При монтаже обсадных и насосно-компрессорных труб широко применяются специальные резьбовые пасты и смазки. Они обеспечивают необходимый коэффициент трения в резьбовых соединениях, предотвращают образование задиров, препятствуют заеданию, облегчают демонтаж труб.
С одной стороны, технология защиты резьбы с помощью традиционных смазочных материалов проста и доступна, с другой – сопряжена с определенными неудобствами.
Во-первых, пасты и смазки разных производителей имеют отличные друг от друга фрикционные характеристики, что требует проведения дополнительных испытаний и соответствующей корректировки крутящего момента при затяжке.
Во-вторых, при каждом последующем монтаже или после длительного хранения труб пластичный смазочный материал нужно обновлять.
В-третьих, пасты и смазки обязательно содержат в составе масло, на которое активно налипает пыль и другие абразивные частицы. Это может привести к необратимому повреждению рабочих поверхностей при сборке.
Наконец, в-четвертых: традиционные консистентные материалы небезопасны для окружающей среды – особый ущерб наносят те смазки и пасты, которые используются при монтаже морских скважин.
В данной статье мы рассмотрим альтернативную технологию увеличения ресурса обсадных и наносно-компрессорных труб – она заключается в применении антифрикционных твердосмазочных покрытий.
Данная технология не требует больших временных и финансовых затрат, может использоваться как на заводе-изготовителе труб, так и в полевых условиях, исключая ряд дополнительных операций по смазыванию на монтажной площадке.
Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY
Покрытия MODENGY представляют собой уникальные "сухие" смазки, обладающие требуемым коэффициентом трения, высокими антикоррозионными и противозадирными свойствами.
По консистенции и внешнему виду они напоминают краски, однако вместо пигмента содержат мелкодисперсные твердые смазки, распределенные в смеси связующих смол и растворителей.
В качестве твердых смазочных материалов используются дисульфид молибдена, политетрафторэтилен (ПТФЭ), графит и другие специальные композиции. Благодаря растворителю, который испаряется сразу после нанесения, покрытие равномерное распределяется по поверхности. В результате полимеризации связующего покрытие отверждается и прочно сцепляется с основой.
Условия отверждения (скорость, температура) зависят от типа материала.
После полимеризации покрытие образует тонкую, но прочную защитную пленку, состояющую из частиц твердых смазочных материалов в полимерной матрице (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения покрытия на поверхности детали
Многие покрытия MODENGY в качестве твердой смазки содержат дисульфид молибдена (MoS2). Для этого природного материала характерна ярко выраженная слоистая структура (рис. 2), в которой атомы молибдена легко скользят в параллельных друг другу плоскостях. Каждый молибденовый слой с обеих сторон окружен слоями атомов серы.
Сдвиговое сопротивление по плоскости раздела этого "сэндвича" незначительно, связь между слоями достаточно слабая. Именно этим обусловлен низкий коэффициент трения MoS2, который остается таковым даже при значительном нагреве и высоких нагрузках.
Рис. 2. Строение молекулы дисульфида молибдена
Высокодисперсные частицы дисульфида молибдена, вводимые в зону трения, заполняют микронеровности поверхности и, тем самым, увеличивают ее опорную площадь. В процессе трения частицы ориентируются параллельно направлению скольжения – образовывается гладкая и скользкая защитная пленка, повышающая герметичность резьбовых соединений и выдерживающая значительные контактные давления.
Применение покрытий на основе MoS2 особенно эффективно в граничном и смешанном режимах трения – в таких условиях эти материалы способствуют снижению износа, предотвращению схватывания и задиров резьбы, облегчению приработки.
В отличие от полимерных твердых смазок, покрытия с дисульфидом молибдена обеспечивают низкое и стабильное трение даже при экстремальных контактных давлениях (до 3000 МПа), отличаются химической инертностью и уникальными антифрикционными свойствами.
Основные свойства и преимущества покрытий MODENGY для трубных резьбовых соединений
При обслуживании обсадных и насосно-компрессорных труб нефтегазовой отрасли отлично зарекомендовало себя покрытие MODENGY 1002 и MODENGY 1014.
MODENGY 1002 на основе дисульфида молибдена и органического связующего вещества отверждается при комнатной температуре, обладает оптимальным балансом износостойкости и антикоррозионных свойств.
На резьбовые части труб и муфт состав наносится методом окрашивания из распылительного оборудования. Сухим на ощупь он становится уже через 5 минут, что позволяет транспортировать обработанные изделия к месту хранения.
При необходимости покрытие может наноситься в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого из них. Толщина готовой отвержденной пленки должна составлять от 5 до 25 мкм. Вязкость состава можно изменять, разбавляя его специальным растворителем (например, MODENGY 1013).
Покрытие MODENGY 1002 полностью полимеризуется за 120 минут, а при дополнительном нагреве до +130 °С – за 15 минут. По истечении этого времени обработанная деталь готова к сборке и эксплуатации.
Внутренняя поверхность обсадной трубы до и после обработки покрытием MODENGY 1002 продемонстрирована на рис. 3.
Рис. 3. Внутренняя поверхность обсадной трубы ДО и ПОСЛЕ обработки покрытием MODENGY 1002
MODENGY 1002 работает в диапазоне температур -210… +320 °С и обеспечивает постоянный коэффициент трения с разбросом в пределах ±0,01 в течение 5-8 циклов откручивания-закручивания. По результатам ускоренных испытаний в камере соляного тумана это покрытие сохраняет антикоррозионные свойства более 160 ч, характеризуется несущей способностью 10 000 Н (по методу Falex) и износостойкостью в 130 000 циклов при 550 МПа возвратно-поступательного движения.
При необходимости более высокой защиты рекомендуется применять покрытие MODENGY 1014, которое отверждается при нагреве до +200 °С в течение 40 минут. Этот состав показал более 672 часов защиты от коррозии при тесте в соляном тумане. Несущая способность этого материала составляет 2700 МПа (машина трения SRV), а износостойкость – 152 000 циклов возвратно-поступательного движения при давлении в 550 МПа.
Перед другими материалами аналогичного назначения покрытия MODENGY имеют ряд преимуществ:
- Повышенная несущая способность
- Отличные противозадирные свойства
- Стабильный коэффициент трения при высоких контактных давлениях
- Простота нанесения (с помощью стандартного оборудования для окрашивания)
- Быстрое отверждение
- Отсутствие необходимости в завершающей механической обработке
Помимо фасовки в банках и ведрах MODENGY 1002 имеет также аэрозольную форму выпуска, что очень удобно при работе в полевых условиях при отсутствии дополнительного оборудования.
Нанесение покрытий MODENGY позволяет осуществить подготовку обсадных труб к сборке – обеспечить герметичность соединений колонны, стабильный коэффициент трения в резьбовых соединениях, их антикоррозионную защиту. При этом можно исключить ряд трудоемких операций в условиях монтажной площадки, снизить финансовые и другие затраты.