Антифрикционные покрытия MODENGY™ для обслуживание обсадных и насосно-компрессорных труб
- Недостатки традиционных смазочных материалов для трубных резьб
- Что представляют собой антифрикционные твердосмазочные покрытия?
- Характеристики и преимущества АТСП MODENGY™ для резьбовых соединений труб
Недостатки традиционных смазочных материалов для трубных резьб
Сборка современных обсадных и насосно-компрессорных труб не обходится без применения резьбовых смазочных материалов. Пасты или смазки обеспечивают необходимый коэффициент трения в резьбе при свинчивании труб, тем самым облегчая их демонтаж, а также предотвращая образование задиров и заеданий.
Технология проста и доступна, однако не лишена недостатков.
Во-первых, операции очистки и смазки требуют дополнительных временных затрат. Во-вторых, пасты не универсальны, они имеют различные свойства и фрикционные характеристики, поэтому перед использованием требуют проведения дополнительных испытаний и последующей корректировки крутящего момента.
В-третьих, стандартные смазочные материалы требуют обновления при каждом монтаже и после длительного хранения изделий.
В-четвертых, пасты и смазки имеют масляную основу, которая вызывает налипание абразивных частиц различной природы. Рабочие поверхности резьбы, загрязненные вязкой смазкой, могут повреждаться при монтаже труб и в дальнейшем быстро изнашиваются.
Наконец, последним и весьма существенным недостатком резьбовых паст является их неэкологичность. Применение этих материалов в сферах, где они непосредственно контактируют с объектами природы – например, при обустройстве морских скважин – наносит непоправимый вред окружающей среде.
Далее в статье рассмотрена технология увеличения ресурса обсадных и наносно-компрессорных труб, лишенная перечисленных недостатков. Она заключается в применении особых сервисных материалов – антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП).
Антифрикционные покрытия могут наноситься как на заводе-изготовителе труб, так и в полевых условиях. Они обеспечивают подготовку изделий к сборке и исключают проведение дополнительных операций по смазыванию резьб.
Что представляют собой антифрикционные твердосмазочные покрытия?
Антифрикционные твердосмазочные покрытия в России разработала компания «Моделирование и инжиниринг». Более 20 наименований АТСП, выпускаемых под торговой маркой MODENGY™, широко используются в самых различных промышленных сферах, в том числе нефтегазовой отрасли.
АТСП напоминают краски, в которых пигмент заменяют высокодисперсные порошки твердых смазок: дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена (ПТФЭ) и др. Смазочные компоненты распределены в связующем веществе (чаще всего, смоле).
За равномерное распределение покрытия по поверхности отвечает введенный в состав растворитель, который без остатка испаряется вскоре после нанесения АТСП. Полимеризации подвергается связующее вещество – в результате его застывания покрытие прочно сцепляется с основой. Скорость и температура отверждения зависят от его типа.
Полностью полимеризованное покрытие представляет собой тонкую, но прочную защитную пленку из частиц твердых смазочных материалов в полимерной матрице связующего вещества.
Многие покрытия MODENGY™ производятся на основе дисульфида молибдена (MoS2) – природного минерала с ярко выраженной слоистой структурой.
Слои атомов молибдена, прочно связанные со слоями атомов серы, скользят друг относительно друга в параллельных плоскостях. Связь между ними достаточно слабая, сдвиговое сопротивление по плоскости раздела незначительное. Этим обусловлен очень низкий коэффициент трения дисульфида молибдена, который сохраняется даже при высоких температурах и нагрузках.
Частицы MoS2 обладают отличной адгезией, при введении в зону трения они заполняют впадины микронеровностей, увеличивая тем самым опорную площадь поверхности. В процессе трения частицы ориентируются параллельно направлению скольжения, поэтому образовывают очень гладкую и скользкую защитную пленку.
Применение дисульфида молибдена наиболее эффективно в граничном и смешанном режимах, при высоких контактных давлениях и присутствии химически агрессивных сред. В таких условиях твердый смазочный материал предотвращает схватывание и задиры резьбовых соединений, облегчает их приработку и снижает фрикционный износ.
Экспериментальные исследования показали, что дисульфид молибдена обеспечивает низкое и стабильное трение при экстремальных контактных давлениях – до 3000 МПа, что выгодно отличает его от полимерных твердых смазок.
Характеристики и преимущества АТСП MODENGY™ для резьбовых соединений труб
При монтаже обсадных и насосно-компрессорных труб нефтегазовой отрасли отлично зарекомендовало себя покрытие MODENGY™ 1002 на основе дисульфида молибдена и органического связующего вещества.
Оно обладает оптимальный балансом износостойкости и антикоррозионных свойств, быстро полимеризуется при комнатной температуре.
Покрытие наносится методом окрашивания распылением на резьбовые части труб и муфт. По истечении 5 минут, когда обработанное изделие теряет свою липкость, оно может быть транспортировано к месту хранения. Полная полимеризация MODENGY™ 1002 и готовность детали к сборке наступает через 120 минут. При дополнительном нагреве до +130 °С время отверждения сокращается до 15 минут.
АТСП рекомендуется наносить слоем толщиной 5-25 мкм. Данный показатель можно регулировать, изменяя вязкость покрытия с помощью растворителя.
Несущая способность MODENGY™ 1002 составляет 2086 МПа. Оно сохраняет свои эксплуатационные свойства при температурах от -210 до +320 °С, в процессе 5-8 циклов откручивания-закручивания, обеспечивая постоянный коэффициент трения с разбросом в пределах ±0,01. Износостойкость покрытия – 130 000 тысяч циклов возвратно-поступательного движения.
По результатам ускоренных испытаний в соляном тумане это покрытие сохраняет антикоррозионные свойства более 160 ч. Если требуется более длительная защита от коррозии, рекомендуется применять MODENGY™ 1014. Этот состав отверждается при нагреве до +200 °С за 40 минут.
MODENGY™ 1014, помимо дисульфида молибдена, содержит ПТФЭ, поэтому не только защищает резьбовые соединения труб от коррозии и износа, но и придает им эстетичный внешний вид.
Диапазон рабочих температур покрытия: -75…+255 °С, несущая способность – 2512 МПа, износостойкость – 152 000 циклов.
К основным преимуществам покрытий MODENGY перед традиционно применяемыми резьбовыми пастами и смазками относят:
- Более высокую несущую способность
- Хорошие противозадирные свойства
- Стабильно низкий коэффициент трения при высоких контактных давлениях
- Способность создавать нелипкий защитный слой, на который не налипают абразивы
- Быстрое отверждение, в т.ч. при комнатной температуре
- Способность придавать резьбе эстетичный внешний вид (MODENGY 1014)
- Простоту нанесения с помощью стандартного краскопульта
- Отсутствие необходимости в последующей обработке поверхностей
Покрытие MODENGY™ 1002 выпускается в ведрах по 4,5 кг, банках по 600 г, капсулах по 200 г и аэрозольных упаковках 210 и 520 мл. Последние не требуют никакого дополнительного оборудования, поэтому наиболее удобны для нанесения в полевых условиях.