Патент на изобретение №2244094

(54) СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ МУФТА ТРУБ НЕФТЯНОГО СОРТАМЕНТА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА РЕЗЬБОВЫХ УЧАСТКАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области горного дела, а именно к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для соединения труб нефтяного сортамента, предназначенных для перекачки коррозионных и эррозионных сред. Соединительная муфта для труб, содержит корпус с двумя участками резьбы, на которых нанесен защитный слой из сплава, включающего железо и цинк. При этом железо и цинк в сплаве содержатся в соотношении от 0,0638 до 0,3330 при толщине слоя покрытия 20-100 мкм. Микротвердость покрытия, определенная по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды (по Виккерсу), находится в пределах 3360-5250 Мпа. Такое покрытие может быть получено на резьбовых участках соединительной муфты методом диффузионного цинкования. Цинкование производят в контейнере, заполненном диффузионной смесью, содержащей смесь цинкового порошка зернистостью 0,1-0,5 мм и кварцевого песка зернистостью 0,15-0,70 мм. Процесс диффузионного цинкования проводят путем изотермической выдержки при температуре 430-450°С в течение от 1,5 до 3 часов с последующим охлаждением на воздухе. Перед заполнением контейнера диффузионной смесью производят ее перемешивание для придания частицам смеси окатанной формы. Повышается износостойкость и герметичность муфтовых участков труб. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к конструкции муфт для соединения труб нефтяного сортамента, используемых преимущественно при бурении и обустройстве нефтяных и газовых скважин, а именно насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 60-114 мм, обсадных труб диаметром 114-508 мм и других.

Соединительные муфты в трубной колонне должны отвечать требованиям высокой устойчивости против коррозии и условию хорошей многократной свинчиваемости.

Известно, что по трубам нефтяного сортамента транспортируется под большим давлением многокомпонентная нефтесодержащая среда, состоящая из нефти, газа, воды и различных примесей, в виде взвешенных твердых частиц, под действием которых происходит интенсивная коррозия и абразивный износ металла труб и муфт. При этом наибольшему коррозионно-эрозионному износу подвергаются резьбовые соединения насосно-компрессорных труб, что приводит к размыву резьбы, нарушению герметичности резьбового соединения sec;труба-муфтаsec; и в конечном итоге к разгерметизации колонн труб и остановке скважин.

Известно применение оцинкованных труб, в которых резьбовые участки подвергают специальной термической обработке. В этом случае после термической обработки резьбовых участков образуется структурно однородное цинковое покрытие (см., например, Проскуркин Е.В., Горбунов Н.С. Диффузионные цинковые покрытия. М.: Металлургия, 1972, с.248).

Недостатком такой муфты является малая твердость полученного цинкового покрытия, ведущая к быстрому износу резьбы соединительной муфты.

Наиболее близкой по техническому результату к заявленной соединительной муфте является соединительная муфта с термооцинкованным резьбовым участком. Указанный участок покрыт интерметаллическим слоем из алюможелезоцинкового сплава, толщина которого составляет 1-3 мкм (патент РФ №2049150, опублик. 27.11.95).

Известная муфта обладает хорошими антикоррозионными свойствами, но имеет недостаточную микротвердость резьбовых участков, что ведет к быстрому износу резьбового соединения.

Техническая задача, решаемая заявленным изобретением – повышение износостойкости и герметичности муфтовых участков труб нефтяного сортамента, используемых при бурении, обустройстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Поставленная задача решается тем, что в соединительной муфте для труб, включающей корпус с двумя участками резьбы, на которых нанесен защитный слой из сплава, содержащего железо и цинк, защитный слой содержит железо и цинк в соотношении от 0,0638 до 0,3330 при толщине слоя покрытия 20-100 мкм, при этом микротвердость покрытия, определенная по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды (по Виккерсу), находится в пределах 3360-5250 МПа.

Получение такого покрытия на резьбовых участках соединительной муфты для труб достигается применением способа диффузионного цинкования стального корпуса с участками резьбы соединительной муфты, при котором диффузионное цинкование производят в контейнере, заполненном диффузионной смесью, содержащей смесь цинкового порошка зернистостью 0,1-0,5 мм и кварцевого песка зернистостью 0,15-0,70 мм, при этом процесс диффузионного цинкования проводят путем изотермической выдержки при температуре 430-450°С в течение от 1,5 до 3 часов с последующим охлаждением на воздухе.

Предпочтительно перед заполнением контейнера диффузионной смесью указанную смесь перемешивать для придания ее частицам ее компонентов окатанной формы.

Технический результат от применения предложенной соединительной муфты заключается в увеличении срока ее службы и, как следствие, в повышении производительности работ и снижении эксплуатационных расходов.

Соединительная муфта для труб состоит из корпуса с двумя участками резьбы, на которых нанесен защитный слой из сплава, включающего железо и цинк. Соединительная муфта может содержать два участка с внутренней резьбой, или оба участка соединительной резьбы могут быть выполнены на наружном диаметре соединительной муфты. При необходимости один из участков может быть выполнен с внутренней резьбой, а второй участок – с наружной резьбой.

Защитный слой из железоцинкового сплава содержит железо и цинк в соотношении от 0,0638 до 0,3330 при толщине слоя покрытия от 20 до 100 мкм. При этом микротвердость покрытия, определенная по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды (по Виккерсу), находится в пределах 3360-5250 МПа.

Защитный слой из железоцинкового сплава с указанными техническими характеристиками не склонен к старению, что свойственно защитным слоям из полимерных материалов.

Цинковая составляющая железоцинкового сплава обеспечивает ему достаточную пластичность, протекторные свойства и выполняет роль твердой смазки при свинчивании муфты с трубой.

Для получения защитного слоя на поверхности соединительной муфты, изготовленной из стальной заготовки путем механической обработки, стальную муфту загружают в контейнер с диффузионной смесью. Диффузионная смесь состоит из смеси цинкового порошка зернистостью 0,1-0,5 мм и кварцевого песка зернистостью 0,15-0,70 мм.

Для приготовления диффузионной смеси использовался цинковый порошок с процентным содержанием цинка 98,7-99,975, свинца 1,0-0,013, железа 0,05-0,005 и алюминия 0,01-0,005. Цинковый порошок приготавливали методом распыления из чушкового цинка.

Диффузионную смесь перемешивают в мешалке для получения скатанной формы частиц и просеивают через сито с размером ячейки 0,5 мм. Контейнер с диффузионной смесью, в которую погружена обрабатываемая муфта, загружают в печь и проводят диффузионное цинкование путем изотермической выдержки при температуре 430-450°С в течение от 1,5 до 3 часов с последующим охлаждением на воздухе. В зависимости от температуры, размеров муфты, времени выдержки и других параметров, защитный слой из железоцинкового сплава будет содержать железо и цинк в соотношении от 0,0638 до 0,3330. Толщина слоя покрытия в зависимости от времени изотермической выдержки может быть получена в пределах от 20 до 100 мкм.

В таблице 1 приведены результаты измерения микротвердости поверхностного защитного слоя для различных материалов. Измерение микротвердости проводили вдавливанием алмазных наконечников по ГОСТ 9450-76 sec;Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечниковsec;. Настоящий стандарт определяет измерение микротвердости металлов и сплавов методом восстановленного отпечатка четырехгранной пирамидой с квадратным основанием (по Виккерсу). Этот метод является стандартным при измерении защитных слоев, в частности из железоцинкового сплава. Нагрузка на индентор при измерении микротвердости составляла 10 г.

Из вышеприведенной таблицы видно, что предлагаемая соединительная муфта и способ ее изготовления позволяют получить заявленный технический результат, заключающийся в увеличении срока службы соединительных муфт для труб нефтяного сортамента, повышении производительности нефтегазовых скважин и снижении стоимости работ по добыче нефти и газа.

Совершенно очевидно, что заявленная соединительная муфта может быть использована не только при соединении труб нефтяного сортамента, но и в других случаях при перекачке коррозионных и эрозионных жидких сред, например при перекачке пульпы в горном деле и строительстве и т.п.

Формула изобретения

1. Соединительная муфта труб нефтяного сортамента, включающая корпус с двумя участками резьбы, на которых нанесен защитный слой из сплава, включающего железо и цинк, отличающаяся тем, что защитный слой содержит железо и цинк в соотношении от 0,0638 до 0,3330 при толщине слоя покрытия 20-100 мкм, при этом микротвердость покрытия, определенная по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды (по Виккерсу), находится в пределах 3360-5250 МПа.

2. Способ получения железоцинкового покрытия на резьбовых участках соединительной муфты для труб, заключающийся в диффузионном цинковании стального корпуса с участками резьбы соединительной муфты, отличающийся тем, что диффузионное цинкование производят в контейнере, заполненном диффузионной смесью, содержащей смесь цинкового порошка зернистостью 0,1-0,5 мм и кварцевого песка зернистостью 0,15-0,70 мм, при этом процесс диффузионного цинкования проводят путем изотермической выдержки при температуре 430-450°С в течение от 1,5 до 3 ч с последующим охлаждением на воздухе.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед заполнением контейнера диффузионной смесью указанную смесь перемешивают для придания ее частицам окатанной формы.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 28.10.2005

Извещение опубликовано: 27.12.2006 БИ: 36/2006

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.11.2007

Извещение опубликовано: 10.11.2007 БИ: 31/2007