соединительная муфта труб нефтяного сортамента и способ получения железоцинкового покрытия на резьбовых участках

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.

Описание изобретения к патенту

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.

Таблица 1.
№п/п	Вид (тип) защитного слоя	Микротвердость защитного слоя, (МПа)
1.	Слой из железоцинкового сплава	3360-5250
2.	Гальванический цинковый слой	300-380
3.	Металлизационный цинковый слой	200-280
4.	Фосфатный защитный слой	150-250
5.	Сталь 5СП	1422-1470
6.	Сталь 20	2265-2540
7.	Сталь 22А sec;селектsec;	3138-3187

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.