Мастило для нарізних з’єднань

Винахід відноситься до пластичних мастил, що використовуються для різьбових з'єднань, наприклад, для герметизації та захисту від корозії різьб обсадних, насосно-компресорних та бурильних труб при будівництві та експлуатації нафтових та газових свердловин, а також при навертанні муфт на трубних заводах. Специфіка експлуатації різьбових з'єднань труб нафтового сортаменту показує, що вони працюють в умовах високих перемінних тисків до 70МПа і корозійне - агресивних середовищ (pH від 1 до 10), в широкому інтервалі температур (від мінус 35 до плюс 120°С). У зв’язку з цим пластичні мастила, що використовуються, повинні мати високі змащуючі властивості і герметизуючу здатність, легко наноситися на поверхню різьби і в цей час не вимиватися з різьби в процесі спуску труб в свердловину і при їх експлуатації, мати високу кислотно - та водостійкість, бути працездатними в широкому інтервалі температур. Відоме мастило Р-416 яке являє собою композицію, що складається з нафтової оливи, загущеної літієвими милами високомолекулярних жирних кислот з антифрикційними добавками, такими як цинкові білила, свинцевий сурик, сульфід свинцю та порошок свинцю. Мастило забезпечує легке з'єднання часто згвинчуваних труб, що складають бурову колону при бурінні нафтових, газових та інших свердловин. Мастило цілком водостійке і добре захищає метали від корозії. Проте маючи в своєму складі більше 50% порошку свинцю, мастило являється токсичним і представляє високу загрозу для навколишнього середовища. (1) Завданням даного винаходу являється створення різьбо-ущільнюючого мастила для різьбових з'єднань, що має покращені змащуючі властивості, більш високу адгезією до металевої поверхні і забезпечує більш надійну та довготривалу експлуатацію різьбових з'єднань в широкому інтервалі температур (від мінус 50 до плюс 200°С) Поставлена задача досягається тим, що мастило, що містить нафтові оливи, літієві мила високомолекулярних жирних кислот, додатково містить вермикуліт, каніфоль, граніт, політетрафторетилен, діалкілдітіофосфат цинку та дифеніламін при наступному співвідношенні компонентів : %мас. літієві мила 12-оксистеаринової 1-4 кислоти дифеніламін 0,05-0,15 каніфоль 1-4 вермикуліт 15-25 графіт 10-20 політетрафторетилен 3-10 діалкілдітіофосфат цинку 5-15 суміш нафтових олив - решта Для виготовлення мастила використовуються компоненти, що випускаються по діючій нормативно технічній документації. В якості суміші нафтових олив доцільно використовувати оливу нафтову АУ (ТУ 38.1011232-89) в суміші з оливою нафтовою И-40А ГОСТ 20899-88 та компонентом олив залишковим ТУ 38.301-29-48-95 в такому співвідношенні , щоб отриманий компаунд характеризувався кінематичною в'язкістю при 50°С: 15-40 сСт і температурою застигання не вище мінус 20°С. В якості літієвих мил 12-оксистеаринової кислоти доцільно використовувати кислоти, що отримуються в процесі омилення при температурі вище 100°С. Діалкілдітіофосфат цинка (присадка ДФ-11) випускається по ГОСТ 24216-80. Політетрафторетилен (фторопласт ) випускається по ГОСТ 10007-80Е. Графіт ГС-4 випускається по ГОСТ 8295-73. Вермикуліт спучений відноситься до слоїстих силікатів, випускається по ГОСТ 12865-67 Каніфоль випускається по ГОСТ 19113-73. Дифеніламін випускається по ГОСТ 194-80. Технологія виготовлення різьбового мастила заключається в отриманні мильної основи мастила і додаванні функціональних присадок та добавок. Процес ведуть при атмосферному тиску в апараті ємністю 510 м3, що обігрівається, та оснащеному механічним перемішуючим пристроєм. Для виготовлення мильної основи спочатку в апарат ємністю 5м3 завантажують суміш нафтових олив в кількості 1500кг і 12-оксистеаринову кислоту в кількості 180кг і після отримання однорідного розплаву завантажують 20кг гідрата окису літію. Омилення проводять при температурі 100-110°С на протязі 1 год. і після нетривалої термообробки (не більше 0,5 год.) при температурі 210-215°С апарат охолоджують, а отримані мила використовують для виготовлення самого мастила. Процес виготовлення мастила здійснюють в закритому варочному апараті ємністю 10м3, оснащеному оливним обігрівом, перемішуючим пристроєм і системою циркуляції продукту. В апарат завантажують в необхідній кількості суміш нафтових олив і каніфоль. Розчинення проводять при температурі 100-110°С до однорідності. Потім, після завантаження мильної основи, завантажують дифеніламін, політетрафторетилен, графіт, діалкілдітіофосфат цинку і приступають до завантаження порціями вермикуліту при працюючій циркуляційній системі. Після гомогенізації мастило придатне до застосування. По приведеній технології у відповідності з даним винаходом були виготовлені зразки мастила (зразки 1-3 ). Таблиця 1 Рецептура зразків Найменування зразків 1. Літієве мило 12 Номери зразків 1 2 3 1 2 4 оксистеаринової кислоти 2. Дифеніламін 0,1 3. Каніфоль 4 4. Вермикуліт спучений 20 5. Графіт ГС-4 10 6. Політетрафторетилен 10 7. Діалкілдітіофосфат цинку 9 8. Олива веретенова АУ 25,9 9 Олива И-40А 12 10. Компонент олив залишковий 8 0,05 0,15 1 3 15 25 20 16 3 7 5 15 37 22,85 10,95 5 6 2 Таблиця 2 Характеристика зразків Найменування показників 1. Пенетрація при 25 С, мм/10 2. Корозійний вплив на метали 3. Колоїдна стабільність, % 4. Межа міцності на зсув при 80°С, Па 5. Трибологічні характеристики при температурі (20±5)°С : навантаження критичне (Рк, Н) навантаження зварювання (Рс), Н індекс задиру, (І 3), H Аналог: Номери зразків мастило Р416 ТУ 1 2 3 38.101708-78 270 350 348 380 витримує 8 9 12 10 50 50 30 80 1098 ]410 1280 1410 2764 6680 6174 7080 519 890 815 910 Рецептура зразків приведена в таблиці 1. Виготовлені зразки були випробувані в порівнянні з відомими мастилами Р-416 (ТУ 38.101708-78) наступної рецептури: %мас. олива веретенова АУ 25,8 літієві мила синтетичних жирних кислот С17-С20 6,5 оксид свинцю 2,1 оксид цинку 1,7 монтан-віск 1,2 порошок свинцю 57,6 сульфід свинцю 5,1 Фізико-хімічна характеристика прототипу і виготовлених зразків приведена в таблиці №2. Як видно з даних таблиць 1 і 2 вміст компонентів в заявленому інтервалі кількісних співвідношень забезпечує новому мастилу особливий комплекс властивостей, а саме досягнення високих противозношувальннх і протизадирних характеристик в комплексі з високою адгезією та антикорозійною стійкістю. При цьому досягається зниження випарування мастила, що виражається в покращенні його термічної стабільності. Сумісне використання вермикуліту спученого, літієвих мил 12-оксистеаринової кислоти та політетрафторетилену не знайдено ні у вітчизняних ні в зарубіжних аналогах даного мастила. Рішаючи питання досягнення високих змащуючих та герметизуючих властивостей мастила, одночасно досягнуті також результати по покращенню екології виробництва та застосування мастила. Запропоноване мастило пройшло стендові та натурні випробування в умовах експлуатації в Чорноморському УБР об'єднання «Чорноморнафтогаз» на компресорних трубах Æ73мм в інтервалі 0-3000м та температурі до 95°С. За результатами промислових випробувань комісією встановлено: нове мастило забезпечує герметичність різьбових з'єднань бурильних труб при бурінні на тиск до 140кг/см2 і на тиск опресовки 250кг/см2. Його впровадження дасть змогу підвищити надійність і довговічність експлуатації різьбових з'єднань труб нафтового сортаменту.