Уплотнительная смазка для резьбовых соединений Советский патент 1993 года по МПК C10M169/04 C10M169/04 C10M103/02 C10M103/06 C10M125/02 C10M125/04 C10M129/40 C10N30/06 

Изобретение относится к уплотнитель- ным пластичным смазкам для герметизации резьбовых соединений металлоизделий, в частности может быть использовано для герметизации резьбовых соединений обсадных, бурильных и насосно-компрессор- ных труб нефтяных и газовых скважин.

Известны уплотнительные смазки для герметизации резьбовых соединений на масляной или маслянр-силиконовой основе с мелкодисперсными наполнителями.

Недостатки этих смазок - резкое снижение их герметизирующей способности при температурах выше 80°С и очень низкие защитные свойства металла от коррозии в агрессивных водных и углеводородных средах нефтяных и газовых скважин,

За прототип принята уплотнительная смазка для резьбовых соединений Р-402, выпускаемая по ТУЗ8-101708-78 2, состоящая из дисперсионной среды, загустителя и присадок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь масла индустриального И-50А

иполисилоксановой жидкости 132-24 или ПЭС-5 (в соотношении 1:2) 24 Стеарат лития6 Стеарат алюминия 1 ГрафитП , 21 Порошок свинца ПСА 29 Порошок цинка ПЦВ 14 Медная пудра 5 Однако эта смазка обеспечивает недостаточно высокую герметизацию резьбовых соединений при температуре выше 100°С и практически не защищает соединения от коррозионного разрушения в горячих агрессивных водных и углеводородных средах нефтяных и газовых скважинах, особенно в кислотах.

Цель изобретения - повышение герметизирующей способности и противокоррозионных свойств смазки при температурах до 150°С. Цель достигается тем, что уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая графит, дополнительно содержит продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных

Ј

VI 00

Os

о о ю

лот до кислотного числа 5-25 мг КОН/r, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрирова-. нием жирных кислот, и ингибитор коррозии металла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Продукт омыления кубового

остатка производства

синтетических жирных

кислот до кислотного

числа 5-25 мг КОН/г17-30

Отходы отработанного меднохромбариевого

катализатора, полученные

при производстве

первичных жирных спиртов

гидрированиемжирных кислот55-66

Ингибитор коррозии металла 3-5

ГрафитОстальное . Для приготовления смазки используют кубовый остаток производства СЖК по ТУ 38-1071231-89, получаемый на Шебекин- ском и Волгодонском химзаводах, на Уфимском, Надворнянском, Волгоградском нефтеперегонных заводах и Бердянском ОНМЗ.

Кубовый остаток является отходом производства при ректификации или дистилляции сырых жирных кислот и представляет собой смесь высших жирных кислот фракции С21 и выше в основном насыщенных и ненасыщенных монокарбоновых кислот, неомыляемых веществ и смолистых продуктов конденсации и полимеризации следующего состава, мас.%: парафины (Сао-Сзо) 10-20; жирные кислоты (Сга-Сзо) 80-90, в том числе: жирные монокарбоновые кислоты (Cia Сзо) 20-35; полифункциональные кислоты - 20-30; полимерные кислоты остальное.

Кислотное число продукта составляет 50-100 мг КОН/г. При производстве смазки . он омыляется,

В качестве наполнителя в предлагаемой смазке используют отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, образующиеся на Шебекинском и Волгодонском химзаводах при производстве первичных жирных спиртов методом гидрирования жирных кислот фракции Cjo-Ciec использованием порошкообразного меднохромбариевого катализатора по ТУ 38-102142-85.

Отходы отработанного меднохромбариевого катализатора получают в процессе гидрирования синтетических жирных кислот (СЖК) до первичных жирных спиртов (ПЖС) на стадии окончания гидрирования СЖК до ПЖС и последующего отделения ПЖС от отработанного меднохромбариевого катализатора методом центрифугирования. В итоге получают отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, которые используют в качестве наполнителя в смазке.

Отходы отработанного катализатора представляют собой пасту черного цвета, состоящую из смеси первичных жирных спиртов фракции Сю-Счв в количестве 300 50 мас.% и металлического порошка отработанного меднохромбариевого катализатора в количестве 50-70 мас.%. Металлический порошок состоит из соединений хромитов, хроматов меди .и окислов хрома, бария, ме5 ди в соотношении (в расчете на окислы металлов), мас.%: СиО 46-48; Сга02 43-47; ВаО 6,0-9,5.

В настоящее время отходы отработанного катализатора не находят применения в

0 производстве и утилизируются.

Для получения смазки используют графит марки ГЛ-1 или ГЛ-2 по ГОСТ 5279-74. а в качестве ингибитора коррозии металла - и/или НИИФОХ-3 по ТУ 113-03-20-98-89,

5 и/или ХОСП-10 по ТУ 6-02-1089-77, и/или ИНКОР-3 по ТУ 6-01-1302-85 и др.

Ингибитор ИНКОР-3 (ТУ 6-01-1302-85)- продукт взаимодействия технических хлор- метилированных фенолов с пиридиновыми

0 основаниями, приготовленный в виде 50- 70%-ного водного раствора. ИНКОР является поверхностно-активным веществом катионного типа, это прозрачная легко подвижная жидкость от коричневого до крас5 но-коричневого цвета со слабым специфическим запахом, хорошо растворим в органических и минеральных кислотах без помутнения и образования осадка, плотность 1,180-1,220 г/см3, т.кип. 112°С.

0Ингибитор ХОСП-10 (ТУ 6-02-1089-77) - комбинированный ингибитор, состоящий из смеси солей замещенного четвертичного аммония, пенообразователя и синергиста. Вязкая жидкость темно-вишневого или жел5 то-зеленого цвета со слабым запахом аминов, нерастворимая в щелочах и хорошо растворимая в минеральных и органических кислотах, плотность 1,050-1,150 г/см , т.кип. 115°С.

0Ингибитор НИИФОХ-3 (ТУ 113-03-20- 98-89) - смесь, содержащая кубовые остатки моноэтаноламиновой очистки капролакта- ма и поверхностно-активное вещество неи- оногенного . типа, Легко подвижная

5 маслянистая жидкость темно-коричневого цвета, частично растворимая в воде и кислотах, плотность 0,98-1,04 г/см3, т.кип. 122°С. Ингибитор БИКОР, опытная партия, представляющий собой смесь гетероциклических соединений (пеназолин, имидозолин, оксазолин), синергиста и пенообразователя. Это вязкая жидкость от светло- до темно-коричневого цвета, хорошо растворимая в минеральных и органических кислотах с обильным образованием пены, плотность 1,18-1,20 г/см3, т.кип. 116°С.

Смазку готовят по такой технологии. В обогреваемый реакционный сосуде мешалкой заливают расчетное количество 30- 40%-ного водного раствора гидроокиси щелочного металла (калия и/или натрия, и/или лития - предпочтительнее лития и/или калия). Нагревают раствор до 80- 95°С и затем при перемешивании в него вводят расчетное количество, кубового-ос- татка производства СЖК (с известным кислотным числом). Смесь при 80-95°С тщательно перемешивают в течение 60-70 мин до получения продукта с остаточным кислотным числом 5-25 мг КОН/г. Затем при работающей мешалке загружают в реакционный сосуд расчетное количество отходов отработанного меднохромбариевото катализатора. Продолжают перемешивание до получения гомогенного состояния общей смеси и после этого вводят (при работающей мешалке) расчетное количество ингибитора коррозии металла и графит и дальше гомогенизируют при 110-120°С с целью обезвоживания продукта.

Приготовленную смазку отрабатывают до образования гладкой текстуры и сливают в тару.

По указанной технологии было приготовлено 12 рецептур смазки с различным содержанием ингредиентов (табл.1).

Техничёские.показатели качества предлагаемой смазки сравнивали с показателями прототипа - товарной смазки резьбовой Р-402 по ТУ 38-101708-78 в соответствии с требованиями ГОСТ 423-83 (Смазки пла- стичные. Номенклатура показателей).

.Как видно из экспериментальных данных, приведенных в табл.2, предлагаемая смазка в определенной пропорции ингреди- ентов по техническим показателям качества соответствует прототипу или превосходит его. Увеличение или уменьшение концентрации основных компонентов приводит к ухудшению параметров смазки.

Так, уменьшение массового содержания остатка кубового производства СЖК до 14 мас.% или увеличение выше 30 мас. % приводит к образованию плотной текстуры смазки, и ее затруднительно наносить на поверхность (табл.1 и 2, рецептуры 1 и 12).

К такому же результату приводит и омыление кубового СЖК с остаточным кислотным числом менее 5 мг КОН/г (табл.1 и 2, рецептура 5), а омыление с остаточным кислотным числом выше 30.мг КОН/г снижает температуру каплепадения и повышает показатель пенетрации (табл.1 и 2, рецептура 4),

Содержание в предлагаемой смазке отходов отработанного меднохромбариевого катализатора не должно превышать 66 мас.% и быть не менее 55 мас.%, так как и в том и в другом случае образуется плотная текстура смазки (табл.1 и 2, рецептуры 1 и 12),

Колебание содержания в отходах отработанного меднохромбариевого катализатора первичных жирных спиртов не оказывает существенного влияния на свойства смазки (табл.1 и 2, рецептуры 6 и 7).

Предлагаемые рецептуры смазок имеют высокую температуру каплепадения и сползания соответственно (128-176)°С и (143- 184)°С, тогда как у прототипа соответственно 130°С и 132°С (табл.2). Также смазка имеет более высокие показатели предела прочности на сдвиг, т.е. (266-317) Па против 200 Па и прототипа. Эти параметры свидетельствуют о более высокой адге- зионной и уплотняющей способности предлагаемой смазки по сравнению с прототипом. Эксплуатационные свойства смазок оценивали по таким основным показателям:

степень защиты металла от коррозии, покрытого слоем смазки толщиной 0,3 мм, в 15%-ной соляной кислоте при 80 и 120°С; степень защиты оценивали гравиметрическим методом по ГОСТ 9.502-82;

способность смазки уплотнять (герметизировать) резьбовые соединения при высоких температурах;

способность смазки предотвращать заедание (сваривание) резьбовых соединений в условиях высоких температур и предельных моментов свинчивания.

Проверка степени защиты от коррозии металла, покрытого смазкой, в 15%-ной соляной кислоте при 80 и 120°С показывает, что предлагаемая смазка при оптимальном содержании ингибитора имеет степень защиты при 80°С выше 99%, тогда как прото; тип 57%, а при температуре 120°С, прототип не защищает металл от коррозии, тогда как предлагаемая смазка имеет степень защиты 86-93%. Содержание ингибитора в предлагаемой смазке должно быть в пределах 3-5 мас.%. В случае содержания ингибитора в смазке менее 3 мас.% степень защиты, при 120°С снижается до 72%, а при увеличении содержания ингибитора более 5 мас.% незначительно повышается защитный эффект (табл.3, рецептуры 2, 8 и 10, 7). Оценку уплотняющих (герметизирующих)

свойств смазок проводили по двум методам,

По первому методу для получения сопоставимых результатов использовали разборное устройство с выходной щелью зазором 40 мкм, шириной 10 мм и длиной 50 мм. Перед каждым опытом устройство разбирали, вскрывали щель, промывали ее бензином А-76, высушивали, а затем заполняли щель исследуемой смазкой, собирали устройство. При этом излишки смазки выжимались (устройство выполнено по типу пресс-формы). После сборки устройства его подсоединяли к гидростенду ГПЛ-1 и помещали в термокамеру. Создавали планируемую температуру и при такой температуре выдерживали в течение 40 мин. Затем создавали на устройство давление водой и визуально наблюдали начало выжимания смазки из открытого торца щели. Начало подвижки смазки считали предельным давлением выжимания смазки, что характеризует показатель уплотняющей способности смазки (степень повышения герметизирующей способности), так как зазоры в резьбовых соединениях нефтепромысловых труб значительно меньше, чем в использованном авторами устройстве. Более того на данном устройстве разброс опытных данных не превышает 1.5-2,0%, тогда как при испытании на натурных трубах нередко получают и аномальные выбросы из-за дефектов резьбы. Результаты выполненных экспериментов приведены в табл.3, п.2, которые свидетельствуют о том, что уплотняющая способность предлагаемой смазки (давление выжимания смазки) сохраняется высокой в широком температурном диапазоне - от 25 до 160°С и превосходит известную смазку в 1,41-3,45 раза при 25°С и в 2,25-10,9 раз - при 160°С. По второму методу уплотняющую способность смазок определяли по степени герметизации резьбовых соединений на- . турных обсадных труб диаметром 193,7 мм с толщиной стенки 8,3 мм группы прочности Д по ГОСТ 632-80. Испытания проводили с использованием модернизированного приспособления ПИГЕР-1 и станции высокого давления НСВД-2500 (Еременко Т.Е., Мочернюк Д.Ю., Тищенко А.В. Герметизация резьбовых соединений обсадных колонн нефтяных и газовых скважин. Киев: . 1967, с. 25-27). Устройство ПИГЕР- 1 позволяет испытывать герметичность только непосредственно муфтового соединения, не подвергая давлению всей полости трубы, и четко фиксировать малейшие пропуски резьбового соединения с помощью водяного манометра с капилляром 2,5 мм.

Резьбовые соединения предварительно промывали бензином А-76 и высушивали с целью удаления заводской смазки.

Испытываемую смазку наносили на

резьбы шпателем ровным слоем, навинчивали муфту на трубу с постоянным моментом 8,5 кН«м, затем собирали устройство ПИГЕР-1 и создавали водой давление в полости муфтового резьбового соединения с

помощью станции НСВД-2500. Начиная с давления 20 МПа, давление поднимали плавно, ступенчато по 3 МПа с выдержкой на каждой ступени 15 мин для фиксирования состояния герметичности резьбового

соединения по водяному манометру. Результаты испытаний приведены в табл.3, п.З. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что предлагаемая смазка в 1,24-1,73 раза превосходит прототип по уп.лотнительной (герметизирующей) способности.

Степень заедания (сваривания) резьбового соединения с различными смазками оценивали по соотношению усилия свинчивания и развинчивания соединения, выдержанного е течение 12 ч при 120 и 200°С. Для экспериментов использовали заготовки из натурных насосно-компрессорных труб диаметром 60,3x5 мм, гладкие, группы прочности Д по ГОСТ 633-80. Подготовленные соединения труб (муфта-трубная заготовка) промывали бензином А-76, равномерно на резьбы наносили шпателем исследуемую смазку и свинчивали соединения с постоянным моментом 0,9 . Затем собранное соединение помещали в песочную ванну термопечи и выдерживали при заданной температуре в течение 12 ч. По истечении времени опыта соединение охлаждали на

воздухе до комнатной температуры и развинчивали, фиксируя при этом момент раскрепления, резьбы. Степень заедания (С3) (сваривания) резьбового соединения рассчитывали по формуле

: г Мр - Мс

Мс

100%.

где Мс и Мр - соответственно момент свин- чивания и развинчивания резьбового соединения, кН-м,

Результаты выполненных исследований приведены в табл.3, п.4. Экспериментальные данные показывают, что предлагаемая смазка в рекомендуемом диапазоне содержания ингредиентов имеет лучшие свойства по показателю заседания (сваривания) резьбового соединения и обеспечивает на- дежные эксплуатационные свойства до

200°С. Заедания (сваривания) резьбового соединения практически не происходит, тогда как у прототипа момент развинчива- ния увеличивается на 5-6% по отношению к моменту свинчивания с повышением тем- пературы выше 120°С.

Использование в народном хозяйстве предлагаемой смазки существенно увеличит долговечность и надежность работы резьбовых соединений насосно-компрес- сорных, бурильных и обсадных труб, упростит эксплуатацию труб и повысит основные технико-экономические показатели бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, Ф ор мул а изобрет.е н ия Уплотнительная смазка для резьбовых соединений, содержащая графит, отличающаяся тем, что, с целью повышения герметизирующей способности и противо- коррозионных свойств при температурах до 150°С, смазка дополнительно содержит продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5-25 мг КОН/г, отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, и ингибитор коррозии металла при следующем соотношении компонентов в % мае.:

Продукт омыления кубового остатка производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5-25 мг КОН/г17-30 Отходы отработанного меднохромбариевого катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот 55-66 Ингибитор коррозии металла 3-5 Графит Остальное

Сущность изобретения: смазка содержит продукт омыления кубового остатха производства синтетических жирных кислот до кислотного числа 5-25 мг КОН/г 17-30%. отходы отработанного меднохромбариево- го катализатора, полученные при производстве первичных жирных спиртов гидрированием жирных кислот, 55-66%. ингибитор коррозии металла 3-5% и графит остальное. 3 табл.

В рецептурах содержание отходов отработанного медно-хромбариевого катализатора приводится в числителе, а в знаменателе дается содержание в нем первичных жирных спиртов фракции Cio-Cte.

Таблица 1

Компонентный состав смазки

н-

-;.

93.7 100 tOO 99,3 99.5 100 99,5 88,0 91,0 93,5. 72,0 86,3 93,0 87,0

36,60U.8051,-202 i,8039,860,805,0

10,3012,,1Се.ЗО9,7011,2020,11

О,S30,820,850,в10,811,152,70

43,5 9,0 52,5 «1,5 5,2 56,0 53,5 «9,9 ,3 t56,7 123,9 1.41,8 167,2 159.7

О0 000 00

1,1 0,3 о 0 :в в 0,6