СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ НЕФТЯНОГО СОРТАМЕНТА Российский патент 1997 года по МПК F16J15/00 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Известен способ герметизации резьбовых соединений, который реализуется следующим образом. На внешний конец трубы наносят эпоксидную смолу, а на внутреннюю часть муфты отвердитель-аддукт, которые после соединения в процессе свинчивания вступают во взаимодействие и образуют полимеризующийся состав.

Существенным недостатком этого способа является применение эпоксидной смолы, пары которой раздражают легкие, угнетают кроветворение, увеличивают опасность возникновения злокачественных опухолей.

Технической задачей изобретения является разработка исключающего вредное воздействие на человека способа, который позволяет герметизировать резьбовые соединения труб при отрицательной температуре окружающей среды и обеспечить конкурентоспособность на мировом рынке.

Поставленная задача достигается тем, что перед соединением на наружную резьбовую поверхность трубы наносят смазку 93-99 мас. содержащую минеральное масло 32-35% бентонит 10-15% и графит остальное до 100% а на внутреннюю резьбовую поверхность муфты наносят смесь 7-1 мас. содержащую глицерин 31-33% и уплотнительную латексную пасту ЛПУ-IП остальное до 100% трубу и муфту соединяют с образованием полимеризующего состава после окончания соединения.

Испытание способа герметизации резьбовых соединений провели в трубопрокатном цехе N 1 АО "Таганрогский металлургический завод"
При изготовлении смазки использовали следующие материалы:
Масло индустриальное И-40А ГОСТ 20799-88
Бентонит группа А51, марка ПБ ОСТ 39-202-86
Графит скрытокристаллический ГОСТ 5420-74
Паста уплотнительная латексная ЛПУ-IП ТУ 38.106224-90
Глицерин ГОСТ 6259-75
При испытании способа герметизации резьбовых соединений руководствовались требованиям, указанными в Бюллетене 5А2 Американского Нефтяного института (АНИ Бюллет. 5А2, шестое издание, 31 мая 1988, одобрен Институтом Американских Национальных Стандартов 12 июля 1993).

При испытании на испарение, для образования верхнего предела содержания глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП, приготовили 4 состава:
1.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
на резьбу муфты 1,5 г 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерин 32%)
соединили вместе с образованием полимеризующего состава общей массой 50 г.

1.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 67% глицерин 33%)
соединили вместе с образованием полимеризующего состава общей массой 50 г.

1.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 66% глицерин 34%)
соединили вместе с образованием полимеризующего состава общей массой 50 г.

1.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%)
соединили вместе с образованием полимеризующего состава общей массой 50 г.

Указанные составы 1.1.-1.4 в фарфоровых чашках поместили в нагревательную печь типа WSИ 200 N 078055 и выдержали при температуре +100^oC в течение 24 часов. Затем чашки с составами разместили в сушильном шкафу, охладили и взвесили. Разница в весе составила потерю при испарении.

Результаты испытаний на испарение приведены в табл. 1. Из данных табл. 1 видно, что верхним пределом содержания глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП является 33% При содержании глицерина 34% в смеси с пастой ЛПУ-IП потери летучих материалов при испытании на испарение превышает 2% показатель, регламентированный по АНИ Бюллет. 5А2.

При испытании способности смазки к нанесению кистью на резьбу, для обоснования нижнего предела содержания глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП, приготовили 4 состава:
2.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы 388,0 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 12,0 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 70% глицерин 30%)
2.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы 388,0 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 12,0 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 69% глицерин 31%)
2.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы 388,0 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 12,0 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерин 32%)
2.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы 388,0 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфту 12,0 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%)
Указанные составы 2.1.-2.4. в фарфоровых чашках поместили в камеру охлаждения и выдержали при температуре 20^oC в течение 2 часов.

Температуру контролировали с помощью термометра N 2521881 ГОСТ 215-73 ТЛ-2. После извлечения чашек из камеры охлаждения пробы наносили с помощью кисти на образцы труб и муфт с резьбой.

Результаты испытаний способности смазки к нанесению кистью на резьбу приведены в табл. 2. Из данных табл. 2 видно, что нижним пределом содержания глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП является 31% При содержании глицерина 30% в смеси с пастой ЛПУ-IП проба смазки не обладает морозостойкостью и не наносится с помощью кисти на образцы с резьбой. Проба смазки по прототипу (латексная паста ЛПУ-IП 100%) замерзла и не была пригодна к нанесению кистью на образец с резьбой.

При испытании на маслоотделение приготовили 4 состава:
3.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 69% глицерин 31%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

3.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерина 32%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

3.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 67% глицерин 33%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

3.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

Составы 3.1. -3.4. размещали в фильтрационном конусе диаметром 38 мм, с общим углом 60^o. Конус изготовили из металлической сетки с размером отверстий в смену 0,8х0,8 мм.

В качестве опоры для конуса использованы мензурку. Конус подвешивали в мензурке таким образом, чтобы нижняя часть конуса не доходила на 15 мм до дна мензурки.

Фильтрационный конус последовательно с составами 3.1-3.4, с мензуркой поместили в нагревательную печь WSИ 200 N 078055 и выдержали при температуре +70^oC в течение 24 часов. По потере массы определяли процент маслоотделения.

Результаты испытаний на маслоотделение приведены в табл. 3. Из данных табл. 3 видно, что все составы, содержащие 31-33% глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП, удовлетворяют требованиям АНИ Бюллет 5А2 на маслоотделение.

При испытании на газовыделение приготовили 4 состава:
4.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы 208,74 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 6,46 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 69% глицерина 31%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

4.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы 208,74, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 6,46 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерин 32%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

4.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы 208,74 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А-35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 6,46 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 67% глицерин 33%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

4.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы 208,74 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 6,46 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

Составы 4.1-4.4 в фарфоровых чашках поместили в нагревательную печь WSИ 200 N 078055 и выдержали при температуре +70^oC в течение 120 часов. Затем чашки с составами разместили в сушильном шкафу, охладили и взвесили. Разница в весе составила потерю при газовыделении.

Результаты испытаний на газовыделение приведены в табл. 4. Из данных табл. 4 видно, что все составы, содержащие 31-33% глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП, удовлетворяют требованиям АНИ Бюллет. 5А2 на газовыделение.

При испытании на водовыщелачивание приготовили 4 состава:
5.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 69% глицерин 31%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

5.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерин 32%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

5.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 67% глицерина 33%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

5.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

Составы 5.1. -5.4. размещены в фильтрационном конусе диаметром 38 мм, с общим углом 60^o. Конус изготовили из металлической сетки с размером отверстий в свету 0,8х0,8 мм. В качестве опоры для конуса использовали мензурку на 1000 мл.

Составы 5.1-5.4. последовательно размещали в фильтрационном конусе и промывали водой, подогретой до температуры +70^oC, в течение 2 часов.

После промывки конус с содержанием осушали при температуре +70^oC, в течение 24 часов. Разница в весе составила потерю при водовыщелачивании.

Результаты испытаний на водовыщелачивание приведены в табл. 5. Из данных табл. 5. видно, что все составы, содержащие 31-33% глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП, удовлетворяют требованиям АНИ Бюллет. 5А2 на водовыщелачивание.

Для оценки степени полимеризации (отвердевания) приготовили 4 состава:
6.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 69% глицерина 31%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

6.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерин 32%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

6.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 67% глицерин 33%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава.

6.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы 16,49 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты 0,51 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%) соединили вместе с образованием полимеризующего состава. Степень полимеризации оценивали по сопротивлению выдавливания составов 6.1-6.4 из цилиндра диметром 45 мм через калиброванное отверстие диам. 2,5 мм. Результаты испытаний на сопротивление выдавливанию приведены в табл. 6.

Из данных табл. 6 видно, что полимеризация всех составов обеспечивает существенную величину сопротивления выдавливанию от 10612 до 12550 кгс/см².

Испытание способа герметизации резьбовых соединений провели при свинчивании муфт с обсадными трубами группы прочности Л исполнения А ГОСТ 632-80
Основные размеры труб:
Условный наружный диаметр 168 мм
Толщина стенки 8,9 мм
Трапецеидальная резьба с муфтой ОТТМ.

Приготовили 4 состава:
7.1. Пробы смазки:
На резьбу трубы нанесли 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты нанесли 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 69% глицерина 31%)
Трубу и муфту соединили с образованием полимеризующего состава после окончания соединения.

7.2. Пробы смазки:
На резьбу трубы нанесли 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты нанесли 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 68% глицерин 32%)
Трубу и муфту соединили с образованием полимеризующего состава после окончания соединения.

7.3. Пробы смазки:
На резьбу трубы нанесли 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты нанесли 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 67% глицерин 33%)
Трубу и муфту соединили с образованием полимеризующего состава после окончания соединения.

7.4. Пробы смазки:
На резьбу трубы нанесли 48,5 г, 97 мас.

(масло индустриальное И-40А 35%
бентонит 10,3% графит скрытокристаллический 54,7%)
На резьбу муфты нанесли 1,5 г, 3 мас.

(латексная паста ЛПУ-IП 100%)
Трубу и муфту соединили с образованием полимеризующего состава после окончания свинчивания.

Характеристики напряженного состояния при свинчивании муфт с трубами приведены в табл. 7.

Герметичность соединений проверили на участке высокопрочных труб на прессе "Мондбарт". В качестве испытательной жидкости применяли эмульсию (эмульсол, растворенный в воде в соотношении 1:10). Время выдержки труб под давлением 10 сек. Трубы подвергали трехкратному нагружению и выдержке при максимальном давлении.

Результаты проверки герметичности соединений приведены в табл. 8. Из данных табл. 8 видно, что все составы, содержащие 31-33% глицерина в смеси с пастой ЛПУ-IП, обеспечивают герметичность при соединении труб с муфтами.

Материалы, используемые при реализации данного способа, являются экологически чистыми веществами.

Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности. Сущность изобретения: способ включает разделение нанесения компонентов на резьбовые поверхности трубы и муфты и нанесение на наружную резьбовую поверхность трубы смазки 93-99 мас. %, содержащей минеральное масло, бентонит и графит. Для обеспечения герметизации резьбовых соединений при отрицательной температуре окружающей среды перед соединением на внутреннюю резьбовую поверхность муфты наносят смесь 7-1 мас.% латексной пасты ЛПУ-IП и глицерина, при определенном соотношении компонентов мас.%. Затем трубу и муфту соединяют с образованием полимеризующего состава после окончания соединения. 8 табл.

Способ герметизации резьбовых соединений труб нефтяного сортамента, включающий раздельное нанесение компонентов на резьбовые поверхности трубы и муфты, отличающийся тем, что перед соединением на наружную резьбовую поверхность трубы наносят смазку в количестве 93 99 мас. содержащую, мас.

Минеральное масло 32 35
Бентонит 10 15
Графит Остальное
а на внутреннюю резьбовую поверхность муфты наносят смесь в количестве 1 7 мас. содержащую 31 33% глицерина, остальное до 100% уплотнительная латексная паста ЛПУ 1П, трубу и муфту соединяют с образованием полимеризующего состава после окончания соединения.