Смазывающая композиция с адаптируемым коэффициентом трения для резьбового элемента компонента резьбового трубного соединения

Номер патента: 23109

Опубликовано: 29.04.2016

Авторы: Гард Эрик, Гото Кунио, Пинель Элит

Есть еще 8 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Пленкообразующая смазывающая композиция для резьбовых соединений, содержащая твердую матрицу, включающую по меньшей мере один упругий материал с коэффициентом упругости, зависящим от динамической скорости, в количестве 10-25 вес.%, причем указанный упругий материал включает 1-99 вес.% терпеновой смолы на основе α-пинена, канифольной кислоты и смоляной кислоты, этерифицированных пентаэритритом, канифольной кислоты и смоляной кислоты, гидрированных и этерифицированных глицерином, и/или полимеризованной канифоли, причем указанная смазочная композиция включает частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала, диспергированные в матрице; причем указанные частицы твердого смазочного материала включают частицы смазочного материала одного из классов 1, 2, 3 и 4, где к классу 1 относятся твердые вещества, смазывающие свойства которых существуют благодаря их кристаллической структуре, имеющей способность разрушаться под небольшим сдвиговым усилием между определенными кристаллическими плоскостями; к классу 2 относятся твердые вещества, смазывающие свойства которых существуют благодаря их кристаллической структуре, как указано для класса 1, а также благодаря наличию в их составе химического элемента, которые вступает в реакцию с металлическими поверхностями и обеспечивают поверхности дополнительным свойством поверхностного связывания, которое способствует образованию относительно стабильного слоя переноса смазывания; к классу 3 относятся твердые вещества, смазывающие свойства которых возникают из их химической реакционной способности по отношению к металлическим поверхностям, которые могут образовывать разрушаемые комплексные соединения, обладающие пластичными или смазывающими свойствами; к классу 4 относятся твердые вещества, смазывающие свойства которых возникают благодаря их пластичным или вязкопластичным свойствам под действием фрикционного напряжения, в частности, при воздействии на них сдвига.

2. Смазывающая композиция по п.1, отличающаяся тем, что упругий материал включает 1-99 вес.% канифольной и смоляной кислот, этерифицированных пентаэритритом.

3. Смазывающая композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что включает 10-20 вес.% полиэтиленового воска, 0-5 вес.% композита полиэтилен-политетрафторэтилена, 10-25 вес.% этерифицированной канифоли, 0-20 вес.% карнаубского воска, 20-30 вес.% стеарата цинка, 15-25 вес.% ортофосфата-силиката цинка-кальция-стронция, 4-12 вес.% фторида графита, 0-4 вес.% политетрафторэтилена, 1-3 вес.% нитрида бора, 2-8 вес.% дисульфида вольфрама и 2-8 вес.% сшивающего агента.

4. Смазывающая композиция по п.3, отличающаяся тем, что включает 10-20 вес.% этерифицированной канифоли, 4-12 вес.% карнаубского воска, 20-26 вес.% стеарата цинка, 18-22 вес.% ортофосфата-силиката цинка-кальция-стронция, 4,5-7 вес.% фторида графита, 3-6 вес.% дисульфида вольфрама.

5. Смазывающая композиция по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну присадку, состоящую из дисперсий минеральных или органических частиц, где каждая присадка выбирается из группы, которая включает по меньшей мере оксид висмута, диоксид титана, коллоидный кремнезем и сажу.

6. Смазывающая композиция по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере одно вяжущее вещество, имеющее вязкоупругие свойства.

7. Смазывающая композиция по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере одно легкоплавкое соединение металлов, где указанное соединение выбирают из группы, которая включает по меньшей мере стеарат цинка, стеарат кальция, стеарат лития, стеарат алюминия и стеарат висмута.

8. Смазывающая композиция по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере один воск растительного, животного, минерального или синтетического происхождения.

9. Смазывающая композиция по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере один жидкий полимер с кинематической вязкостью, составляющей при 100°С по меньшей мере 850 мм2/с.

10. Смазывающая композиция по п.9, отличающаяся тем, что указанный жидкий полимер выбирается из группы, которая включает, по меньшей мере, полиалкилметакрилат, полибутен, полиизобутен, полидиалкилсилоксан и полисилоксан.

11. Элемент резьбового трубного соединения, содержащий по меньшей мере одну резьбу и упор свинчивания, в который должен упираться упор свинчивания второго компонента указанного резьбового трубного соединения в конце операции свинчивания, отличающийся тем, что по меньшей мере одна указанная резьба и указанный упор свинчивания покрыты тонким слоем, который сцепляется с поверхностью резьбы и указанного упора свинчивания и состоит из смазочной композиции по одному из вышеуказанных пунктов.

12. Элемент по п.11, отличающийся тем, что он, по меньшей мере, частично покрыт смазочной композицией с толщиной в интервале 10-50 мкм.

13. Элемент по п.11 или 12, отличающийся тем, что он также содержит уплотняющий участок, входящий в тесный уплотняющий контакт с соответствующей уплотняющей поверхностью второго резьбового элемента после указанной операции свинчивания и покрытый указанной смазывающей композицией.

14. Элемент по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что поверхности покрыты пленкой, которая служит для защиты от коррозии.

15. Резьбовое трубное соединение, которое содержит охватываемый резьбовой элемент и охватывающий резьбовой элемент, отличающееся тем, что по меньшей мере один из указанных резьбовых элементов представляет собой элемент по пп.11-14.

Текст

Смотреть все

СМАЗЫВАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ С АДАПТИРУЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРЕНИЯ ДЛЯ РЕЗЬБОВОГО ЭЛЕМЕНТА КОМПОНЕНТА РЕЗЬБОВОГО ТРУБНОГО СОЕДИНЕНИЯ Пленкообразующая смазывающая композиция для свинчивания резьбовых соединений,предназначенная для покрытия по меньшей мере одной резьбы (FE, FI) и упора свинчивания(JF) пленкой, находящейся в твердом состоянии, которая прилипает к резьбе (FE, FI) и указанному упору свинчивания (BVM, BVF), где указанный упор свинчивания (BVM, BVF) предназначен для упора во второй упор (BVF, BVM) второго компонента (T1, T2) указанного резьбового трубного соединения (JF) в ходе конечного этапа свинчивания, и указанная смазочная композиция включает матрицу. Матрица также включает по меньшей мере один деформационностойкий материал, выбираемый таким образом, чтобы он обеспечивал указанную композицию в дополнение к смазывающим свойствам крутящим моментом на заплечике,который, по меньшей мере, равен пороговому значению.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ВАЛЛУРЕК МАННЕСМАНН ОЙЛ ЭНД ГЕС ФРАНС (FR); СУМИТОМО МЕТАЛ ИНДАСТРИС, ЛТД. (JP) Изобретение относится к компонентам резьбовых трубных соединений, используемых, например, в нефтяных приложениях, а точнее, к смазыванию части (частей) резьбового элемента (элементов) компонентов резьбового трубного соединения, включающих упор свинчивания. Термин "компонент" в том смысле, как он используется в данном описании, означает любой элемент или вспомогательное приспособление, предназначенное для соединения посредством резьбы с другим компонентом для создания резьбового трубного соединения с указанным вторым компонентом. Компонент может представлять собой, например, трубу относительно большой длины (в частности, длиной около десяти метров), трубное соединение длиной в десятки сантиметров, вспомогательные приспособления для таких труб (подвесной кронштейн, переходная область, предохранительный клапан, бурильный замок и т.п.). Указанный компонент может, например, использоваться для бурения или эксплуатации буровой скважины. В этом случае компоненты соединяются с целью спуска в углеводородные или подобные буровые скважины и создания бурильной колонны, обсадной колонны или обсадной колонны-хвостовика или даже насосно-компрессорной колонны (производственных колонн). Резьбовые элементы, изготавливаемые на конце компонента (трубы или соединения), в первую очередь должны быть защищены от коррозии в ходе транспортировки и хранения на буровой площадке, и с этой целью они при выходе из производственного цеха обычно покрываются защитной смазкой или маслом. На буровой скважине они могут подвергаться большому количеству операций свинчивания и развинчивания. Операция свинчивания определяется профилем (или кривой), описывающей крутящий момент при свинчивании (затягивании) в зависимости от количества сделанных оборотов. Пример профиля крутящего момента при свинчивании, соответствующего резьбовому соединению высокого качества с коническими резьбами, схематически показан на фиг. 1. Как видно, профиль крутящего момента при свинчивании, в общем, может быть разбит на четыре части: первая часть Р 1, в ходе которой наружные резьбы охватываемого резьбового элемента (или штифта) первого компонента резьбового трубного соединения еще не вступают в радиальный контакт с внутренними резьбами соответствующего охватывающего резьбового элемента (или муфты) второго компонента того же резьбового трубного соединения; вторая часть Р 2, в ходе которой геометрическое взаимодействие резьб охватываемого и охватывающего резьбовых элементов создает радиальное затягивание (контакт), которое увеличивается при продолжении свинчивания (создавая небольшой, но возрастающий крутящий момент при свинчивании); третья часть P3, в ходе которой уплотняющая поверхность на наружном периметре концевой части охватываемого резьбового элемента радиально контактирует с соответствующей уплотняющей поверхностью охватывающего резьбового элемента, образуя уплотнение типа металл/металл; четвертая часть Р 4, в ходе которой лобовая торцовая поверхность охватываемого резьбового элемента находится в осевом примыкании с кольцевой поверхностью упора свинчивания охватывающего резьбового элемента. Эта четвертая часть Р 4 соответствует конечному этапу свинчивания. Крутящий момент при свинчивании CAB, который соответствует завершению третьей части P3 и началу четвертой части Р 4, называется крутящим моментом на заплечике. Крутящий момент при свинчивании СР, который соответствует завершению четвертой части Р 4, называется крутящим моментом пластификации. Предполагается, что вслед за этим крутящим моментом пластификации СР охватываемый упор свинчивания (концевая часть охватываемого резьбового элемента) и/или охватывающий упор свинчивания (зона, расположенная за кольцевой опорной поверхностью охватывающего резьбового элемента) претерпевает пластическую деформацию, которая может ухудшить эффективность контактного уплотнения уплотняющих поверхностей. Разность между данными величинами крутящего момента пластификации СР и крутящего момента на заплечике CAB называется сопротивлением крутящему моменту на заплечике CSB (CSB = СР - CAB). В конце свинчивания резьбовое трубное соединение подвергается оптимизированному затягиванию, что является мерой по оптимизации механической прочности резьбового узла, например, в отношении напряжений при растяжении, но также и в отношении случайного развинчивания в ходе эксплуатации и оптимизированной эффективности уплотнения. Таким образом, проектировщик резьбового соединения должен определить для данного типа резьбового соединения величину оптимизированного крутящего момента при свинчивании, который должен для всех узлов этого типа соединения быть меньше,чем крутящий момент пластификации СР (во избежание пластификации упоров и последующих неблагоприятных условий), и больше, чем крутящий момент на заплечике CAB. Завершение свинчивания при крутящем моменте меньшем, чем CAB, не гарантирует правильного относительного положения охватываемого и охватывающего элементов и, таким образом, надлежащего затягивания их уплотняющих поверхностей. Эффективное значение крутящего момента на заплечике CAB значительно колеблется при переходе от одного узла к другому для одного и того же типа соединения, поскольку он зависит от эффективных диаметров резьб и охватываемой, и охватывающей уплотняющей поверхности (поверхностей), поэтому оптимизированный крутящий момент при свинчивании должен быть существенно выше,чем крутящий момент на заплечике CAB. Как следствие, чем выше величина сопротивления крутящему моменту на заплечике CSB, тем шире пределы для определения оптимизированного крутящего момента при свинчивании, и тем более прочным будет резьбовое соединение в отношении рабочих нагрузок. Для защиты чувствительных частей, таких как резьбы, от истирания в ходе операций свинчивания и развинчивания резьбы обычно освобождают от защитной смазки и покрывают специальной смазкой для свинчивания, такой как смазка API RP 5A3 (ранее - API Bull. 5A2). Использование подобной смазки, наполненной тяжелыми и/или токсичными металлами, такими как свинец, в дополнение к невыгодности нанесения второго покрытия на устье скважины, обладает недостатком, вызванным загрязнением скважины и окружающей среды, поскольку избыток смазки выталкивается из резьб в ходе свинчивания. Предлагались и другие типы защиты. Так, предложена замена двух последовательных покрытий смазкой одним покрытием, которое осуществляется в цехе производства резьбового элемента и состоит из тонкого слоя смазочного материала пастообразной или воскообразной консистенции, называемого полусухим и включающего по меньшей мере одну противозадирную присадку с химическим действием. Этот тонкий слой образует полусухое покрытие, которое обладает недостатком, связанным с необходимостью механической защиты от загрязнения частицами пыли или песка в ходе транспортировки и хранения. Другими предложениями являются замена смазки различными защитными покрытиями, находящимися в твердом состоянии, которые наносятся в цехе производства резьбового элемента и включают твердую матрицу, которая сцепляется с подложкой и в которой диспергированы частицы твердого смазочного материала (материалов); в частности, можно упомянуть дисульфид молибдена MoS2. В патенте WO 2006/104251 раскрывается свинченное соединение, включающее вязкий смазывающий слой, покрытый сухой твердой пленкой. Пленка не является смазывающей. Смазывающий слой находится в нетвердом состоянии. Таким образом, целью изобретения является улучшение ситуации и, точнее, предложение смазывающей композиции (или покрытия) с коэффициентом трения, который выбирается с целью получения выбранной величины сопротивления крутящему моменту на заплечике, которая определяется исходя из той величины, которая получается для такого же резьбового соединения с резьбовыми элементами, покрытыми стандартной смазкой API RP 5A3, и позволяет использовать оптимизированную стандартную величину крутящего момента при свинчивании (стандартную величину, определяемую для смазки APIRP 5A3). Это может позволить избежать уменьшения величины оптимизированного крутящего момента при свинчивании для данного типа соединения и для эталонной смазки API, и в экстремальной ситуации может позволить избежать невозможности гарантированного функционирования упора. С этой целью изобретение предлагает пленкообразующую смазывающую композицию для свинчивания резьбовых соединений, которая предназначена для покрытия по меньшей мере одной резьбы и упора свинчивания резьбового элемента компонента резьбового трубного соединения пленкой, которая сцепляется с резьбой и нижерасположенным упором свинчивания, где указанный упор свинчивания предназначен для плотного прилегания ко второму упору второго компонента указанного резьбового трубного соединения в ходе конечного этапа свинчивания и где указанная смазывающая композиция включает матрицу. Матрица включает по меньшей мере один деформационностойкий материал, выбираемый таким образом, чтобы он наделял указанную композицию в дополнение к смазывающему эффекту величиной сопротивления крутящему моменту на заплечике, которая, по меньшей мере, была бы равна пороговому значению. Иными словами, изобретение предлагает смазывающую композицию для свинчивания резьбовых соединений, где упругий эффект может выбираться в зависимости от контактных напряжений Герца,которым резьбовой элемент, который частично должна покрывать смазывающая композиция, должен подвергаться в конце операций затягивания. Упругий эффект может выбираться в зависимости от динамической скорости. В зависимости от ограничений, налагаемых рассматриваемым применением, композиция может находиться в цельной форме и, конкретнее, в твердой форме для ее распыления в расплавленном состоянии, или являться разбавленной в форме дисперсии или эмульсии в органическом веществе или воде. Композиция смазочного материала для свинчивания резьбовых соединений может быть разделена на большое количество вариантов, по меньшей мере, некоторые характеристики которых могут комбинироваться, в частности указанный деформационностойкий материал (материалы) размещают так, чтобы он позволял получить величину сопротивления крутящему моменту на заплечике, по меньшей мере, равную пороговому значению, которое равно 90% эталонного значения сопротивления крутящему моменту на заплечике для смазки типа API RP 5A3; указанный деформационностойкий материал (материалы) размещают так, чтобы он позволял получить величину сопротивления крутящему моменту на заплечике, по меньшей мере, равную пороговой величине, которая равна 95%, предпочтительно 100%, более предпочтительно 120% эталонного значения сопротивления крутящему моменту на заплечике для смазки типа API RP 5A3, полученного для указанного резьбового трубного соединения (JF); деформационностойкий материал включает 1-99 вес.% терпеновой смолы на основе -пинена, канифольной кислоты и смоляной кислоты, этерифицированных пентаэритритом, на основе канифольной кислоты и смоляной кислоты, гидрированных и этерифицированных глицерином, и/или на основе полимеризованной канифоли; деформационностойкий материал включает 1-99 вес.% канифольной кислоты и смоляной кислоты,этерифицированных пентаэритритом; композиция включает 10-25 вес.% деформационностойкого материала; деформационностойкий материал включает 1-10 вес.% полиалкилметакрилата; композиция включает 5-20 вес.% полиэтиленового воска; композиция включает 0-5 вес.% композита полиэтилен-политетрафторэтилен; композиция включает 10-25 вес.% этерифицированной канифоли, предпочтительно 10-20 вес.%; композиция включает 0-20 вес.% карнаубского воска, предпочтительно 4-12 вес.%; композиция включает 10-35 вес.% стеарата цинка, предпочтительно 20-26 вес.%; композиция включает 10-40 вес.% ортофосфата-силиката цинка-кальция-стронция, предпочтительно 18-22 вес.%; композиция включает 1-12 вес.% фторида графита, предпочтительно 4,5-7 вес.%; композиция включает 0-4 вес.% политетрафторэтилена; композиция включает 1-3 вес.% нитрида бора; композиция включает 2-8 вес.% дисульфида вольфрама, предпочтительно 3-6 вес.%; композиция включает 2-8 вес.% сшивающего агента; композиция включает по меньшей мере одну тормозящую присадку, состоящую из дисперсий минеральных или органических частиц, которая обладает относительно высокой величиной нагрузки разрыва и/или сильными взаимодействиями между частицами или взаимным притяжением частиц, и/или с твердостью по Моосу от средней до высокой, и/или реологическими свойствами, которые сопротивляются или противодействуют движению, при этом каждая тормозящая присадка выбирается из группы, которая включает по меньшей мере оксид висмута, оксид титана, коллоидный кремнезем и сажу; композиция включает частицы твердого смазочного материала (материалов), диспергированные в матрице; указанная частица (частицы) твердого смазочного материала включают частицы смазочных материалов из по меньшей мере одного из классов 1, 2, 3 и 4; частицы твердого смазочного материала (материалов) включают частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2 и по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 1; частицы твердого смазочного материала (материалов) включают частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2 и по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 4; частицы твердого смазочного материала (материалов) включают частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 1 по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2 и по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 4; частицы твердого смазочного материала (материалов) включают частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2, которые выбираются из фторида графита, сульфидов олова,сульфидов висмута, фторидов кальция и дисульфида вольфрама; частицы твердого смазочного материала (материалов) включают, по меньшей мере, частицы политетрафторэтилена как твердого смазочного материала из класса 4; частицы твердого смазочного материала (материалов) включают, по меньшей мере, молекулы по меньшей мере одного фуллерена со сферической или трубчатой геометрией; указанная матрица имеет твердую консистенцию, которая не является липкой на ощупь, и включает по меньшей мере одно вяжущее вещество, проявляющее вязкоупругие свойства; указанная матрица включает по меньшей мере одно металлическое мыло; мыло выбирается из группы, которая включает, по меньшей мере, стеарат натрия, стеарат цинка,стеарат кальция, стеарат лития, стеарат алюминия и стеарат висмута; указанная матрица включает по меньшей мере один воск растительного, животного, минерального или синтетического происхождения; указанная матрица включает по меньшей мере один жидкий полимер с кинематической вязкостью при 100 С по меньшей мере 850 мм 2/с; указанный жидкий полимер выбирается из группы, которая включает по меньшей мере один полиалкилметакрилат, полибутен, полиизобутен, полисилоксан и полидиалкилсилоксан; частицы твердого смазочного материала могут включать молекулы по меньшей мере одного фуллерена со сферической или трубчатой геометрией; матрица может включать по меньшей мере одно минеральное вяжущее вещество, такое как силикат щелочного металла; матрица может иметь твердую консистенцию, не липкую на ощупь, и включать по меньшей мере одно вязкоупругое вяжущее вещество, такое как эластомер или латекс; весовой состав твердых смазочных материалов может, например, быть следующим: 20-99 вес.% фторида графита, 5-30 вес.% нитрида бора, 1-80 вес.% политетрафторэтилена; весовой состав твердых смазочных материалов может, например, быть следующим: 20-99 вес.% сульфидов олова, 5-30 вес.% нитрида бора, 1-80 вес.% политетрафторэтилена; весовой состав твердых смазочных материалов может, например, быть следующим: 20-99 вес.% сульфидов висмута, 5-30 вес.% нитрида бора, 1-80 вес.% политетрафторэтилена; матрица может иметь пастообразную консистенцию (т.е. иметь точку каплепадения). В этом случае смазывающая композиция может включать по меньшей мере одну противозадирную присадку с химическим действием. В ходе данного исследования заявитель отметил важность высокой величины сопротивления крутящему моменту на заплечике, например, 100% или более относительно эталонной величины, или даже очень высокую величину сопротивления крутящему моменту на заплечике, например 120% или более относительно эталонной величины, что позволяет сохранять геометрию упоров и увеличивать количество операций свинчивания/развинчивания. Изобретение также предлагает резьбовой элемент компонента резьбового трубного соединения, содержащий по меньшей мере одну резьбу и упор свинчивания, в который в конце операции свинчивания должен упираться второй упор второго компонента указанного резьбового трубного соединения и в котором по меньшей мере одна резьба и упор свинчивания покрываются тонким слоем, сцепляющимся с поверхностью резьбы и упора свинчивания и состоящим из смазывающей композиции представленного выше типа. Резьбовой элемент может быть доступен в нескольких вариантах, по меньшей мере, некоторые из характеристик которых могут комбинироваться, в частности он может, по меньшей мере, частично покрываться смазывающей композицией с толщиной в интервале 10-50 мкм; он также может включать уплотняющую поверхность, предназначенную для образования затянутого уплотняющего контакта с соответствующей уплотняющей поверхностью второго резьбового элемента после операции свинчивания и покрытую указанной смазывающей композицией; его упор свинчивания может представлять собой кольцевую опорную поверхность; его поверхности, покрытые смазывающей композицией, могут иметь геометрические, физические и/или химические характеристики, которые придают им способность адсорбировать или поглощать указанную смазывающую композицию; его поверхности могут покрываться покрытием или пленкой, выполняющими роль защиты от коррозии. Изобретение также предлагает резьбовое трубное соединение, содержащее охватываемый резьбовой элемент и охватывающий резьбовой элемент по меньшей мере один из которых относится к представленному выше типу. Другие характеристики и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания и сопроводительных иллюстраций, на которых фиг. 1 схематически показывает пример профиля крутящего момента при свинчивании (зависимость крутящего момента от количества оборотов); фиг. 2 схематически показывает в поперечном сечении по оси XX вариант осуществления охватывающего элемента первого компонента резьбового трубного соединения, относящегося к типу VAM ТОР; фиг. 3 схематически показывает в поперечном сечении по оси XX вариант осуществления охватываемого элемента второго компонента резьбового трубного соединения, относящегося к типу VAM TOP; фиг. 4 схематически показывает в поперечном сечении по оси XX вариант осуществления резьбового трубного соединения, относящегося к типу VAM ТОР и составленного путем сборки охватываемого и охватывающего элементов, показанных на фиг. 2 и 3; фиг. 5 схематически и функционально показывает вариант осуществления машины бриджменовского типа. Сопроводительные иллюстрации служат не только для аргументации изобретения, но и при необходимости оказывают влияние на его определение. Целью изобретения является предложение пленкообразующей смазывающей (или покрывающей) композиции для свинчивания резьбовых соединений, имеющей коэффициент трения, который выбирается таким образом, чтобы получить величину сопротивления крутящему моменту на заплечике, которая,по меньшей мере, равна пороговой величине на резьбовом элементе компонента резьбового трубного соединения, соответствующей профилю крутящего момента при свинчивании, который определяется, в частности, указанной величиной сопротивления крутящему моменту на заплечике. Впредь компонент будет предполагаться как предназначенный для бурения или эксплуатации углеводородной буровой скважины и как оснащенный по меньшей мере одним охватываемым или охватывающим резьбовым элементом связанного или интегрированного резьбового трубного соединения семейства VAM (торговая марка) или его эквивалента. Однако изобретение не ограничивается ни этим способом применения, ни упомянутым выше типом резьбового трубного соединения. На самом деле изобретение относится к резьбовому трубному соединению любого типа независимо от его применения при условии, что оно включает по меньшей мере один охватываемый или охватывающий резьбовой элемент, оснащенный по меньшей мере одной резьбой и упором свинчивания, которые должны быть смазаны с использованием той же смазывающей (или покрывающей) композиции. Скорости вращения могут составлять примерно 10-30 об/мин в начале свинчивания после введения резьб в контакт и, максимально, 2-5 об/мин в конце свинчивания. Диаметры, как правило, составляют 50-400 мм, линейные скорости находятся в интервале от 0,3 м/с в начале свинчивания до 0,005 м/с в конце свинчивания. Кроме того, контактное давление мало в начале свинчивания и очень велико в конце свинчивания в зонах уплотнения и упора. Фрикционные расстояния на резьбах велики от начала свинчивания до конца. Фрикционные расстояния в зонах уплотнения и упора в конце свинчивания очень малы. Смазывающая композиция предназначена для распределения сверхвысоких давлений, например около 1,5 ГПа, в конце свинчивания и низких скоростей и уменьшения изнашивания при заедании и ползучести резьбы. Увеличение трения при значительном уменьшении скорости и возрастании контактного напряжения Герца является преимуществом. Показано, что испытание Бриджмена пригодно для испытаний представленных смазывающих композиций; и наоборот, другие испытания,например, с использованием машины Амслера, не подходят для области свинчивания, поскольку они относятся к контакту в условиях качения, который отсутствует в ходе свинчивания соединения. Эти чрезвычайно специфические требования при свинчивании с уплотняющими зонами и упорами подразумевают, что смазывающая композиция, приспособленная к другим применениям, должна быть сразу же исключена. Как показано на фиг. 2 и 3, компонент Т 1 или Т 2 включает корпус, или регулярную часть PC, которая завершается резьбовым охватывающим EF или охватываемым ЕМ элементом (или концом). Охватывающий резьбовой элемент EF (см. фиг. 2) включает по меньшей мере одну внутреннюю резьбу F1 и упор свинчивания BVF, который присутствует, например, в форме внутренней кольцевой поверхности (выпуклой конической - в случае резьбового соединения, относящегося к типу VAM ТОР),расположенной ниже внутренней резьбы FI. В данном случае роль начала отсчета играет свободный конец охватывающего резьбового элементаEF. В результате любые элементы после свободного конца определяются как находящиеся ниже него. В примере, показанном на фиг. 2, внутренняя резьба FI располагается ниже свободного конца, но выше упора свинчивания BVF. Термин "внутренний" в том смысле, как он используется в данном описании, подразумевает участок, расположенный вдоль поверхности (или поверхность), который ориентирован в сторону продольной оси XX охватывающего резьбового элемента EF. Как показано на фиг. 2, охватывающий резьбовой элемент EF может, необязательно, включать поверхность уплотнения металл-металл SEF, расположенную между внутренней резьбой FI и упором свинчивания BVF. Охватываемый резьбовой элемент (см. фиг. 3) включает по меньшей мере одну наружную резьбуFE и упор свинчивания BVM, который присутствует, например, в форме кольцевой торцовой поверхности (вогнутой конической - в случае резьбового соединения, относящегося к типу VAM ТОР), расположенной выше наружной резьбы FE на свободном конце. В данном случае роль начала отсчета играет свободный конец охватываемого резьбового элемента ЕМ. В результате все участки после свободного конца называются расположенными ниже него. Термин "наружный" подразумевает элемент, расположенный на поверхности (или поверхность),который ориентирован в направлении, радиально противоположном продольной оси XX охватываемого резьбового элемента ЕМ. Как показано на фиг. 3, охватываемый резьбовой элемент ЕМ может факультативно содержать поверхность уплотнения металл-металл SEM, расположенную между упором свинчивания BVM и наружной резьбой FE. Следует отметить, что внутренняя резьба FI, как и наружная резьба FE, могут находиться в форме одного или нескольких отдельных резьбовых участков, которые аксиально и/или радиально отдалены один от другого и расположены на цилиндрических или конических поверхностях. Как показано на фиг. 4, резьбовое трубное соединение JF соединяется путем сборки посредством свинчивания охватывающего резьбового элемента EF первого компонента Т 1 с охватываемым резьбовым элементом ЕМ второго компонента Т 2. Указанное свинчивание определяется профилем крутящего момента при свинчивании, относящимся к типу, который показан на фиг. 1, и отличающимся крутящим моментом на заплечике CAB, крутящим моментом пластификации СР и сопротивлением крутящему моменту на заплечике CSB (соответствующие определения которых даны во вводной части). Свинчивание выполняется тогда, когда по меньшей мере один из упоров свинчивания, BVF и/илиBVM, и внутренняя резьба FI и/или наружная резьба FE, и факультативно поверхности уплотнения металлметалл SEF и SEM охватывающего резьбового элемента EF и/или охватываемого резьбового элемента ЕМ покрыты смазывающим покрытием (или композицией). Это покрытие (или композиция) может наноситься на охватывающий EF и/или охватываемый ЕМ резьбовые элементы в цехе, где они производятся. Смазывающая композиция имеет пленкообразующую природу. Она способна образовывать на подложке тонкий слой (пленку), предназначенную для сцепления с этой подложкой. Она содержит матрицу,содержащую по меньшей мере один деформационностойкий материал. Как будет видно ниже, такая смазывающая композиция предназначена для того, чтобы обеспечивать свойство деформационной стойкости в условиях, называемых нарастанием фрикционных пластических деформаций упора свинчивания(т.е. в конце этапа затягивания). Обеспечение упругих свойств в дополнение к пластичности допускает возрастание усилий сдвига под действием силы трения. Усилия сдвига тем больше, чем больше упругая составляющая и чем выше скорость сдвига. Эффект деформационной стойкости, позволяющий осуществлять большое количество операций свинчивания/развинчивания, достигается при условии сохранения фрикционных свойств и приемлемых значений крутящего момента на заплечике, предотвращения вызываемого сдвигом дополнительно разогрева, который может изменять реологические свойства матрицы,предотвращения разрыва пленки при напряжении, превышающем уровень напряжения, приводящего ее в состояние чувствительности к эффекту избыточного смазывания, называемого надвигом, и предотвращения эффекта пленки. Деформационностойкий материал, образующий часть матрицы, обеспечивает упругие свойства композиции, которая иначе обладает значительной пластичностью. Матрица, также называемая вяжущим веществом, может связывать активную составляющую или доставлять ее в заданное положение. Она также служит в качестве когезионного агента в гетерогенной системе и может выполнять функции, которые дополняют функции активных составляющих, которые она связывает или переносит. Она может иметь твердую консистенцию, не липкую на ощупь, или вязкую консистенцию (т.е. иметь точку каплепадения). Однако предпочтительно она проявляет реологические свойства, соответствующие модулю упругости большему, чем пластичный или вязкопластичный модуль,в особенности на низкой частоте и/или при низких сдвиговых усилиях, а также свойства смазочного материала. Термин "низкая частота" в данном случае означает частоту менее 7,5 Гц. Композиция может обладать модулем упругости, в значительной мере постоянным в широком интервале частот с эталонным значением в интервале 0,1-100 Гц, который может, например, находиться в интервале 95-105% относительно эталонной величины. Коэффициент затухания, или фазовый угол , представляет собой отношение рассеянной энергии к сохраненной энергии, которая затем трансформируется в ходе синусоидального цикла деформации. Фазовый уголможет принимать небольшое значение, в частности при частотах от 0,1 до по меньшей мере 7,5 Гц. Фазовый уголможет быть менее 50 при частоте 0,2 Гц, менее 30 - при 0,5 Гц, менее 15 - при 1 Гц, менее 10 - при 5 Гц, и/или менее 6 - при 10 Гц. Прочность на сдвиг превосходна, поэтому высоко сопротивление крутящему моменту на заплечике, которое составляет, например, более 90% относительно эталонного значения. Характеристики упругости значительно повышаются благодаря присутствию в матрице деформационностойких материалов. Модули упругости и вязкости в значительной мере не зависят от частоты, по меньшей мере, в выбранном интервале частот. Деформационностойкие материалы могут включать, по меньшей мере, канифольную и/или смоляную кислоту, и/или по меньшей мере один полимер с высокой вязкостью, например алкилсодержащее соединение, в частности полиалкилметакрилат, полибутен, полиизобутен, полисилоксан, и/или синтетический эластомер, в частности в виде раствора в масле, например стирол-этилен-бутилен-стирольный блок-сополимер, или сополимер этилена и октена, или природный эластомер, например, относящийся к латексам или каучукам. Одновременное присутствие этерифицированной канифоли и полиалкилметакрилата обеспечивает удовлетворительные эффекты взаимного усиления. Термин "твердая консистенция" в том смысле, как он используется в данном описании, означает консистенцию (или состояние), которая не является ни жидкой, ни газообразной, ни тестообразной. Точнее, матрица (или пленка) в данном случае считается находящейся в твердом состоянии (или консистенции), если она имеет температуру плавления, которая превышает температуру, действию которой подвергаются ее составляющие в ходе хранения и применения, с целью препятствования захватыванию пыли из атмосферы по причине их липкой природы и/или для препятствования контакту с матрицей (или пленкой) загрязняющих поверхностей, и/или для предотвращения загрязнения ими окружающей среды путем миграции, дренажа или экструзии в ходе свинчивания/развинчивания. Механизмы трения в ходе свинчивания и развинчивания резьбовых трубных соединений усложняются большим разнообразием встречающихся скоростей трения. Скорости могут быть относительно высокими в ходе свинчивания и почти нулевыми в конце свинчивания (или на этапе затягивания) или в начале развинчивания (на этапе ослабления). Кроме того,в те же периоды трения чрезвычайно велики контактные напряжения Герца, что приводит к существованию ограничениям. Следует помнить, что термин "контактное напряжение (или давление) Герца" означает нагрузку,которая прилагается посредством контакта на поверхности (и которая приводит к возникновению упругой деформации на ней), ограниченной площадью поверхности. При высоких контактных напряжениях Герца твердые непластичные материалы могут претерпевать внутренний сдвиг, который снижает срок их службы из-за усталости материала, в то время как твердые пластичные материалы подвергаются этому сдвигу в соответствии с законами течения, генерируя поверхность трения. Для преодоления трудностей, связанных с вышеупомянутыми кинетическими напряжениями, полезным является использование матрицы, свойства которой по природе являются пластичными, допускают вязкое течение под действием напряжения и приспосабливаются ко всем встречающимся случаям скоростей. Матрица, образованная несколькими составляющими, лучше выполняет свои функции в присутствии большого разнообразия сдвигов. Фактически она может удерживать на месте другие активные элементы и вносить вклад в образование стабильных пленок переноса или возникновение эффекта многоcлойности. Например, можно использовать матрицу в твердом состоянии, которая содержит по меньшей мере один термопластичный полимер (или смолу), который попадает в категорию вязкопластичных полимеров, как, например, полиэтилен или акриловое вещество. Полиэтилен интересен тем, что он не страдает от трудностей применения, связанных с высокой вязкостью в расплавленном состоянии, что имеет место в случае таких вязкопластичных полимеров, как полиамид 6, полиамид 11 или полипропилен. Преимущественными полиэтиленами являются те из них, которые имеют температуры плавления выше 105 С. Однако может использоваться матрица с температурой плавления в интервале 80-400 С. Следует помнить, что термин "термопластичный" описывает легкоплавкий полимер, который может обратимо размягчаться и затем плавиться при нагревании до соответствующих температур TG и TF(температуры стеклования и температуры плавления) и затвердевать, а затем стекловаться при охлаждении. Термопластичные полимеры, в отличие от термореактивных полимеров, преобразуются без химической реакции. Термореактивные полимеры в данном случае используются для получения вязкого течения при трении с сохранением статической и устойчивой сухой (не липкой на ощупь) структуры в твердом состоянии. Наоборот, термореактивные полимеры, как правило, под действием напряжения не проявляют или проявляют крайне слабые вязкие свойства. Следует отметить, что, если матрица должна иметь твердую консистенцию и высокую механическую прочность, она может включать вяжущее вещество термореактивного типа, такое как эпоксидная смола, полиуретан, силикон, алкилуретан или фенолформальдегидная смола. В одном из вариантов матрицы этого типа также возможно использование минеральных вяжущих веществ, таких как силикаты или хелаты, такие как титанаты, или органические силикаты. В этих случаях композиция также не является липкой на ощупь. Кроме того, матрица может иметь твердую консистенцию, которая не является липкой на ощупь, и обладать вязкоупругими свойствами. В этом случае, она может включать эластомер или латекс. Для того чтобы под действием квазистатических условий реагировать на напряжения, ограничивающие смазывание и связанные с чрезвычайно высокими фрикционными нагрузками, в матрице может диспергироваться по меньшей мере один твердый смазочный материал. Термин "твердый смазочный материал" в том смысле, как он используется в данном описании, означает твердое устойчивое вещество, которое, при его размещении между двумя поверхностями трения,позволяет понизить коэффициент трения и уменьшить изнашивание и повреждение этих поверхностей. Такие вещества можно классифицировать по разным категориям, определяемым механизмом их функционирования и их структурой класс 1: твердые вещества, смазывающие свойства которых существуют благодаря их кристаллической структуре, имеющей способность разрушаться под небольшим сдвиговым усилием между определенными кристаллическими плоскостями, как, например, нитрид бора (BN); класс 2: твердые вещества, смазывающие свойства которых существуют благодаря их кристаллической структуре, как указано для класса 1, а также благодаря наличию в их составе химического элемента,который вступает в реакцию с металлическими поверхностями и обеспечивает поверхности дополнительным свойством поверхностного связывания, которое способствует образованию относительно стабильного слоя переноса смазывания, как, например, дисульфид молибдена MoS2, фторид графита, сульфиды олова, сульфиды висмута или дисульфид вольфрама; класс 3: твердые вещества, смазывающие свойства которых возникают из их химической реакционной способности по отношению к металлическим поверхностям, которые могут образовывать разрушаемые комплексные соединения, обладающие пластичными или смазывающими свойствами, как, например, некоторые химические соединения тиосульфатного типа или Desilube 88, продаваемый DesilubeTechnologies, Inc; класс 4: твердые вещества, смазывающие свойства которых возникают благодаря их пластичным или вязкопластичным свойствам под действием фрикционного напряжения, в частности при воздействии на них сдвига, как, например, политетрафторэтилен (PTFE), полиэтилены, полипропилены, полиацетали или полиамиды. Данная классификация описана, например, в документах из курса, озаглавленного "Solid lubricants" и преподаваемого мистером Eric Gard в Ecole Nationale Superieure des Petroles et Moteurs (Франция). Помимо указанных классов существует отдельная категория фуллеренов, которые классифицируются как подкласс класса 1 с номенклатурой 1-3. Как известно средним специалистам в данной области, твердые смазочные материалы, находящиеся в твердом состоянии и в условиях гидродинамического смазывания, при диспергировании в текучей сре-7 023109 де и вязкоупругом материале склонны к устойчивому связыванию с поверхностями, таким образом, модифицируя их характеристики трения. Они переносятся к поверхности и связываются с ней химическими или физико-химическими связями, что приводит к значительной износостойкости и улучшенным фрикционным свойствам. В зависимости от природы твердых веществ, это обеспечивает поверхности противоизносной защитой, прочностью и износостойкостью под действием сверхвысоких давлений, генерируемых высокими нагрузками напряжений на поверхности (контактных напряжений Герца), и низким коэффициентом трения в широком спектре нагрузок и скоростей трения. Указанные свойства для генерирования эффекта пленки переноса, или эффекта фольги, используются для тех типов трения, в которых поверхности подвергаются действию напряжений периодически повторяющимся образом, как происходит в ходе свинчивания и развинчивания резьбовых трубных соединений. Композиция может включать только один твердый смазочный материал, например только фторид графита, или только сульфид олова, или только сульфид висмута. Однако комбинированное применение по меньшей мере двух твердых смазочных материалов, принадлежащих к различным классам, может приводить к эффектам взаимного усиления и, таким образом, к очень высоким эффективностям смазывания. Термин "эффект взаимного усиления" в том смысле, как он используется в настоящем описании, означает ситуацию, в которой комбинация твердых смазочных материалов, обладающих некоторыми базовыми свойствами, приводит к эффективностям, которые превосходят кумулированные базовые свойства указанных твердых смазочных материалов, взятых по отдельности. Предпочтительные для использования в изобретении твердые смазочные материалы включают, по меньшей мере, соединения класса 2, такие как фториды графита, сульфиды олова или сульфиды висмута,которые мало использовались до настоящего времени. Они отличаются от традиционных твердых смазочных материалов, таких как графит (который может ускорять возникновение коррозии) или дисульфид молибдена (который, как известно, неустойчив в присутствии влаги и высвобождает оксид серы, приводящий к коррозии стали, или сероводород, который может приводить к чувствительности стали к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC, большей способностью к связыванию с металлами и лучшей эффективностью под действием сверхвысоких давлений. При их использовании совместно с твердыми смазочными материалами из других классов, они позволяют добиться выдающихся эффективностей. Соединения из вышеупомянутого класса 2 могут применяться в форме частиц, где частицы твердого смазочного материала относятся к по меньшей мере одному из классов 1, 3 и 4. Так, можно использовать частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2 и по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 4, или частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 1 и по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2, или частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2 и, по меньшей мере, одного твердого смазочного материала из класса 3, или частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 1 по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 2 и по меньшей мере одного твердого смазочного материала из класса 4. Значительное увеличение количества циклов свинчивания и развинчивания по сравнению с эффектом взаимного усиления класса 2 в сочетании с классом 4 наблюдалось в условиях эксплуатации на месте с системами, комбинирующими классы 1, 2 и 4. В качестве примера частицы твердого смазочного материала из класса 1 могут представлять собой частицы нитрида бора. В качестве еще одного примера частицы твердого смазочного материала из класса 2 могут представлять собой частицы фторида графита, сульфида олова, сульфида вольфрама или сульфида висмута. Частицы из класса 3 могут представлять собой частицы Desilube 88 (продаваемого Desilube Technologies Inc). В качестве еще одного примера частицы твердого смазочного материала из класса 4 могут представлять собой частицы политетрафторэтилена (PTFE) (класс 4). Особенно хорошие эффекты взаимного усиления получены на следующих комбинациях: фторид графита (класс 2)/PTFE/нитрид бора (класс 1), сульфид вольфрама (класс 2)/PTFE (класс 4)/нитрид бора (класс 1) и сульфид висмута (класс 2)/PTFE (класс 4)/нитрид бора (класс 1). Как указывалось выше, смазывающая композиция может включать в дополнение к матрице (или вяжущему веществу) и любым частицам твердого смазочного материала (материалов) по меньшей мере одну тормозящую присадку (или пигмент). Каждая тормозящая присадка (или пигмент) диспергируется в матрице. Тормозящая присадка (присадки) (или пигмент (пигменты выбирается (выбираются) в зависимости от профиля крутящего момента при свинчивании резьбового трубного соединения, по меньшей мере,охватываемого ЕМ или охватывающего EF трансформированного элемента, который она должна покрывать. Точнее, она (они) выбирается (выбираются) так, чтобы обеспечить композицию в дополнение к смазывающим свойствам коэффициентом трения, который выбирается таким образом, чтобы позволить получить величину сопротивления крутящему моменту на заплечике CSB, по меньшей мере, равную пороговому значению. Следует понимать, что каждая тормозящая присадка выбирается в зависимости от конкретных физических свойств, обеспечивающих композицию способностью "тормозить" движение, прилагаемое в ходе свинчивания в условиях смазывания, в зависимости от профиля крутящего момента при свинчива-8 023109 нии резьбового трубного соединения, и, таким образом, от способа его получения. По существу, два материала, которые находятся под действием относительного трения, разделяются третьим веществом, расположенным между ними (в данном случае - смазывающей композицией), и их свойства определяются действием по меньшей мере двух факторов: реологических свойств матрицы и поведения определенных твердых соединений, присутствующих в составе указанного третьего вещества. Реологические свойства третьего вещества могут быть гидродинамическими в случае масла, вязкопластичными - в случае некоторых восков и некоторых полимеров, или гранулярными - в случае некоторых нековких или очень твердых минеральных соединений. Поведение некоторых твердых веществ, присутствующих в составе третьего вещества, варьируется в соответствии с определенными параметрами концентрация третьего вещества в гидродинамической или вязкопластичной среде; твердость, или прочность на раздавливание, частиц твердых соединений, которая характеризуется твердостью по Моосу; способность к разрыву кристаллов твердых веществ с различными уровнями напряжения, что,главным образом, зависит от кристаллической структуры; взаимодействия между частицами, которые зависят от формы и поверхностной энергии частиц твердого вещества, и способность частиц связываться между собой (притяжение между атомами посредством связей ван-дер-ваальсовского типа, зависящих от химической природы частиц); эти взаимодействия приводят к склонности противодействовать движению; обратные реологические свойства (или обратная тиксотропия) некоторых высокомолекулярных органических присадок, позволяющая им противодействовать сдвиговому усилию и, таким образом, противодействовать движению. Важно отметить, что относительные количественные соотношения составляющих различных типов в смазывающей композиции, главным образом, зависят от типа используемой твердой матрицы (термопластичная, термореактивная и др.). В качестве примера, когда твердая матрица относится к типу термопластичных, смазывающая композиция может включать содержание матрицы в интервале от приблизительно 75 до приблизительно 97%, содержание твердого смазочного материала (материалов) в интервале от приблизительно 3 до приблизительно 25%. Также следует понимать, что изменения различных количественных соотношений для трех типов компонентов смазывающей композиции друг относительно друга, в частности, зависит от типа резьбового трубного соединения, которое они должны частично покрывать, и напряжений, которым подвергается это резьбовое трубное соединение, в частности, в условиях эксплуатации на месте. Относительные весовые составы трех типов компонентов (твердая матрица, твердый смазочный материал (материалы) и тормозящая присадка (присадки смазывающей композиции могут, например, определяться с использованием теоретического моделирования, которое проводится при помощи программного обеспечения, запускаемого на компьютере, и трибологических испытаний, которые проводятся с использованием машины, известной средним специалистам в данной области (в области трибологии) как машина Бриджмена. Машина этого типа описана, в частности, в статье D. Kuhlmann-Wilsdorf и др.,озаглавленной "Plastic flow between Bridgmann anvils under high pressures", J Mater Res, vol 6, no 12, Dec 1991. Схематический и функциональный пример машины Бриджмена показан на фиг. 5. Эта машина содержит диск DQ, который может быть приведен во вращение с выбранными скоростями; первая наковальня ЕС, предпочтительно, конического типа, прикрепленная к первой лицевой поверхности диска DQ; вторая наковальня ЕС 2, предпочтительно, конического типа, прикрепленная ко второй лицевой поверхности диска DQ, которая противоположна первой лицевой поверхности; первый ЕР 1 и второй ЕР 2 элементы давления, такие как поршни, например, для приложения выбранных осевых давлений Р; третья наковальня ЕС 3, предпочтительно, цилиндрического типа, прикрепляемая к одной из лицевых поверхностей первого элемента давления ЕР 1; четвертая наковальня ЕС 4, предпочтительно, цилиндрического типа, прикрепляемая к одной из лицевых поверхностей второго элемента давления ЕР 2. Для испытания смазывающей композиции два куска материала, идентичного тому, который составляет резьбовой элемент, покрываются композицией, образуя первый S1 и второй S2 образцы. Затем первый образец S1 располагается между свободными лицевыми поверхностями первой ЕС 1 и третьей ЕС 3 наковален, а второй образец S2 располагается между свободными лицевыми поверхностями второй ЕС 2 и четвертой ЕС 4 наковален. Затем диск DQ вращается с выбранной скоростью при приложении выбранного осевого давления Р (например, давления порядка 1,5 ГПа) с использованием обоих элементов давления ЕР 1 и ЕР 2, и измеряется крутящий момент при свинчивании, действию которого подвергается каждый из образцов S1, S2. Осевое давление, скорость вращения и угол вращения выбираются в испытании Бриджмена так, что-9 023109 бы смоделировать давление Герца и относительную скорость опорных поверхностей в конце свинчивания. Благодаря указанной машине можно зафиксировать большое количество различных пар (крутящий момент, вращательная скорость) для измерения соответствующего крутящего момента при свинчивании на образцах S1 и S2 и установления того, следуют ли указанные образцы S1 и S2 приблизительно указанному профилю крутящего момента при свинчивании, и, в частности, позволяют ли они получить значение сопротивления крутящему моменту на заплечике CSB, по меньшей мере, равное пороговому значению, выбранному относительно этого профиля. Следует понимать, что испытания, проводимые при помощи машины Бриджмена, позволяют установить корреляцию между крутящим моментом, измеренным для образцов, которые покрыты смазывающей композицией согласно изобретению, и процентным отношением сопротивления крутящему моменту на заплечике CSB, которое получено в ходе операций свинчивания резьбовых элементов, покрытых той же смазывающей композицией. С целью улучшения некоторых избранных свойств композиции ее матрица может включать дополнительные элементы, как, например, такие, которые упоминаются ниже посредством неисчерпывающей иллюстрации. Так, улучшенная пластичность матрицы композиции может быть достигнута путем добавления химических соединений, относящихся к типу металлических мыл, включая кальциевые, литиевые, алюминиевые, висмутовые, натриевые, магниевые или цинковые мыла (или стеараты), которые обеспечивают достижение превосходных результатов как в отношении количества этапов свинчивания и развинчивания в условиях эксплуатации на месте, так и в улучшении свойств повторной агломерации частиц изнашивания. Следует помнить, что термин "металлическое мыло" подразумевает легкоплавкие соединения,такие как мыла на основе щелочных и щелочно-земельных металлов и мыла на основе других металлов. В качестве примера возможное использование такого металлического мыла, как стеарат цинка, который обеспечивает эффект взаимного усиления с некоторыми ингибиторами коррозии. В качестве примера для улучшения смазывания, предлагаемого композицией, и, в частности, для оптимизации ее свойств блокирования частиц изнашивания и их повторной агломерации в ходе операций свинчивания/развинчивания матрица композиции может включать естественный жир, такой как воск или жир растительного, животного, минерального или синтетического происхождения. Следует помнить,что термин "воск" означает легкоплавкие соединения различного происхождения (минерального (в частности, полученные при перегонке нефти), растительного, животного или синтетического), обладающие смазывающими свойствами и имеющие твердую или более или менее вязкую консистенцию, температура плавления и температура каплепадения которых может широко варьироваться в зависимости от их природы. В качестве примера можно использовать карнаубский воск. Матрица может обладать повышенной адгезией тогда, когда она включает смолу (минеральную, растительную или синтетическую),например терпеновую смолу или производное терпеновой смолы, в частности канифоль. Канифоль может быть этерифицирована пентаэритритом. Можно использовать Dertoline P2L, продаваемый Les Derives Resiniques et Terpeniques. Следует отметить, что в зависимости от требуемых количеств ингибиторов коррозии может наблюдаться ухудшение свойств улавливания частиц изнашивания или их повторной агломерации. Для преодоления данного недостатка можно использовать очень вязкие полимеры, такие как полиалкилметакрилаты (РАМА), полибутены, полиизобутены или полисилоксаны. Так, превосходные результаты для повторной агломерации частиц изнашивания могут быть получены при помощи РАМА с кинематической вязкостью 850 мм 2/с при 100 С, продаваемый ROHMAX под торговой маркой VISCOPLEX 6-950. В качестве примера для усовершенствования защиты поверхности, которую должна покрывать композиция, от различных видов коррозии, матрица композиции может включать ингибитор коррозии. Следует помнить, что термин "ингибитор коррозии" подразумевает присадку, обеспечивающую жидкий или твердый материал, нанесенный на поверхность, способностью защищать эту поверхность по химическому, электрохимическому или физико-химическому механизму. Коррозионная стойкость также может улучшаться путем объединения выбранного ингибитора коррозии с соединениями, которые блокируют коррозию посредством других механизмов. Как указывалось выше, стеарат цинка, в частности, проявляет свойства взаимного усиления с ингибиторами коррозии и при этом вносит значительный вклад в смазывающие свойства матрицы. Основное испытание коррозионной защиты представляет собой испытание на воздействие соляным туманом, которое проводится в соответствии со стандартом ISO 9227, и определяется индексом Re в соответствии со стандартом ISO EN 2846-3 на пластине, обработанной путем марганцевой фосфатации(осаждение 8-20 г/м 2 фосфата). Эффективность в испытании на воздействие соляным туманом, проведенном в соответствии со стандартами (увеличение времени появления коррозии на 20%), можно улучшить путем добавления частиц оксида цинка нанометровых размеров (в среднем - 200 нм), которые применяются в виде простой суспензии в воде. В качестве примера для того, чтобы позволить композиции устойчивым образом блокировать участки, которые создаются шероховатостью поверхности, и для блокирования процесса повреждения поверхности и его распространения с образованием колкой структуры на поверхности, композиция может включать молекулы по меньшей мере одного фуллерена со сферической геометрией. Следует помнить,- 10023109 что термин "фуллерены" подразумевает молекулярные материалы, имеющие структуру замкнутых или открытых трубок или замкнутых сфер в форме монослоев или нескольких слоев. Сферические фуллерены в форме монослоя имеют размер порядка десятков нанометров и более 100 нм - в многослойной форме. Следует отметить, что по причине их размера и способности к взаимодействию фуллерены могут оказывать определяющее влияние на реологию среды, приводя к возникновению дополнительного явления вязкого сопротивления движению. В качестве примера для того, чтобы сделать возможной визуальную идентификацию обрабатываемых поверхностей, матрица композиции может включать по меньшей мере один краситель. Может использоваться органический краситель любого известного типа при условии, что его количество не ухудшает фрикционную эффективность. В качестве примера красители могут использоваться в количествах около 1%. В качестве примера для предотвращения разрушения покрытия из-за окисления вследствие, например, нагревания или воздействия ультрафиолетового (УФ) излучения, матрица композиции может факультативно включать по меньшей мере один антиоксидант. Следует напомнить, что основные группы антиоксидантов составляют полифенольные соединения, производные нафтиламина и органические фосфиты. Ортофосфат-силикат цинка-кальция-стронция, продаваемый под торговой маркой Halox SZP391,обеспечивает удовлетворительные результаты в качестве ингибитора коррозии. Смешиваемость элементов композиции может быть увеличена при помощи сорастворителя, позволяющего ее гомогенизировать. Для этого может использоваться сополимер с акрильными функциональными группами, например, продаваемый под торговой маркой Disperplast 1018. Факультативно, с целью придания составу гидрофобности и водоупорности, композиция может включать композит полиэтилен/политетрафторэтилен, например, продаваемый под торговой маркойPolyfluo 400XF. Подготовка поверхности участков охватываемого ЕМ и охватывающего EF резьбовых элементов к смазыванию может иметь преимущества. Фактически испытания свинчивания и развинчивания показали,что для получения надлежащей пленки переноса предпочтительной является модификация поверхности,которая покрывается для придания ей способности адсорбировать или поглощать смазывающую композицию или посредством механической обработки, как, например, пескоструйной или дробеструйной обработки, или посредством физической или химической модификации поверхностей с использованием реактивной или нереактивной обработки на основе поверхностных осаждений кристаллических минералов, химической коррозии, например кислотной коррозии, фосфатирования фосфатами цинка или марганца или оксалатной обработки, что приводит к химическому преобразованию поверхности. Среди этих способов обработки поверхности предпочтительным оказывается фосфатирование, поскольку оно позволяет получить поверхность с правильной адгезией, что приводит к образованию прочной и чрезвычайно стабильной пленки переноса, которая устойчива к действию трения и обладает базовой антикоррозионной защитой. Также может оказаться желательным проведение дополнительной подготовки поверхности, которая, в частности, заключается в пропитке пор на поверхности наноматериалами, которые имеют размеры,позволяющие вводить их в поры. Целью указанной пропитки является блокирование и насыщение центров, образованных порами, материалом, обладающим пассивирующим действием и защищающим поверхность от коррозии при условии сохранения хорошей адгезии покрытия. Далее приводятся два не ограничивающих примера композиции. Эти примеры хорошо исследованы на резьбовых трубных соединениях, относящихся к типу VAM ТОР НС, с номинальным диаметром 177,8 мм (7 дюймов) и весом на единицу длины 43,15 кг/м (29 фунтов/фут) из низколегированной стали (маркаL80) с использованием технических требований, опубликованных подразделением OCTG компании Vallourec и Mannesmann Tubes. Охватываемый резьбовой элемент обработан, например, путем цинкового фосфатирования (вес слоя - в интервале 4-20 г/м 2) перед нанесением покрытия (композиции), охватывающий резьбовой элемент подвергался марганцевому фосфатированию (вес слоя - в интервале 8-20 г/м 2). Охватываемый ЕМ и охватывающий EF резьбовые элементы предварительно нагревались до 130 С, после чего на них методом горячего распыления наносился слой толщиной 35 мкм смазывающей композиции, которая поддерживалась в расплавленном состоянии при 150 С; при этом композиция имеет следующий весовой состав: полиэтиленовый воск, продаваемый CLARIANT под торговой маркой LICOWAX РЕ 520: 15%; канифоль, этерифицированная пентаэритритом, в частности, продаваемая LES DERIVES RESINIQUES ET TERPENIQUES (DRT) под торговой маркой DERTOLINEP2L: 15%; карнаубский воск, продаваемый под торговой маркой LANCO 1955SF: 5%; стеарат цинка, продаваемый под торговой маркой LIGASTAB ZN70: 25%; РАМА, продаваемый ROHMAX под торговой маркой VISCOPLEX6-950: 8%; ортофосфат-силикат цинка-кальция-стронция, продаваемый под торговой маркой Halox SZP391: 20%; фторид графита: 5%; нитрид бора: 2%; дисульфид вольфрама: 5%; сополимер с функциональными группами, продаваемый под торговой маркой Disperplast 1018: 5%. В данном примере матрица относится к вязкоупругому типу; твердые смазочные материалы состоят из дисульфида вольфрама и фторида графита. В одном из вариантов композиция включает 10-25 вес.%, предпочтительно 10-20 вес.% смолы этерифицированной канифоли. Композиция может иметь следующий состав: полиэтиленовый воск: 10%; композит полиэтилен/политетрафторэтилен, продаваемый под торговой маркой Polyfluo 400XF: 5%; канифоль, этерифицированная пентаэритритом: 15%; карнаубский воск: 7%; стеарат цинка: 25%; РАМА: 8%; ортофосфат-силикат цинка-кальция-стронция: 15%; фторид графита: 7%; политетрафторэтилен, продаваемый под торговой маркой Algoflon L203: 2%; нитрид бора: 1%; сополимер с функциональными группами, продаваемый под торговой маркой Disperplast 1018: 5%. В одном из вариантов весовые процентные содержания находятся между значениями, приведенными в двух вышеприведенных примерах. В одном из вариантов можно, например, нанести путем горячего распыления на охватываемый ЕМ и охватывающий EF резьбовые элементы, нагретые до 130 С, слой толщиной 35 мкм смазывающей композиции, которая поддерживается в расплавленном состоянии при 150 С и имеет следующий весовой состав: полиэтиленовый воск: 12%; композит полиэтилен/политетрафторэтилен, продаваемый под торговой маркой Polyfluo 400XF: 3%; канифоль, этерифицированная пентаэритритом: 15%; карнаубский воск: 7%; стеарат цинка: 25%; РАМА: 8%; ортофосфат-силикат цинка-кальция-стронция: 18%; фторид графита: 6%; дисульфид вольфрама: 2%; сополимер с функциональными группами, продаваемый под торговой маркой Disperplast 1018: 4%. В данном варианте матрица также относится к вязкоупругому типу. В одном из вариантов композиция имеет следующий весовой состав: полиэтиленовый воск: 17%; композит полиэтилен/политетрафторэтилен, продаваемый под торговой маркой Polyfluo 400XF: 1%; канифоль, этерифицированная пентаэритритом: 20%; карнаубский воск: 5%; стеарат цинка: 19%; РАМА: 10%; ортофосфат-силикат цинка-кальция-стронция: 12%; фторид графита: 5%; политетрафторэтилен: 1%; нитрид бора: 2%; дисульфид вольфрама: 3%; сополимер с функциональными группами, продаваемый под торговой маркой Disperplast 1018: 5%. Сополимер с функциональными группами играет роль сшивающего агента. В одном из вариантов процентное весовое содержание каждого из нижеследующих компонентов может составлять менее 0,1%, предпочтительно менее 0,01%: сульфонат и карбоксилат кальция, оксид цинка, диоксид титана, триоксид висмута, политетрафторэтилен, силикон, алкилированный дифениламин, трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит. Указанный способ распыления горячего расплава состоит из выдерживания смазочной композиции при высокой температуре в жидкой фазе и распыления с использованием термостатированных распыляющих сопел. Смазывающая композиция нагревается до температуры, которая на 10-50 С превышает его температуру плавления, и распыляется на предварительно нагретую поверхность при температуре выше температуры плавления для того, чтобы гарантировать надлежащее покрытие поверхности. Вместо указанного способа распыления горячего расплава можно, например, распылять смазываю- 12023109 щую композицию в виде водной эмульсии. Эмульсия и подложка могут иметь комнатную температуру, и тогда необходим период сушки. Период сушки можно значительно уменьшить, предварительно нагревая смазывающую композицию до температуры 60-80 С и/или нагревая поверхность до температуры 50150 С. Изобретение не ограничивается приведенными выше примерами смазывающей композиции и примерами (охватываемого и охватывающего) резьбовых элементов, которые приводятся исключительно в качестве иллюстрации, но также охватывает любые изменения, которые специалист в данной области может предусмотреть, и которые подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения. Таким образом, изобретение также относится к другим типам резьбового элемента, отличающимся от описанных выше (VAM ТОР). В качестве примера, изобретение также относится к типам резьбовых элементов резьбовых трубных соединений с внутренним упором, соединяемым (как, например, типыNEW VAM, VAM АСЕ, DINOVAM, VAM HW ST) и равнопроходным или полуравнопроходным (например, к типам VAM SL, VAM MUST, VAM HP, VAM HTF). Изобретение также может относиться к элементам резьбовых соединений для колонн или других вращающихся бурильных компонентов, определяемых техническими требованиями API 7 или более строгими техническими требованиями некоторых производителей (как, в качестве неограничивающего примера, технические требования для резьбовых соединений повышенного качества VAM EIS, VAMTAURUS, TORQMASTER TM4, их производных и усовершенствований). Кроме того, выше мы главным образом описывали смазывающую композицию, включающую один или более твердых смазочных материалов, и матрицу, имеющую твердую консистенцию и включающую по меньшей мере один деформационностойкий материал. Однако изобретение также относится и к полусухим смазывающим композициям, включающим тестообразную матрицу, по меньшей мере одну противозадирную присадку с химическим действием и одну или более тормозящих присадок. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Пленкообразующая смазывающая композиция для резьбовых соединений, содержащая твердую матрицу, включающую по меньшей мере один упругий материал с коэффициентом упругости, зависящим от динамической скорости, в количестве 10-25 вес.%, причем указанный упругий материал включает 1-99 вес.% терпеновой смолы на основе -пинена, канифольной кислоты и смоляной кислоты, этерифицированных пентаэритритом, канифольной кислоты и смоляной кислоты, гидрированных и этерифицированных глицерином, и/или полимеризованной канифоли, причем указанная смазочная композиция включает частицы по меньшей мере одного твердого смазочного материала, диспергированные в матрице; причем указанные частицы твердого смазочного материала включают частицы смазочного материала одного из классов 1, 2, 3 и 4, где к классу 1 относятся тврдые вещества, смазывающие свойства которых существуют благодаря их кристаллической структуре, имеющей способность разрушаться под небольшим сдвиговым усилием между определнными кристаллическими плоскостями; к классу 2 относятся тврдые вещества, смазывающие свойства которых существуют благодаря их кристаллической структуре, как указано для класса 1, а также благодаря наличию в их составе химического элемента, которые вступает в реакцию с металлическими поверхностями и обеспечивают поверхности дополнительным свойством поверхностного связывания, которое способствует образованию относительно стабильного слоя переноса смазывания; к классу 3 относятся тврдые вещества, смазывающие свойства которых возникают из их химической реакционной способности по отношению к металлическим поверхностям, которые могут образовывать разрушаемые комплексные соединения, обладающие пластичными или смазывающими свойствами; к классу 4 относятся тврдые вещества, смазывающие свойства которых возникают благодаря их пластичным или вязкопластичным свойствам под действием фрикционного напряжения, в частности, при воздействии на них сдвига. 2. Смазывающая композиция по п.1, отличающаяся тем, что упругий материал включает 1-99 вес.% канифольной и смоляной кислот, этерифицированных пентаэритритом. 3. Смазывающая композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что включает 10-20 вес.% полиэтиленового воска, 0-5 вес.% композита полиэтилен-политетрафторэтилена, 10-25 вес.% этерифицированной канифоли, 0-20 вес.% карнаубского воска, 20-30 вес.% стеарата цинка, 15-25 вес.% ортофосфатасиликата цинка-кальция-стронция, 4-12 вес.% фторида графита, 0-4 вес.% политетрафторэтилена, 1-3 вес.% нитрида бора, 2-8 вес.% дисульфида вольфрама и 2-8 вес.% сшивающего агента. 4. Смазывающая композиция по п.3, отличающаяся тем, что включает 10-20 вес.% этерифицированной канифоли, 4-12 вес.% карнаубского воска, 20-26 вес.% стеарата цинка, 18-22 вес.% ортофосфатасиликата цинка-кальция-стронция, 4,5-7 вес.% фторида графита, 3-6 вес.% дисульфида вольфрама. 5. Смазывающая композиция по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну присадку, состоящую из дисперсий минеральных или органических частиц, где каждая присадка выбирается из группы, которая включает по меньшей мере оксид висмута, диоксид титана, коллоидный кремнезем и сажу. 6. Смазывающая композиция по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что указанная матрица вклю- 13023109 чает по меньшей мере одно вяжущее вещество, имеющее вязкоупругие свойства. 7. Смазывающая композиция по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере одно легкоплавкое соединение металлов, где указанное соединение выбирают из группы, которая включает по меньшей мере стеарат цинка, стеарат кальция, стеарат лития, стеарат алюминия и стеарат висмута. 8. Смазывающая композиция по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере один воск растительного, животного, минерального или синтетического происхождения. 9. Смазывающая композиция по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что указанная матрица включает по меньшей мере один жидкий полимер с кинематической вязкостью, составляющей при 100 С по меньшей мере 850 мм 2/с. 10. Смазывающая композиция по п.9, отличающаяся тем, что указанный жидкий полимер выбирается из группы, которая включает, по меньшей мере, полиалкилметакрилат, полибутен, полиизобутен,полидиалкилсилоксан и полисилоксан. 11. Элемент резьбового трубного соединения, содержащий по меньшей мере одну резьбу и упор свинчивания, в который должен упираться упор свинчивания второго компонента указанного резьбового трубного соединения в конце операции свинчивания, отличающийся тем, что по меньшей мере одна указанная резьба и указанный упор свинчивания покрыты тонким слоем, который сцепляется с поверхностью резьбы и указанного упора свинчивания и состоит из смазочной композиции по одному из вышеуказанных пунктов. 12. Элемент по п.11, отличающийся тем, что он, по меньшей мере, частично покрыт смазочной композицией с толщиной в интервале 10-50 мкм. 13. Элемент по п.11 или 12, отличающийся тем, что он также содержит уплотняющий участок, входящий в тесный уплотняющий контакт с соответствующей уплотняющей поверхностью второго резьбового элемента после указанной операции свинчивания и покрытый указанной смазывающей композицией. 14. Элемент по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что поверхности покрыты пленкой, которая служит для защиты от коррозии. 15. Резьбовое трубное соединение, которое содержит охватываемый резьбовой элемент и охватывающий резьбовой элемент, отличающееся тем, что по меньшей мере один из указанных резьбовых элементов представляет собой элемент по пп.11-14.

МПК / Метки

МПК: C10M 105/34, C10M 169/04

Метки: резьбового, трубного, адаптируемым, трения, композиция, элемента, компонента, коэффициентом, соединения, смазывающая

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/16-23109-smazyvayushhaya-kompoziciya-s-adaptiruemym-koefficientom-treniya-dlya-rezbovogo-elementa-komponenta-rezbovogo-trubnogo-soedineniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Смазывающая композиция с адаптируемым коэффициентом трения для резьбового элемента компонента резьбового трубного соединения</a>

Похожие патенты