсткість і високу адгезію на поверхні підкладки. Хімічне конверсійне покриття, виготовлене шляхом хімічної конверсійної обробки, складається з голчатих кристалів, що мають велику поверхневу шорсткість.

Приклади нанесення електролітичного покриття з металів являє собою нанесення електролітичного покриття з міді, заліза або їх сплавів (переважно покриваються виступи, в результаті чого поверхня стає трохи шорсткішою); розпилювальне нанесення покриття з цинку або цинкового сплаву, в якому виступають частинки, що мають залізну серцевину і покриті цинком або сплавом цинку і заліза, з використанням відцентрової сили або тиску повітря, і таким способом виготовляють пористе металеве покриття в процесі осадження частинок цинку або сплаву цинку і заліза; і нанесення композитного металевого електролітичного покриття, в якому дисперговані найдрібніші тверді частинки.

Незалежно від способу підготовчої поверхневої обробки, який використовують для контактних поверхонь, поверхнева шорсткість Ктах в результаті створення поверхневої шорсткості шляхом підготовчої поверхневої обробки становить переважно від 5 до 40 мкм. Якщо Ктах становить менше ніж 5 мкм, адгезія мастильного або протикорозійного покриття, яке наносять зверху шорсткої поверхні, може виявитися недостатньою. З іншого боку, якщо Ктах перевищує 40 мкм, тертя збільшується, і покриття може виявитися нездатним витримувати сили зсуву і сили стиснення і може легко руйнуватися або відшаровуватися при впливі на нього високого тиску затягнення. Можна використовувати в поєднанні два або більше типи підготовчої поверхневої обробки для створення поверхневої шорсткості. Крім того, для ніпеля і муфти можна здійснювати різні типи підготовчої поверхневої обробки.

З точки зору адгезії твердого протикорозійного покриття або твердого мастильного покриття, переважною є підготовча поверхнева обробка, за допомогою якої можна виготовляти пористе покриття.

Зокрема, фосфатна обробка, що використовує фосфат марганцю, фосфат цинку, подвійний фосфат заліза і марганцю або подвійний фосфат цинку і кальцію, або розпилювальне нанесення покриття для виготовлення покриття з цинку або сплаву цинку і заліза є переважною як підготовча поверхнева обробка. З точки зору адгезії нанесеного зверху нього покриття, що містить фосфат марганцю, покриття є переважним, і з точки зору корозійної стійкості, можна чекати, що переважним є покриття, яке містить цинк або сплав цинку і заліза, що має ефект жертвенної корозії зумовлений цинком.

Хімічна конверсійна обробка фосфатом марганцю є особливо переважна як підготовча поверхнева обробка для твердого мастильного покриття, і хімічна конверсійна обробка фосфатом цинку і нанесення покриття з цинку або сплаву цинку і заліза шляхом розпилення є особливо переважними як підготовча поверхнева обробка для твердого протикорозійного покриття.

Покриття, виготовлене фосфатною обробкою, і покриття, що містить цинк або сплав цинку і заліза, виготовлене розпилювальним способом, являють собою пористі покриття. За рахунок утворення твердого протикорозійного покриття або твердого мастильного покриття зверху вказаного пористого покриття адгезія верхнього покриття збільшується внаслідок так званого анкерного ефекту нижнього пористого покриття. У результаті стає ускладненим виникнення відшарування твердого мастильного покриття або твердого протикорозійного покриття, навіть якщо повторюють згвинчування і розгвинчування, і додатково підвищуються стійкість до заклинювання, газонепроникність і корозійну стійкість.

Фосфатну обробку можна здійснювати, використовуючи занурення або розпилення традиційним способом. Можна використовувати кислий фосфатний розчин, який звичайно використовують для оцинкованих сталевих матеріалів. Наприклад, можна використовувати розчин фосфату цинку, що містить від 1 до 150 г/л фосфату-іонів, від З до 70 г/л іонів цинку, від 1 до 100 г/л нітрату-іонів і від О до 30 г/л іонів нікелю. Можна також використовувати розчин фосфату марганцю, який звичайно використовують для нарізних з'єднань. Температура розчину може становити від кімнатної температури до 100"С, і тривалість обробки може становити аж до 15 хвилин залежно від бажаної товщини покриття. Щоб прискорити утворення покриття, водний розчин для обробки поверхні, який містить колоїдний титан, можна наносити перед фосфатною обробкою на поверхню, що підлягає обробці. Після фосфатної обробки переважно здійснюють промивання холодною або теплою водою, а потім висушування.

Розпилювальне нанесення покриття можна здійснювати механічним нанесенням покриття, в якому частинки розпилюють на матеріал, що покривається, розташоване всередині обертового барабана або струминним нанесенням покриття, в якому частинки розпилюють на матеріал, що покривається, використовуючи пристрій для струминної обробки. У даному винаході, оскільки достатньо покривати тільки контактну поверхню нарізного з'єднання, переважно використовувати струминне нанесення покриття, яке можна здійснювати локалізованим нанесенням покриття.

Наприклад, матеріал для струминної обробки в формі частинок, що мають залізну серцевину, покриту цинком або цинковим сплавом (таким як сплав цинку і заліза), спрямовують на контактну поверхню, що підлягає покриттю. Вміст цинку або цинкового сплаву в частинках становить переважно від 20 до 60 мас.9о,

і діаметр частинок становить переважно від 0,2 до 1,5 мм. Струминна обробка частинками примушує тільки цинк або цинковий сплав, який являє собою покривний шар частинок, прикріплюватися до контактної поверхні, і пористе покриття, що складається з частинок цинку або цинкового сплаву, утворюється на контактній поверхні. Використовуючи розпилювальне нанесення покриття, можна виготовляти покриття, що має хорошу адгезію до сталевої поверхні, незалежно від складу сталі.

Беручи до уваги як корозійну стійкість, так і адгезію, товщина шару з цинку або цинкового сплаву, що утворюється шляхом розпилювального нанесення покриття, становить переважно від 5 до 40 мкм. Якщо вона становить менше ніж 5 мкм, неможливо одержати достатню корозійну стійкість, в той час як якщо вона перевищує 40 мкм, це може приводити до зменшення адгезії утворюваного мастильного покриття.

Аналогічним чином, товщина фосфатного покриття становить переважно від 5 до 40 мкм.

Наступний можливий тип підготовчої поверхневої обробки являє собою певний тип електролітичного нанесення одношарового або багатошарового покриття, який є ефективним для збільшення стійкості до заклинювання при використанні у виготовленні підкладки для твердого мастильного покриття, хоча він не створює ефект поверхневої шорсткості. Приклади такого нанесення електролітичного покриття являють собою нанесення одношарового електролітичного покриття Си, Зп, або Мі, нанесення одношарового електролітичного покриття сплаву Си і Зп, як описано в японському патенті УР 2003-74763 А, нанесення двошарового електролітичного покриття, що включає шар Си і шар 5п, і нанесення тришарового електролітичного покриття, що включає шар Мі, шар Си і шар Зп. Нанесення електролітичного покриття сплаву Си і 5п, нанесення двошарового електролітичного покриття, що включає шар Си і шар 5п, |і нанесення тришарового електролітичного покриття, що включає шар Мі, шар Си і шар 5п є переважними для сталевої труби, виготовленої зі сталі, в якій вміст Ст становить щонайменше 595. Більш переважними є нанесення двошарового електролітичного покриття, що включає шар Си і шар Зп, нанесення тришарового електролітичного покриття, що включає шар Мі, шар Си і шар 5п, і нанесення електролітичного покриття сплаву Си, Зп і 2п. Таке нанесення електролітичного покриття металу або сплаву можна здійснювати способами, описаними в японському патенті УР 2003-74763 А. У випадку нанесення багатошарового електролітичного покриття найбільш нижній шар (звичайно Мі) переважно являє собою гранично тонкий з нанесених шарів, його товщина становить менше ніж 1 мкм, і його одержують, використовуючи так зване ударне нанесення електролітичного покриття. Товщина нанесеного покриття (сумарна товщина у випадку нанесення багатошарового покриття) становить переважно від 5 до 15 мкм.

Приклади

Нижче будуть описані приклади даного винаходу. Однак даний винахід не обмежений даними прикладами. У прикладах контактна поверхня ніпеля називається поверхнею ніпеля, і контактна поверхня муфти називається поверхнею муфти. Якщо не визначені інші умови, проценти і частини в прикладах позначають масові процентні частки і масові частини, відповідно.

Приклад 1

Поверхню ніпеля і поверхню муфти нарізного з'єднання труб (зовнішній діаметр 17,78 см (7 дюймів), товщина стінки 1,036 см (0,408 дюйма)), виготовлених з вуглецевої сталі (С: 0,2195, 5і: 02590, Мп: 1,195, Р: 00290, 5: 0,0195, Си: 0,04905, Мі: 0,0695, Сг 0,1795, Мо: 0,0495, інша маса: залізо і домішки) піддавали наступній підготовчій поверхневій обробці.

Поверхню ніпеля, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила 3 мкм), витримували протягом 10 хвилин в розчині фосфату цинку при температурі від 75 до 85"С, щоб одержати покриття, яке містить фосфат цинку , що має товщину 8 мкм (поверхнева шорсткість становила 8 мкм).

Поверхня муфти, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм) витримували протягом 10 хвилин в розчині фосфату марганцю при температурі від 80 до 95"С, щоб одержати покриття, яке містить фосфат, що має товщину 12 мкм (поверхнева шорсткість становила 10

МКМ).

Композицію для виготовлення твердого мастильного покриття, що має описаний нижче склад, нагрівали до 160"С в резервуарі, обладнаному перемішуючим механізмом, щоб перевести її в розплавлений стан, що має в'язкість, придатну для покриття, і поверхню ніпеля і поверхню муфти, які були піддані описаній вище підготовчій поверхневій обробці підігрівали до 130"С, використовуючи індукційне нагрівання. Композиція, яка утворює тверде мастильне покриття, в якій матричний полімер знаходиться в розплавленому стані, розпилювали на обидві поверхні (поверхню ніпеля і поверхню муфти), використовуючи розбризкувач, що має розпилювальну головку з функцією підтримки температури. Після охолоджування одержували тверде мастильне покриття, що має товщину 50 мкм.

Склад композиції, яка утворює мастильне покриття

Термопластична полімерна матриця 21,595 поліолефінового полімеру (НМ321 від Сетедіпе Со. Ца., температура розм'якшування 1307С), 21,595 співполімеру етилену і вінілацетату (НМ221 від Сетедіпе Со., Ца., температура розм'якшування 1057С),і 4295 низькомолекулярного поліолефіну (21 ОР від Міїзці Спетіса!5, Іпс., температура розм'якшування 12375).

Акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки 1095 Спаїїпе А-1705 (Мізвіп Спетісаї! Іпдивігу Со., Ца., середній діаметр частинок 30 мкм).

Твердий мастильний матеріал 595 аморфного графіту (Віце Р від Мірроп ОСгарпйе Іпдивхігіе5, Ца., середній діаметр частинок 7 мкм).

Випробування на повторне згвинчування і розгвинчування здійснювали аж до 10 разів на нарізному з'єднанні труб, обробленому як указано вище (швидкість згвинчування становила 10 об/хв, і крутний момент згвинчування становив 20 кН:м) при кімнатній температурі (приблизно 20"С) і при приблизно -407"С шляхом охолоджування периферії нарізного з'єднання твердим діоксидом вуглецю. Досліджували відносний крутний момент з'єднання виступу і відносний крутний момент розгвинчування в першому циклі (вони являли собою відповідні значення відносно крутного моменту з'єднання виступу і крутного моменту розгвинчування під час згвинчування при використанні композитного мастила, значення яких прийняті такими, що дорівнюють 100), адгезію твердого мастильного покриття (яку визначали по наявності відшарування або розтріскування покриття при впливі кожної температури і за станом покриття після першого циклу згвинчування і розгвинчування), і стан заклинювання контактних поверхонь ніпеля і муфти після повторного згвинчування (число разів можливого здійснення згвинчування без виникнення заклинювання становило аж до максимального (10 разів); коли виникало легке заклинювання, яке може бути усунуте, здійснювали ремонт, і продовжували згвинчування). Результати представлені в таблиці 1.

Як представлено в таблиці 1, в порівняльному прикладі 1, в якому тверде мастильне покриття не містило описані вище акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, відносний крутний момент при - 40"С був гранично високим, в той час як в прикладі 1, в якому тверде мастильне покриття містило описані вище співполімерні частинки, рівень крутного моменту був приблизно таким же, як при використанні композитного мастила, як при кімнатній температурі, так і при -40"С. Покриття також мало хорошу адгезію.

Не спостерігалося виникнення заклинювання, і згвинчування і розгвинчування можна було здійснювати 10 разів.

Приклад 2

Поверхню ніпеля і поверхню муфти одного нарізного з'єднання труб, виготовлених з такої ж вуглецевої сталі, яку використовували в прикладі 1, піддавали наступній поверхневій обробці.

Поверхню ніпеля, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила 3 мкм), витримували протягом 10 хвилин в розчині фосфату цинку при температурі від 75 до 85"С, щоб одержати покриття, яке містить фосфат цинку, що має товщину 8 мкм (поверхнева шорсткість становила 8 мкм).

Отверджувані ультрафіолетовим випромінюванням полімерні покривні композиції, виготовлені додаванням 0,05 мас. ч. фосфіту алюмінію як протикорозійної речовини і 0,01 мас. ч. поліетиленового воску як мастильного матеріалу до 1 мас. ч. полімеру, що міститься в фарбі на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням акрилового полімеру, виготовленого фірмою СпидоКки Магіпе Раїпі5

Ца., наносили зверху покритої фосфатом цинку поверхні ніпеля і опромінювали ультрафіолетовим світлом в наступних умовах для тверднення покриття і виготовлення отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімерного покриття, що має товщину 25 мкм, на поверхні ніпеля. Одержане в результаті тверде протикорозійне покриття було безбарвним і прозорим, і зовнішню різь ніпеля можна було спостерігати неозброєним оком або за допомогою збільшувального скла з верхньої сторони покриття.

Ультрафіолетова лампа: ртутна лампа, що охолоджується водою, вихідна потужність ультрафіолетової лампи: 4 кВт, довжина хвилі ультрафіолетового світла: 260 нм.

На поверхню муфти, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм) наносили електролітичне покриття, включаючи спочатку ударне нікелювання і потім нанесення сплаву

Си, п і 7п, щоб одержати покриття, що має сумарну товщину 8 мкм. Композицію, яка утворює мастильне покриття, що має наступний склад, нагрівали до 160"С в резервуарі, обладнаному перемішуючим механізмом, щоб одержати розплавлений стан з в'язкістю, придатною для покриття. Після того, як поверхню муфти, яку піддавали описаній вище підготовчій поверхневій обробці, підігрівали до 130"С, використовуючи індукційне нагрівання, розплавлену композицію для виготовлення твердого мастильного покриття наносили на підігріту поверхню муфти, використовуючи розбризкувач, що має розпилювальну головку з підтримуючим температуру механізмом. Після охолоджування тверде мастильне покриття, що має товщину 50 мкм, отримували на поверхні муфти.

Склад композиції, що утворює мастильне покриття

Термопластична полімерна матриця 22,596 поліолефінового полімеру (НМ321 від Сетедіпе Со., Ц4., температура розм'якшування 130"), 22,590 співполімеру етилену і вінілацетату (НМ221 від Сетедіпе Со., Ца., температура розм'якшування 105750), 4595 низькомолекулярного поліолефіну (21 ОР від Міїзці Спетіса!5, Іпс., температура плавлення 123"С)

Акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки

Боб СПаїйїпе 8-1705 (Міззіп Спетіса! Іпаивігу Со., ЦЧа., середній діаметр частинок 30 мкм);

Твердий мастильний матеріал

Бо аморфного графіту (Віне Р від Мірроп Графить Іпаивігіе5, Ца., середній діаметр частинок 7 мкм).

Випробування на повторне згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання труб здійснювали при кімнатній температурі і при приблизно -40"С таким же способом, як в прикладі 1. Як представлено в таблиці 1, в порівняльному прикладі 1, в якому тверде мастильне покриття не містило акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, відносний крутний момент при -40"С був гранично високим, в той час як в прикладі 2, в якому тверде мастильне покриття містило акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, рівень крутного моменту був приблизно таким же, як при використанні композитного мастила, як при кімнатній температурі, так і при -40"С. Покриття мало хорошу адгезію. Крім того, не спостерігалося виникнення заклинювання, і згвинчування і розгвинчування можна було здійснювати 10 разів.

Приклад З

Поверхню ніпеля і поверхню муфти нарізного з'єднання труб (зовнішній діаметр 24,448 см (95/85 дюймів), товщина стінки 1,105 см (0,435 дюйма)), виготовлених зі сталі, яка містить 1395 хрому (С: 0,19965, 51: 02595, Мп: 0,995, Р: 0,02905, 5: 0,0195, Си: 0,04905, Мі: 0,1195, Сг: 1395, Мо: 0,04905, інша маса: залізо і домішки), яка є більш чутливою до заклинювання, ніж вуглецева сталь, піддавали наступній поверхневій обробці.

На поверхню ніпеля, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм), отверджувану ультрафіолетовим випромінюванням полімерну покривну композицію, виготовлену додаванням 0,05 мас. ч. триполіфосфату алюмінію як протикорозійну речовину, 0,01 мас. ч. поліетиленового воску як мастильний матеріал, і 0,003 мас. ч. рлуоресцентного пігменту до 1 мас. ч. вмісту полімеру в фарбі на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням акрилового полімеру, виготовленої СпидоКи Магіпе Раїпі5 Ца., наносили і опромінювали ультрафіолетовим світлом в наступних умовах для тверднення і утворення отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімерного покриття, що має товщину приблизно 25 мкм. Одержане в результаті тверде протикорозійне покриття було безбарвним і прозорим, і зовнішню різь ніпеля можна було спостерігати неозброєним оком або за допомогою збільшувального скла з верхньої сторони покриття.

Ультрафіолетова лампа: ртутна лампа, що охолоджується водою, вихідна потужність ультрафіолетової лампи: 4 кВт, довжина хвилі ультрафіолетового світла: 260 нм.

На поверхню муфти, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм) наносили електролітичне покриття, включаючи спочатку ударне нікелювання і потім нанесення сплаву

Си, бп і 7п, щоб одержати покриття, що має сумарну товщину 8 мкм. Композицію, що утворює мастильне покриття, яка має описаний нижче склад, потім нагрівали до 160"С в резервуарі, обладнаному перемішуючим механізмом, щоб перетворити композицію в розплавлений матричний матеріал з в'язкістю, придатною для покриття. Поверхню муфти, яку піддавали підготовчій поверхневій обробці описаним вище способом, підігрівали до 150"С, використовуючи індукційне нагрівання, і потім розплавлену композицію для виготовлення твердого мастильного покриття наносили на підігріту поверхню муфти, використовуючи розбризкувач, що має розпилювальну головку з підтримуючим температуру механізмом. Після охолоджування одержували тверде мастильне покриття, що має товщину 100 мкм.

Склад композиції, що утворює мастильне покриття

Термопластична полімерна матриця 2096 поліолефінового полімеру (НМ321 від Сетедіпе Со., Ца., температура розм'якшування 130"), 2095 співполімеру етилену і вінілацетату (НМ221 від Сетедіпе Со., Ца., температура розм'якшування 105750), 4095 низькомолекулярного поліолефіну (210 Р від Міїзці Спетіса!5, Іпс., температура плавлення 1237С);

Акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки 1095 Спаіїпев-1705 (Міззіп Спетісаї! Іпдивігу Со., Ца., середній діаметр частинок 30 мкм)

Твердий мастильний матеріал 595 аморфного графіту (Віце Р від Мірроп Графить Іпаизігез, Ца., середній діаметр частинок 7 мкм);

Протикорозійна речовина 595 діоксиду кремнію з одержаними обміном іонами кальцію (Зуїузіа 52МОо від Еції 5йувіа Спетіса!, Ца.).

Випробування на повторне згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання труб здійснювали при кімнатній температурі і при приблизно -40"С таким же способом, як в прикладі 1. Як представлено в таблиці 1, в порівняльному прикладі 1, в якому тверде мастильне покриття не містило акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, відносний крутний момент при -40"С був гранично високим, в той час як в прикладі

З, в якому тверде мастильне покриття містило акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, крутний момент рівень був приблизно однаковим, коли використовували композитне мастило при кімнатній температурі і при -40"С. Покриття мало хорошу адгезію. Крім того, не спостерігалося виникнення заклинювання, і згвинчування і розгвинчування можна було здійснювати 10 разів.

Властивості захисту від корозії, які є необхідними для нарізного з'єднання труб, оцінювали, виготовляючи таке ж тверде мастильне покриття, яке виготовляли в прикладах 1-3, на поверхні муфти, використовуючи окремо виготовлену смужку досліджуваного зразка з такої ж сталі (7/0 мм х 150 мм х товщина 2 мм) і піддаючи кожний досліджуваний зразок випробуванню на корозійну стійкість у вологій камері (температура 50"С, відносна вологість 9895, тривалість 200 годин). У результаті було підтверджено, що було відсутнє виникнення іржі в будь-якому з прикладів 1-3.

Порівняльний приклад 1

Поверхню ніпеля і поверхню муфти того ж нарізного з'єднання труб, виготовлених з вуглецевої сталі, які використовували в прикладі 1, піддавали наступній поверхневій обробці.

Поверхню ніпеля, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила 3 мкм), витримували протягом 10 хвилин в розчині фосфату цинку при температурі від 75 до 85"С, щоб одержати покриття, яке містить фосфат цинку, що має товщину 8 мкм (поверхнева шорсткість становила 8 мкм).

Отверджувану ультрафіолетовим випромінюванням полімерну покривну композицію, одержану додаванням 0,05 мас. ч. фосфіту алюмінію як протикорозійної речовини і 0,01 мас. ч. поліетиленового воску як мастильного матеріалу до 1 мас. ч. вмісту полімеру в фарбі на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням акрилового полімеру, виготовленої СпидоКки Магіпе Раїпі, Ца., наносили зверху покриття, яке містить фосфат цинку, і опромінювали ультрафіолетовим світлом в наступних умовах для тверднення покриття і одержання отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімерного покриття, що має товщину 25 мкм на поверхні ніпеля. Одержане в результаті тверде протикорозійне покриття було безбарвним і прозорим, і зовнішню різь ніпеля можна було спостерігати неозброєним оком або за допомогою збільшувального скла з верхньої сторони покриття.

Ультрафіолетова лампа: ртутна лампа, що охолоджується повітрям, вихідна потужність ультрафіолетової лампи: 4 кВт, довжина хвилі ультрафіолетового світла: 260 нм.

На поверхню муфти, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм), наносили електролітичне покриття, включаючи спочатку ударне нікелювання і потім нанесення сплаву

Си, бп і 2п, щоб одержати покриття, сумарна товщина якого становила 8 мкм. Композицію, яка утворює мастильне покриття, що має наступний склад (в якому не містилися акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки), нагрівали до 120"С всередині резервуара, обладнаного перемішуючим механізмом, щоб одержати розплавлений стан, що має в'язкість, придатну для покриття, і після того, як поверхню муфти, яку піддавали описаній вище підготовчій поверхневій обробці, підігрівали до 120"С, використовуючи індукційне нагрівання, розплавлену композицію для виготовлення твердого мастильного покриття наносили на підігріту поверхню муфти, використовуючи розбризкувач, що має розпилювальну головку з підтримуючим температуру механізмом. Після охолоджування одержували тверде мастильне покриття, що має товщину мкм.

Склад композиції, яка утворює мастильне покриття

Термопластична полімерна матриця 22,596 поліолефінового полімеру (НМ321 від Сетедіпе Со., Ц4., температура розм'якшування 130"), 22,590 співполімеру етилену і вінілацетату (НМ221 від Сетеадіпе Со., Ца., температура розм'якшування 105750), 4595 низькомолекулярного поліолефіну (210 Р від Міїзці Спетіса!5, Іпс., температура плавлення 1237С);

Твердий мастильний матеріал 595 аморфного графіту (Віце Р від Мірроп ОСгарпйе Іпдивхігіе5, Ц., середній діаметр частинок 7 мкм)

Протикорозійна речовина 595 діоксиду кремнію з одержаними обміном іонами кальцію (Зуїузіа 52МОо від Еції 5іузіа Спетісаї, (а).

Випробування на повторне згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання труб здійснювали при кімнатній температурі і при приблизно -40"С таким же способом, як в прикладі 1. Як представлено в таблиці 1, в порівняльному прикладі 1, в якому не містилися акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки, відносний крутний момент був високим в порівнянні з прикладами 1-3 навіть при 20"С, і відносний крутний момент був гранично високим при -40"С. Не було ніяких проблем відносно адгезії покриття навіть при низьких температурах, але заклинювання виникало при п'ятому згвинчуванні, і випробування припинили.

Порівняльний приклад 2

Поверхню ніпеля і поверхню муфти того ж нарізного з'єднання труб, виготовлених з вуглецевої сталі, які використовували в прикладі 1, піддавали наступній поверхневій обробці.

Поверхню ніпеля, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм), витримували протягом 10 хвилин в розчині фосфату цинку при температурі від 75 до 85"С, щоб одержати покриття, яке містить фосфат цинку, що має товщину 8 мкм (поверхнева шорсткість становила 8 мкм).

Отверджувану ультрафіолетовим випромінюванням полімерну покривну композицію, одержану додаванням 0,05 мас. ч. фосфіту алюмінію як протикорозійної речовини і 0,01 мас. ч. поліетиленового воску як мастильного матеріалу до 1 мас. ч. вмісту полімеру в фарбі на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням акрилового полімеру, виготовленої СпидоКки Магіпе Раїпі, Ца., наносили зверху покриття, яке містить фосфат цинку, і опромінювали ультрафіолетовим світлом в наступних умовах для тверднення покриття і виготовлення отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімерного покриття, що має товщину 25 мкм, на поверхні ніпеля. Одержане в результаті тверде протикорозійне покриття було безбарвним і прозорим, і зовнішню різь ніпеля можна було спостерігати неозброєним оком або за допомогою збільшувального скла з верхньої сторони покриття.

Ультрафіолетова лампа: ртутна лампа, що охолоджується повітрям, вихідна потужність ультрафіолетової лампи: 4 кВт, довжина хвилі ультрафіолетового світла: 260 нм.

На поверхню муфти, яку обробляли механічним шліфуванням (поверхнева шорсткість становила З мкм), наносили електролітичне покриття, включаючи спочатку ударне нікелювання і потім нанесення сплаву

Си, бп і 2п, щоб одержати покриття, сумарна товщина якого становила 8 мкм. Композицію, яка утворює мастильне покриття, яка має наступний склад, нагрівали до 120"С всередині резервуара, обладнаного перемішуючим механізмом, щоб одержати розплавлений стан, що має в'язкість, придатну для покриття, і після того, як поверхню муфти, яку піддавали описаній вище підготовчій поверхневій обробці, підігрівали до 120"С, використовуючи індукційне нагрівання, розплавлену композицію для виготовлення твердого мастильного покриття наносили на підігріту поверхню муфти, використовуючи розбризкувач, що має розпилювальну головку з підтримуючим температуру механізмом. Після охолоджування одержували тверде мастильне покриття, що має товщину 50 мкм.

Склад композиції, яка утворює мастильне покриття 996 поліетиленового гомополімеру (Гісожах "м РЕ 520 від СіІагіапі Согрогайоп), 1595 карнаубського воску, 15965 стеарату цинку, 590 рідкого поліалкілметакрилату (мМізсоріех"мМ 6-950 від Копіттах Согрогаїоп), 4090 інгібітору корозії (МА-5И тм Салл/1935 від Кіпд Іпацвігіез Іпс.), 3,596 фторованого графіту, 196 оксиду цинку, 5905 діоксиду титану, 590 триоксиду вісмуту, 195 частинок кремнієорганічного полімеру (КМР-590 від Міззіп Спетіса! Іпаизігу Со., Ца., середній діаметр частинок 2 мкм),

Антиоксидант (виробник Сіра-Сеїду Согрогайоп) 0,395 Ігаапох "МІ 150, 0,295 Ігдаато5 7м168.

Випробування на повторне згвинчування і розгвинчування нарізного з'єднання труб здійснювали при кімнатній температурі і при приблизно -40"С таким же способом, як в прикладі 1. Як представлено в таблиці 1, відносний крутний момент при -40"С в порівняльному прикладі 2, в якому тверде мастильне покриття традиційного типу гарячого розплаву наносили на поверхню муфти, був приблизно в З рази вищий, ніж в прикладах 1-3. Крім того, відшарування покриття спостерігали при -40"Сб. В ході випробування заклинювання розвивалося при шостому згвинчуванні; таким чином, випробування припинили.

Таблиця

Відносний крутний | Відносний крутний

Число циклів без момент момент Адгезія мастильного заклинювання згвинчування в розгвинчування в покриття першому циклі першому циклі

Приклад 2

Приклад3 | 10 | 710 | 97 | 703 | 100 | 98 | Задов. | Задов. приклад 1

Порівн. Значне

Даний винахід роз'яснений вище відносно варіантів здійснення, які вважаються переважними в даний час, але даний винахід не обмежено описаними вище варіантами здійснення. Можливі й інші варіанти, які не суперечать ідеї даного винаходу, згідно з тлумаченням формули винаходу і загального опису, і нарізне з'єднання, яке включає такі варіанти, потрібно розуміти як таке, що входить в технічний об'єм даного винаходу.

Виступ Внетуй , Ущільнення " й р ! оз ВІЙ а «дм вв ай т ши с Увільнення ен ох НК Й

Муфта Нінель

Фіг.1

А а і 2)

Ї І І

Ко.

Фіг.2

Сх

В

С і

За У зе ї НІ : й Н хе

ОКО Ко КВ око Во о В В ВЕУ о о о В ВК Б Б В В Б

КК ОКХ СКК ОКХ о КОЖ ОКХ г

Я Ж КАК ХХ ХУ хе сх з

УОХКОМК О ОО ох КОКО ОО у ! У : пк Б С о СІЦ Он я я . ях У ту ї У

КО З З і Н : Ї ї х ї мо Я

З Ся за З я Ж хЕ З х ЇХ К ж тн нн м а п м в п м п В В

Сх

Щ т ААААААААААААААААААААААААА ук ні Й КВ Ї ема а НН НК М М

МОМ М М М М М М М М р . КОМ М ще Баня ОО МО ЗОМ - еВ 5 В

ОМ М М М М КК

ОО М М М М М М Є о ОО М М М М М М М М

ОМ М М М М М М М М М М М М М М

М М М ОМ М М М ку

У

85 ш ; 5

Баєтнноя у 3з- МАЛА КАЛ АА А І А А В Або су еиеяя М А М М

М М М М М М М М

ОО М М М

ПО М М М М Є ОХ

ММ М М М М М М М М

ООН М КК КК ЗО ОХ лм МОМ М М М М М М М М М І М М М М М М

КО М В В В В В В В У

МОМ М М М ММ М М М М М М М М М М о В о ВО

ІМ М п М

Ми, о Кон Ум о ж ЖИ с шріКе и в екв ВН є 5 8) Ночаткова стадія з'єдвання

УЖжеЕх г Я СУЯ З С А ,

Е, ч 4 виступу низький тиск) / у зх тт Й ки : у -

Висохов'язка мазня Свпівполімевні частинки й 4 й

У ка - Во о в о во вв

Миша НК Зк У, ОХ ге

З АК, ОКА, Тука жу С

ОМ и Ое хо ке оХ о еВ в и х : що ч це Беннжередньо цпередзнвосришеннняю зу'яничУнанвня івисокий тек)

Claims (18)

1. Нарізне з'єднання труб, що містить ніпель і муфту, кожний з яких має контактну поверхню, що включає різь і ненарізну металеву контактну частину, яке відрізняється тим, що контактна поверхня щонайменше однієї деталі, ніпеля або муфти, має термопластичне тверде мастильне покриття, нанесене як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці, причому вказане термопластичне тверде мастильне покриття містить частинки співполімеру, що включає полімер, вибраний з кремнієорганічного полімеру і фторвуглецевого полімеру, та інший термопластичний полімер, в термопластичній полімерній матриці.

2. Нарізне з'єднання труб за п. І, в якому термопластичне тверде мастильне покриття наносять на контактну поверхню однієї деталі, ніпеля або муфти, і контактна поверхня іншої деталі, ніпеля або муфти, має тверде протикорозійне покриття на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці.

3. Нарізне з'єднання труб за п. І або 2, в якому частинки співполімеру являють собою акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки.

4. Нарізне з'єднання труб за п. 3, в якому акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки являють собою сферичні частинки, що мають середній діаметр частинок від 10 до 40 мкм, 1 їх вміст в покритті становить від 0,5 до 30 мас. 90.

5. Нарізне з'єднання труб за п. 1 або 2, в якому термопластична полімерна матриця містить один або більше полімерів, вибраних з поліолефінового полімеру 1 співполімеру етилену 1 вінілацетату.

6. Нарізне з'єднання труб за п. 1 або 2, в якому термопластичне тверде мастильне покриття додатково містить твердий мастильний матеріал.

7. Нарізне з'єднання за п. 6, в якому твердий мастильний матеріал являє собою графіт.

8. Нарізне з'єднання труб за п. І або 2, в якому товщина термопластичного твердого мастильного покриття становить від 10 до 200 мкм.

9. Нарізне з'єднання труб за п. 2, в якому товщина твердого протикорозійного покриття становить від 5 до 50 мкм.

10. Нарізне з'єднання труб за п. 1 або 2, яке використовують для з'єднання нафтопромислових трубних виробів.

11. Композиція для нанесення термопластичного твердого мастильного покриття на нарізне з'єднання труб, яка відрізняється тим, що вона містить (1) термопластичний полімерний матричний матеріал 1 (2) частинки співполімеру, що містить полімер, вибраний з кремнієорганічного полімеру і фторвуглецевого полімеру, та інший термопластичний полімер.

12. Композиція за п. 11, в якій частинки співполімеру являють собою акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки.

13. Композиція за п. 12, в якій акрилові кремнієорганічні співполімерні частинки являють собою сферичні частинки, що мають середній діаметр частинок від 10 до 40 мкуи, і їх вміст становить від 0,5 до 30 95 сумарної маси твердих речовин, що містяться в композиції.

14. Композиція за будь-яким з пп. 11-13, в якій термопластичний полімерний матричний матеріал являє собою один або більше полімерів, вибраних з поліолефінового полімеру 1 співполімеру етилену і вінілацетату.

15. Композиція за будь-яким з пп. 11-14, що додатково містить твердий мастильний матеріал.

16. Композиція за п. 15, в якій твердий мастильний матеріал являє собою графіт.

17. Спосіб здійснення нарізного з'єднання труб, що має шар покриття при поверхневій обробці, причому вказане нарізне з'єднання труб містить ніпель і муфту, і кожна з цих деталей має контактну поверхню, що включає різь 1 ненарізану металеву контактну частину, який відрізняється тим, що утворюють тверде мастильне покриття як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці на контактну поверхню щонайменше однієї деталі, ніпеля або муфти, шляхом нанесення композиції за будь-яким з пп. 11-16, в якій термопластичний полімерний матричний матеріал знаходиться в розплавленому стані, з подальшим охолоджуванням.

18. Спосіб за п. 17, в якому тверде мастильне покриття наносять на контактну поверхню однієї деталі, ніпеля або муфти, і тверде протикорозійне покриття утворюють на контактній поверхні іншої деталі, ніпеля або муфти, як найбільш верхній шар покриття при поверхневій обробці шляхом нанесення композиції на основі отверджуваного ультрафіолетовим випромінюванням полімеру з подальшим опроміненням ультрафіолетовим світлом.