Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:

Р. Р. Дема, доцент кафедры «Машины и технологии обработки давлением и машиностроения», канд. техн. наук, эл. почта: demarr78@list.ru
С. И. Платов, заведующий кафедрой «Машины и технологии обработки давлением и машиностроения», докт. техн. наук, профессор

АО «Первоуральский новотрубный завод», Первоуральск, Россия:
Н. А. Девятерикова, ведущий инженер-исследователь

ООО «Вика-Гал», Челябинск, Россия:
Р. Г. Галин, директор ООО «Вика Гал», канд. техн. наук

Строительство и последующая эксплуатация нефтегазовых скважин не обходятся без конструкционных элементов — насосно-компрессорных труб. К резьбовым соединениям таких элементов предъявляют жесткие требования: обеспечение необходимого уровня износостойкости при многократных циклах свинчивания и развинчивания с сохранением герметичности соединения. В работе предложено наносить двухслойное покрытие, сформированное методом термодиффузионного цинкования, с применением дополнительного поверхностного слоя из фторполимера методом плакирования гибким инструментом в качестве сухого твердосмазочного покрытия. Полученное покрытие неоднородное по толщине (разбег значений толщин от 21 до 31 мкм). В среднем толщина покрытия на муфтах значительная — от 46 до 61 мкм. Основная толщина обусловлена термодиффузионным покрытием, толщина слоя полимера не превышает 7 мкм. Оценку антизадирных свойств сухого твердосмазочного покрытия проводили на муфтонаверточной машине CKR-500. В ходе испытаний отмечена приработка покрытия: шелушение, образование полос темного цвета с зеркальным блеском на муфте, частичный перенос покрытия на ниппельный конец в виде полос темного цвета (уплотнение металл—металл), частичное разрушение и перенос покрытия по местам максимальных контактов, что приводит к дополнительному увеличению противоизносных свойств резьбового соединения (эффект самосмазывания). Также установлено значительное увеличение моментов свинчивания — момент выше 8000 Н·м (вместо планируемого — 3700 Н·м). Зафиксировано нагревание тугого резьбового соединения (на 4–6 циклах до 75 °C). Муфты успешно выдержали 11 циклов свинчивания и развинчивания, после которых существенного износа покрытия и развития повреждений в многослойном покрытии не наблюдали.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Челябинской области в рамках научного проекта № 20-48-740024/20.

1. Проскуркин Е. В. Защитные покрытия — качество и долговечность труб // Национальная металлургия. 2003. № 5. С. 86–96.
2. Кушнаренко В. М., Репях В. С., Тавтилов И. Ш., Решетов С. Ю. Причины повреждений муфт насосно-компрессорных труб // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2020. № 4(56). С. 122–134.
3. Князькин С. А., Иоффе А. В., Выбойщик М. А., Зырянов А. О. Особенности коррозионного разрушения насосно-компрессорных труб при эксплуатации в средах с повышенным содержанием углекислого газа // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 10. С. 10–14.
4. Biryukov I., Batmanova V., Galin R. G., Zakharyevich D., Wassilkowska A. V. The effect of the chemical composition of intermetallic phases on the corrosion of thermal diffusion zinc coatings // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 372. P. 166–172.
5. Biryukov A., Zakharyevich D., Galin R., Devyaterikova N., Scherbakov I. Corrosion resistance of thermal diffusion zinc coatings of “pntz” in oilfield environments // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 121. P. 02005.
6. Bollfrass C. A. Sealing tubular connections // Journal of Petroleum Technology. 1985. Vol. 37. No. 85. P. 955–965.
7. Ma L., Zhu J., Lai X. Analysis of causes for oil tubing/casing galling failure and development of anti-galling technique // Steel Pipe. 2011. Vol. 40, Iss. 3. P. 27–30.

8. Fedorova L. V., Fedorov S. K., Slavin A. V., Ivanova Yu. S., Tkachenko Yu. V., Borisenko O. V. Structure and microhardness of the tubing thread after finishing electromechanical surface quenching // Metal Science and Heat Treatment. 2020. Vol. 62. P. 161–167.
9. Carper H. J, Ertas A., Issa J., Cuvalci O. Effect of some material, manufacturing, and operating variables on the friction coefficient in OCTG connections // Transactions of the ASME : Journal of Tribology. 1992. Vol. 114, Iss. 4. P. 698–705.
10. Cuvalci O., Sofuoglu H., Ertas A. Effect of surface coating and tin plating on friction characteristics of P-110 tubing for different thread compounds // Tribology International. 2003. Vol. 36, Iss. 10. P. 757–764.
11. Oku Y., Sugino M., Ando Y., Makino T., Komoda R., Takazaki D., Kubota. M. Fretting fatigue on thread root of premium threaded connections // Tribology International. 2017. Vol. 108. P. 111–120.
12. Du C. Influence of coupling copperizing on anti-galling performance of tubing threads // Bao-SteelTechnol. 2001. Vol. 11, Iss. 3. P. 28–30.
13. Zhang D. Performance study on the anti-galling of tubing thread // China Petroleum Machinery. 2005. Vol. 33, Iss. 5. P. 23–25.
14. Meng Zh., Li Y., Yang Yu., Xu Zh.-Q., Shi B., Zhao Sh.-L. Effect of a nanoparticulate anti-friction coating on galling resistance of threaded oil-casing couplings // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2015. Vol. 128. P. 140–144.
15. Morgunov V. A., Nebogov S. M., Fedotov I. L. Elevation of the wear resistance of threads of tubing strings under the action of ultrasound // Metallurgist. 2018. Vol. 61. P. 1108–1114.
16. Чижов И. А., Меркушкин Е. А., Пачколина П. А., Березовская В. В. Влияние технологии цинкования муфт насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности на структуру и свойства покрытий // Наука и образование. 2016. № 12. С. 343–366.
17. Podgornik B., Kafexhiu F., Nevosad A., Badisch E. Influence of surface roughness and phosphate coating on galling resistance of medium-grade carbon steel // Wear. 2020. Vol. 446–447. P. 203180.
18. Чирков А. М., Корякин Д. В. Лазерно-плазменное нанесение покрытий на резьбы насосно-компрессорных труб // Фотоника. 2008. № 3. С. 36–37.
19. Федоров С. К., Федорова Л. В., Иванова Ю. С., Воронина М. В., Садовников А. В., Никитин В. Н. Повышение долговечности переводников и бурильных труб электромеханической обработкой // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 539–546.
20. Семин В. И. Поверхностное упрочнение замковой резьбы методом карбонитрации // Нефтяное хозяйство. 2004. № 12. С. 104–106.
21. Ыксан Ж. М., Усенова Г. А. Исследование процесса дробеструйной обработки резьбовых соединений насосно-компрессорных труб // Наука и техника Казахстана. 2018. № 1. С. 111–121.
22. Belevskii L. S., Dema R. R., Deryabina L. V., Usataya T. V., Latypov O. R., Levantsevich M. A. Surface modification by a flexible tool. Plastic surface deformation and simultaneous coating application by rotating wire brushes // Russian Engineering Research. 2020. Vol. 40. No. 5. P. 390–395.
23. Belevskii L. S., Dema R. R., Deryabina L. V., Usataya T. V., Latypov O. R., Levantsevich M. A. Surface modification by a flexible tool. Practical use of coating application by rotary wire brushes // Russian Engineering Research. 2020. Vol. 40. No. 6. P. 476–479.
24. Platov S. I., Dema R. R., Latypov O. R., Belevskii L. S., Levantsevich M. A. et al. Study of metal coatings deposited by rotating wire tool // Steel in Translation. 2020. Vol. 50. No. 12. P. 911–915.
25. Платов С. И., Дема Р. Р., Зотов А. В. Модель формирования толщины плакированного слоя на деталях пар трения технологического оборудования // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2013. № 1. С. 69–72.
26. Белевский Л. С., Ефимова Ю. Ю., Губарев Е. В. Модификация поверхности пластическим деформированием с нанесением покрытий // Черные металлы. 2019. № 4. С. 61–65.
27. Леванцевич М. А., Максимченко Н. Н., Зольников В. Г. Повышение эксплуатационных свойств трибосопряжений нанесением покрытий металлическими щетками // Известия Национальной академии наук Беларуси. 2005. № 1. С. 67–72.
28. Леванцевич М. А., Максимченко Н. Н. Улучшение эксплуатационных характеристик деталей поверхностным модифицированием методом плакирования гибким инструментом // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 10. С. 16–20.
29. Белевский Л. С., Белевская И. В., Ефимова Ю. Ю., Копцева Н. В. Ударно-фрикционная комбинированная обработка гибким инструментом // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2014. № 4. С. 53–57.
30. ГОСТ 10007–80. ФТОРОПЛАСТ-4. Технические условия. — Введ. 01.07.1981. — М. : Изд-во стандартов, 1980.
31. ГОСТ 12601–76. Порошок цинковый. Технические условия. — Введ. 01.01.19786. — М. : Изд-во стандартов, 1976.
32. ТУ 1327-343-00186619–2011. Трубы стальные бесшовные насосно-компрессорные и муфты к ним. — Введ. 02.02.2016.