Сегодня резьбовые смазочные материалы находят широкое применение при монтаже обсадных и насосно-компрессорных труб. Они наносятся на поверхность резьбы и обеспечивают необходимый коэффициент трения при монтаже/демонтаже труб, предотвращают образование задиров, заеданий, упрощают разборку соединений.
Использование пластичных материалов для трубных резьб – весьма простой и доступный способ их обслуживания.
Однако он не лишен очевидных недостатков:
- Пасты различного производства обладают разными фрикционными характеристиками, поэтому перед их применением необходимо проводить ряд дополнительных испытаний и соответствующую корректировку прикладываемого крутящего момента при затяжке
- При каждом монтаже труб или после их длительного хранения пасты и смазки наносятся заново
- В составе пластичных смазочных материалов содержится базовое масло, на которое в процессе эксплуатации труб налипает пыль и другие абразивные частицы, повреждающие рабочие поверхности резьб при монтаже
- Применение резьбовых паст в соединениях, работающих в природной среде (например, в морских скважинах), наносит ей непоправимый ущерб
Наиболее эффективной и безопасной технологией увеличения ресурса обсадных и наносно-компрессорных труб является применение антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП).
Они могут наноситься как на заводе-изготовителе труб, так и в полевых условиях. АТСП обеспечивают подготовку трубных соединений к сборке, исключая необходимость их дополнительного смазывания на монтажной площадке.
Принцип действия антифрикционных твердосмазочных покрытий
Антифрикционные покрытия представляют собой «сухие» смазки с требуемым значением коэффициента трения, высокими антикоррозионными и противозадирными свойствами.
В нашей стране такие материалы под брендом MODENGY выпускает компания «Моделирование и инжиниринг». На сегодняшний день разработано более 20 наименований АТСП, в том числе для нефтегазовой отрасли.
Внешним видом и консистенцией антифрикционные покрытия напоминают краски, однако вместо пигментов они содержат твердые смазки, мелкодисперсные частицы которых распределены в смеси связующих веществ и растворителей.
В качестве твердосмазочных компонентов АТСП выступают дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и другие специальные композиции. Растворители отвечают за равномерное распределение покрытия по поверхности, связующие вещества полимеризуются и прочно удерживают твердые смазки на обработанной основе. Скорость отверждения того или иного покрытия зависит от его типа, процесс может происходить как при комнатной температуре, так и с нагревом в специальной печи.
Дисульфид молибдена как одна из наиболее популярных твердых смазок в составе АТСП
Дисульфид молибдена (MoS2) – это природный минерал, который широко применяется в качестве твердого смазочного вещества в составе антифрикционных покрытий.
Для MoS2 характерна ярко выраженная слоистая структура, в которой атомы молибдена скользят друг относительно друга в параллельных плоскостях. Каждый молибденовый слой с обеих сторон окружен слоями атомов серы. Связь между компонентами этого своеобразного «сэндвича» достаточно слабая, а сдвиговое сопротивление по плоскости раздела – незначительное. Именно поэтому дисульфид молибдена характеризуется низким коэффициентом трения, который сохраняется даже при высоких температурах и нагрузках.
Высокодисперсные частицы дисульфида молибдена обладают отличной адгезией, поэтому при введении в зону трения заполняют все впадины и микронеровности, тем самым увеличивая опорную площадь поверхности.
В процессе трения частицы ориентируются параллельно направлению скольжения, в результате чего образовывается гладкая и скользкая защитная пленка. Она выдерживает значительные контактные давления (до 3000 МПа), обеспечивает низкое и стабильное трение, уплотняет микрозазоры и повышает герметичность соединений.
Экспериментально доказано, что дисульфид молибдена отличается химической инертностью и уникальными антифрикционными свойствами. Механизм смазочного действия MoS2 делает его применение особенно эффективным в режимах граничного и смешанного трения.
АТСП MODENGY для резьбовых соединений труб
На резьбовые части труб и муфт наносятся покрытия MODENGY 1002, MODENGY 1004 и MODENGY 1014.
Эти АСТП на основе дисульфида молибдена и органических связующих веществ уже успели зарекомендовать себя в нефтегазовой отрасли благодаря оптимальному балансу износостойкости и антикоррозионных свойств.
MODENGY 1002 наносится традиционным методом окрашивания распылением, становится сухим на отлип в течение 5 минут, а полностью высыхает за 2 часа при комнатной температуре. Путем дополнительного нагрева до 130 °С время полимеризации можно сократить до 15 минут.
АТСП сохраняет свои эксплуатационные свойства и обеспечивает постоянный коэффициент трения с разбросом в пределах ±0,01 в процессе 5-8 циклов откручивания-закручивания. Диапазон рабочих температур покрытия составляет -210…+320 °С, несущая способность – 2086 МПа, износостойкость – 130 тыс .циклов возвратно-поступательного движения при 550 МПа.
По результатам ускоренных испытаний в камере соляного тумана MODENGY 1002 сохраняет антикоррозионные свойства около 160 ч. Если требуется больший показатель защиты от коррозии, рекомендуется делать выбор в пользу покрытий MODENGY 1004 (более 500 ч в соляном тумане) или MODENGY 1014 (более 672 ч в соляном тумане). Данные АТСП отверждаются при нагреве до 200 °С в течение 40 минут.
MODENGY 1004 работает в температурном диапазоне -190…+440 °С, имеет несущую спосбность 2627 МПа и износостойкость 50 тыс. циклов.
MODENGY 1014 помимо дисульфида молибдена, содержит политетрафторэтилен (ПТФЭ), что позволяет ему иметь высочайший показатель износостойкости (152 тыс. циклов) и отличные декоративные свойства. Несущая способность данного покрытия составляет 2512 МПа, а диапазон эксплуатационных температур – -75…+255 С.
Толщина слоя любого отвержденного АТСП по рекомендациям производителя должна составлять 5-25 мкм.
Главные преимущества покрытий MODENGY перед традиционными смазочными материалами
По сравнению с пластичными смазками и пастами, которые применяются для обслуживания резьбовых соединений, АТСП MODENGY имеют ряд неоспоримых преимуществ:
- Более высокую несущую способность
- Отличные противозадирные свойства
- Стабильный коэффициент трения даже при высоких контактных давлениях
- Быстрое отверждение
- Простая и малозатратная технология нанесения (с помощью стандартного окрасочного оборудования)
Покрытие MODENGY 1002 выпускается в банках 1 кг, ведрах 4,5 кг и аэрозольных баллонах 520 мл.
АТСП в виде спрея наиболее удобно использовать для нанесения в полевых условиях, т.к. это не требует никакого дополнительного оборудования.
Покрытия MODENGY обладают всеми необходимыми свойствами для эффективного управления трением. Их применение позволяет осуществить подготовку обсадных труб к сборке, исключить выполнение трудоемких операций смазывания, обеспечить герметичность и антикоррозионную защиту резьбовых соединений колонны.
