Різьбовий трубний компонент і результуюче з’єднання

Реферат: Винахід належить до різьбового трубного компонента, призначеного для буріння та/або експлуатації вуглеводневих свердловин, де зазначений трубний компонент містить на одному з його кінців (1; 2) різьбову зону (3; 4), виготовлену на його зовнішній або внутрішній периферичній поверхні залежно від того, належить різьбовий кінець до охоплюваного або охоплюючого типу, який відрізняється тим, що щонайменше частина кінця (1; 2) покривається змащувальної сухою плівкою (12), матриця (13) якої включає щонайменше один мігруючий засіб ковзання (9), що належить до сімейства масел або восків, і розподілений, головним чином, на поверхні змащувальній сухої плівки (12) таким чином, щоб коефіцієнт тертя плівки (12) був менше 0,07 при навантаженнях менше 40 Н, у той час як коефіцієнт тертя плівки (12) - більше 0,1 при навантаженнях більше 200 Н. UA 112850 C2 (12) UA 112850 C2 UA 112850 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід відноситься до трубного компонента, призначеного для буріння та/або експлуатації вуглеводневих свердловин і, точніше, до різьбового кінця такого елемента. Зазначений кінець може відноситися до охоплюваного або охоплюючого типу й може бути здатний з'єднуватися з відповідним кінцем аналогічного елемента для утворення з'єднання. Винахід також відноситься до нарізного сполучення, що виходить у результаті згвинчування двох трубних елементів. Вираження "трубний елемент, призначений для буріння й експлуатації вуглеводневих свердловин" має на увазі будь-який елемент, який є, по суті, трубчастим за формою й призначений для з'єднання з іншим елементом того ж типу або, інакше, зокрема, для складання колони, призначеної для буріння вуглеводневої свердловини, або стояка, призначеного для технічного обслуговування (також відомий як стояк для капітального ремонту), або для експлуатації зазначеної свердловини, як, наприклад, стояк, або для обсадної колони або насосно-компресорної колони, використовуваної на експлуатованих свердловинах. Винахід також застосовний до таких використовуваних у бурильній колоні елементів, як бурильні труби, обважені бурильні труби й ділянки трубних з'єднань і обважених труб, відомі як бурильні замки. Кожний трубний елемент включає кінцеву частину, оснащену охоплюваною різьбовою зоною або, охоплюючою різьбовою зоною, призначеною для згвинчування з відповідною кінцевою частиною аналогічного елемента. З'єднані таким чином, елементи становлять те, що йменується терміном "з'єднання". Зазначені різьбові трубні компоненти з'єднання з'єднуються під певними навантаженнями для того, щоб задовольнялися вимоги для посадки з натягом і ущільнення, що накладають робочими умовами. Крім того, як відомо, від різьбових трубних компонентів може вимагатися, щоб вони перетерплювали кілька циклів згвинчування-розгвинчування, зокрема, у свердловинах. Умови використання зазначених різьбових трубних компонентів викликають різні типи напруг, які роблять необхідним використання покриттів на таких чутливих частинах зазначених компонентів, як різьбові зони, зони примикання або поверхні ущільнення. Так, операції згвинчування, загалом, здійснюються під великим осьовим навантаженням, наприклад, через вагу труби довжиною кілька метрів, що підлягає з'єднанню за допомогою нарізного сполучення, можливо, локалізованої за допомогою невеликої розбіжності осей різьбових елементів, що підлягають з'єднанню. Це включає загрозу заїдання в різьбових зонах і/або на поверхнях ущільнення метал/метал. Із цієї причини різьбові зони, а також поверхні ущільнення метал/метал звичайно покриваються мастильними матеріалами. Крім того, різьбові трубні компоненти зберігаються й потім згвинчуються в агресивних середовищах. Це має місце, наприклад, у ситуації морського буріння в присутності соляного туману, або в ситуації морського буріння в присутності піску, пилу та/або інших забруднювачів. Тому необхідно використовувати покриття, які протистоять корозії на поверхнях, яким доводиться взаємодіяти шляхом згвинчування (різьбові зони) або шляхом тісного контакту (поверхні ущільнення метал/метал). Також необхідно піддавати поверхні обробці проти корозії. З погляду захисту навколишнього середовища, однак, виявляється, що використання при згвинчуванні консистентних мастил у відповідності зі стандартом API (Американського нафтового інституту) RP 5 A3 не представляє розв'язок, розрахований на тривалу перспективу, оскільки зазначені консистентні мастила можуть витіснятися із трубних компонентів і виділятися в навколишнє середовище або в свердловину, що в результаті приводить до закупорки, яка неминуче спричиняє спеціальні операції очищення. З метою подолання труднощів, пов'язаних з потребою в довгостроковій корозійній стійкості й стійкості до заїдання, і для задоволення прерогатив охорони навколишнього середовища були розроблені тверді сухі покриття (тобто не пастоподібні, на відміну від консистентних мастил), мастильні матеріали й протектори. Це має місце, зокрема, у випадку покриттів, що включають термопластичну матрицю з в'язкопластичними властивостями, наповнену частками твердого мастильного матеріалу. Зазначені покриття, зокрема, були здатні долати труднощі, пов'язані з послідовним згвинчуванням і розгвинчуванням, особливо, в умовах на місці експлуатації, а також труднощі, пов'язані із захистом різьбових елементів від корозії. Однак було зроблене спостереження, що в робочих умовах мастильного матеріалу є так багато, що стає неможливою посадка з натягом між охоплюваним й охоплюючим кінцями різьбового трубного з'єднання, яка узгодиться з попередньо обумовленим профілем крутного моменту згвинчування для цього різьбового трубного з'єднання. Іншими словами, зазначені покриття настільки знижують тертя на упорі згвинчування наприкінці згвинчування під граничними контактними напругами Герца, відомими як "граничний тиск", і при низькій швидкості тертя, що крутний момент пластифікації досягається значно швидше. Це приводить до значень 1 UA 112850 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 опору крутному моменту на заплічку набагато меншим, ніж еталонні значення, які виходять при використанні консистентного мастила API RP 5A3. Із цієї причини, у деяких граничних випадках упор пластифікується до того, як буде досягнутий корисний крутний момент згвинчування. Тому заявник намагався вирішити дихотомію, яка існує між високим значенням опору крутному моменту на заплічку (значенням різниці між крутним моментом пластифікації й крутним моментом на заплічку) з низьким крутним моментом на заплічку й досить високою стійкістю до заїдання. Винахід пропонує різьбовий трубний компонент, призначений для буріння або експлуатації вуглеводневих свердловин, де зазначений трубний компонент, що містить поблизу від одного з його кінців різьбову зону, виготовлену на його зовнішній або внутрішній периферичній поверхні залежно від того, є тип різьбового кінця охоплюваним або охоплюючим, який відрізняється тим, що, щонайменше, частина зазначеного кінця покривається змащувальної сухою плівкою, матриця якої може включати щонайменше один мігруючий засіб ковзання, що належить до сімейства масел або восків, розподілений, головним чином, на поверхні змащувальній сухої плівки так, щоб коефіцієнт тертя плівки був менше 0,07 при навантаженнях менше 40 Н та, у той же час, коефіцієнт тертя плівки був більше 0,1 при навантаженнях більше 200 Н. Іншими словами, що, по суті, еквівалентно, винахід пропонує трубний елемент, призначений для буріння та/або експлуатації вуглеводневих свердловин, який містить кінцеву частина, що включає щонайменше одну різьбову зону, яка відрізняється тим, що зазначена кінцева частина, щонайменше, частково покривається сухою плівкою, яка включає матрицю й щонайменше один мігруючий засіб ковзання в матриці, розподілений, головним чином, поблизу від вільної поверхні змащувальної сухої плівки, тим, що зазначений засіб ковзання вибирається з масел і восків, і тим, що матриця й зазначений засіб ковзання спільно адаптовані так, щоб суха плівка мала коефіцієнт тертя менше 0,07 при навантаженнях нижче 40 Н та більше 0,1 - при навантаженнях вище 200 Н. Даний винахід пропонує використання мігруючих засобів ковзання, переважно, для формування змащувальної сухої плівки на поверхні покритої частини різьбового елемента з метою зниження тертя й адгезії зазначеної плівки у відношенні інших поверхонь, однак при цьому зазначені засоби допускають опір крутному моменту на заплічку, щонайменше, рівний тому, який виходить тоді, коли різьбові елементи, що підлягають збереженню, покриваються консистентним мастилом згідно зі стандартом API RP 5A3. Зокрема, даний винахід стосується використання мігруючих засобів ковзання в термопластичній або термореактивній матриці, яка може генерувати низькі коефіцієнти тертя тоді, коли поверхня покритої частини різьбового елемента спочатку згвинчування зазнає зсувних напруг під низьким тиском, і більш високі коефіцієнти тертя - тоді, коли поверхня покритої частини різьбового елемента при наближенні до завершення згвинчування зазнає зсувних напруг під граничним тиском. Необов'язкові характеристики, що як доповнюють, так і заміщають, визначені нижче. Мігруючий засіб ковзання може включати силіконове масло та/або перфтороване масло. Мігруючий засіб ковзання може включати силіконове масло полідіметилсилоксанового типу 2 з поверхневим натягом