ТВЕРДОСМАЗОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ — СОВРЕМЕННАЯ АЛЬТЕРНАТИВА РЕЗЬБОВЫМ СМАЗКАМ

• 
•  © Фото из открытых источников

В настоящее время широко распространена практика применения резьбовых паст/смазок при монтаже обсадных и насосно-компрессорных труб. Пасты наносятся на резьбовую поверхность и обеспечивают необходимый коэффициент трения при свинчивании труб, предотвращают образование задиров и заедание, облегчают демонтаж. При всех простоте и доступности этой технологии ей присущи очевидные недостатки:

- выполнение операций очистки и смазки требует дополнительных затрат времени при выполнении монтажа;

— пасты от разных производителей имеют различные фрикционные характеристики, что требует проведения дополнительных испытаний и соответствующей корректировки прикладываемого крутящего момента при затяжке;

— пасты требуют повторного нанесения при каждом последующем монтаже или после длительного хранения деталей;

— пасты содержат в составе смазочное масло и вызывают налипание пыли или иных абразивных частиц, что может привести к необратимому повреждению рабочих поверхностей при монтаже;

— применение резьбовых паст, особенно при обустройстве морских скважин, наносит ущерб окружающей среде из-за попадания в нее компонентов пасты.

В настоящей статье рассмотрим альтернативную технологию, которая лишена перечисленных недостатков и в целом позволяет сократить затраты нефтегазовых операторов при добыче энергоресурсов. Это применение антифрикционного твердосмазочного покрытия, которое может наноситься как на заводе-изготовителе труб, так и в полевых условиях. Покрытие обеспечивает подготовку труб к сборке и исключает выполнение дополнительных операций по смазыванию на монтажной площадке. Покрытие дает необходимый комплекс свойств — «сухую» смазку с требуемым значением коэффициента трения и противозадирными свойствами, защиту от коррозии.

Что такое антифрикционные твердосмазочные покрытия?

Реализация технологии твердой смазки с помощью применения антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП) позволяет не только решить задачу подготовки труб к сборке на заводе-изготовителе, но и получить ряд дополнительных преимуществ. Российская компания «Моделирование и инжиниринг» разработала серию таких покрытий и выпускает их под собственной торговой маркой MODENGY (более 20 наименований) [1]. Многие из них уже нашли широкое применение в нефтегазовой отрасли.

АТСП — это материалы, подобные краскам, но вместо красящего пигмента они содержат высокодисперсные порошки твердых смазок, равномерно распределенные в смеси связующих веществ (смол) и растворителей. В качестве твердых смазок используются дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен и специальные композиции. Растворитель в составе композиции обеспечивает удобство нанесения и распределения покрытия по поверхности. После нанесения растворитель полностью испаряется. Покрытие отверждается и прочно сцепляется с основой в результате полимеризации связующего вещества, которая в зависимости от его типа происходит при комнатной температуре или с нагревом. Таким образом, после отверждения покрытие представляет собой частицы твердых смазочных материалов в полимерной матрице связующего вещества (рис. 1).

• 
•  © Фото из открытых источников

Рис. 1. Схема структуры покрытия

Дисульфид молибдена (MoS₂) — природный минерал, широко применяемый в качестве твердой смазки. Для этого вещества характерна ярко выраженная слоистая структура (рис. 2) с возможностью легкого скольжения слоев друг относительно друга. В параллельных плоскостях чередуются слои атомов молибдена, каждый из которых с обеих сторон окружен прочно связанными с ним слоями атомов серы, образуя своеобразный «сэндвич». Связь между слоями достаточно слабая и сдвиговое сопротивление по плоскости раздела незначительное. Этим обусловлен низкий коэффициент трения, сохраняющийся таковым даже при значительном нагреве и высоких нагрузках.

• 
•  © Фото из открытых источников

Рис. 2. Строение молекулы дисульфида молибдена MoS₂ (с=3,15 Å, a=12,30 Å)

При введении дисульфида молибдена в зону трения его высокодисперсные частицы, обладая хорошей адгезией, заполняют впадины микронеровностей поверхностей, тем самым увеличивая их опорную площадь. В процессе трения частицы ориентируются параллельно направлению скольжения и образуют гладкую и скользкую защитную пленку, выдерживающую значительные контактные давления. Также происходит уплотнение микрозазоров и повышение герметичности.

С учетом механизма смазочного действия дисульфида молибдена его применение наиболее эффективно в граничном и смешанном режимах трения при высоких контактных давлениях. Именно в этих условиях твердый смазочный материал способствует снижению трения, предотвращает схватывание и задир, облегчает приработку за счет заполнения впадин микронеровностей поверхности. Дисульфид молибдена отличается химической инертностью и уникальными антифрикционными свойствами. Экспериментальные исследования показывают, что это вещество обеспечивает низкое и стабильное трение при экстремальных контактных давлениях до 3000 МПа. Это выгодно отличает его от полимерных твердых смазок, в частности, политетрафторэтилена (ПТФЭ).

Антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1002

Modengy 1002 на основе дисульфида молибдена и органического связующего вещества уже успело зарекомендовать себя в нефтегазовой отрасли благодаря хорошему балансу износостойкости и антикоррозионных свойств, а также способности быстро полимеризоваться при комнатной температуре. На резьбовые части труб и муфт это покрытие наносится привычным методом окрашивания распылением. По истечении 5 минут оно уже становится сухим на ощупь и изделие может быть транспортировано к месту хранения. По истечении 120 минут происходит полная полимеризация и покрытие готово к сборке и эксплуатационным нагрузкам. Путем дополнительного нагрева до 130 °C время полимеризации можно сократить до 15 минут. Внешний вид покрытия на деталях продемонстрирован на рис. 5. Рекомендуемая толщина отвержденной пленки составляет 5-25 мкм. Толщина покрытия на детали может регулироваться путем изменения концентрации растворителя в составе (разбавления) и соответственно изменения вязкости всей композиции. Покрытие сохраняет свои эксплуатационные свойства, обеспечивая постоянный коэффициент трения с разбросом в пределах ±0,01 в процессе 5-8 циклов откручивания-закручивания. Основные характеристики MODENGY 1002 приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристики АТСП MODENGY 1002

• 
•  © Фото из открытых источников

• 
•  © Фото из открытых источников

Рис. 3. Внешний вид покрытия MODENGY 1002 на поверхности резьбы

К преимуществам рассматриваемого покрытия перед рядом других аналогичного назначения можно отнести:

• высокую несущую способность и противозадирные свойства;
• стабильное трение при высоких контактных давлениях;
• простое нанесение распылением с помощью стандартного краскопульта;
• быструю сушку и полимеризацию при комнатной температуре;
• не требуется последующая механическая обработка.

Покрытие выпускается в ведрах 4,5 кг, банках 1 кг и аэрозольной упаковке 520 мл. Аэрозольная упаковка (рис. 4) удобна для нанесения покрытия в полевых условиях, т.к. при этом не потребуется никакого дополнительного оборудования [2].

• 
•  © Фото из открытых источников

Рис. 4. Внешний вид аэрозольной упаковки антифрикционного твердосмазочного покрытия MODENGY 1002

Заключение

Покрытие MODENGY 1002 обладает необходимым комплексом свойств для эффективного управления трением в резьбовом соединении и защиты от коррозии. Его применение позволяет осуществить подготовку обсадных труб к сборке и исключить выполнение связанных с этим трудоемких операций по смазыванию в условиях монтажной площадки. Достигается герметичность соединений колонны и существенно сокращается время ее сборки. Кроме того, обеспечивается ряд дополнительных преимуществ, которые рассмотрены в настоящей статье. Технология нанесения покрытия проста, не требуется существенных инвестиций в освоение — применяются методы и оборудование, используемые при окрашивании. За более подробной информацией призываем обращаться в компанию ООО «Моделирование и инжиниринг».

Библиографический список

1. Прудников, М.И. Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY — от идеи до реализации на практике / М.И. Прудников // Главный механик. — 2018. — № 1-2(174). — С. 56-60.
2. Прудников, М.И. Антифрикционные твердосмазочные покрытия в аэрозольных упаковках — технологично, быстро, удобно / М.И. Прудникв // ТПА. — 2018. — № 4(97). — С. 81-82.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.