En esta tesis se ha estudiado experimentalmente el comportamiento tribológico de
uniones roscadas utilizadas en la industria del petróleo y el gas.
Se evaluó la influencia de la rugosidad superficial en el comportamiento tribológico
mediante un tribosistema lubricado acero contra acero. Además, se determinó el
comportamiento tribológico de diferentes lubricantes para roscas y diferentes tipos de
recubrimientos de fosfato de Mn.
Los ensayos se llevaron a cabo en condiciones de deslizamiento bajo altas
presiones de contacto y baja velocidad, utilizando un ensayo del tipo bloque-sobreanillo
lubricado, con el fin de simular a pequeña escala, las condiciones de contacto
que se encuentran en el sello de las uniones roscadas utilizadas en las tuberías de
conducción y revestimiento de gas y petróleo.
También, la influencia de la rugosidad fue evaluada variando la topografía
superficial de los anillos en Ra entre 1,3 y 3 mm y utilizando como lubricante una grasa
conteniendo plomo, cobre, zinc y grafito. Se estableció una relación entre los valores
de rugosidad en Ra y Rt con el desgaste. Los resultados indicaron que en el rango de
rugosidades estudiado, el daño por desgaste disminuye un 40 % con el aumento de la
rugosidad del anillo.
Además, se caracterizaron cuatro grasas con y sin aditivos de metales pesados.
Se observó la distribución de los aditivos utilizando microscopía óptica (MO) y de
escaneo electrónico (SEM), y mediante espectroscopia de energía dispersiva (EDS).
Los ensayos mostraron que el compuesto para roscas que contiene plomo, zinc y
cobre manifestó el mejor comportamiento, con una reducción en el desgaste de
aproximadamente 20 % con respecto a las otras grasas. Estos resultados están de
acuerdo con la experiencia en campo. Los resultados de fricción no mostraron
diferencias significativas entre las grasas, demostrando que el comportamiento al
desgaste es influenciado por el paquete de aditivos.
Por otra parte, los diferentes recubrimientos de fosfato de Mn se obtuvieron
variando la concentración de activador en el baño de activado entre 0 y 0,7 g/l. Se
observó que el aumento de la concentración de activador produce la disminución
exponencial del tamaño de cristal junto con un buen cubrimiento de la superficie y
además, la disminución del volumen disponible para alojar lubricante. Los resultados
indicaron que los recubrimientos con un tamaño de cristal promedio de 16 mm poseen
el mejor desempeño tribológico.
Una vez culminado los ensayos, las superficies desgastadas se analizaron
mediante MO, SEM, EDS y microscopía de escaneo láser (LSCM). Las superficies
desgastadas revelaron daños por los mecanismos de ratchetting de bajo ciclo y
desgaste por delaminación. / This thesis experimentally studied the tribological behavior of threaded joints used in the oil and gas industry.
The influence of surface roughness on the tribological behavior was evaluated
using a lubricated steel against steel tribosystem. Furthermore, the tribological
behavior of different thread compounds (lubricants) and different types of Mn
phosphate coatings was determined.
Tests were carried out under high contact pressure and slow sliding speed
conditions, using a lubricated block-on-ring test, in order to simulate at small scale, the
contact conditions found in the seal of the threaded joints used in oil & gas casing and
tubing strings.
Also, the influence of the roughness was assessed by varying the surface
topography of the rings between the Ra values of 1,3 and 3 mm and using as lubricant a
grease containing lead, copper, zinc and graphite. A relationship between Ra and Rt
roughness values with wear was established. The tests results showed that in the
roughness range studied, the wear damage decreases about 40 % with the increasing
roughness of the ring.
In addition, four thread compounds containing and non-containing metal additives
were characterized. The distribution of additives was observed by optical (OM) and
scanning electron microscopy (SEM), and with energy dispersive spectroscopy (EDS).
Tests showed that the lead, zinc and cooper containing thread compound displayed the
best behavior, with a wear reduction of approximately 20 % with respect to the other
dopes. These results are in line with previously known oilfield experience. Friction
results showed no significant differences between dopes, being the wear behavior
influenced by the additive package.
Moreover, different Mn phosphate coatings were produced by varying the activator
concentration of the activated bath between 0 and 0,7 g/l. It was observed that
increasing the concentration of activator produces an exponential decay of crystal size
with a good surface coverage and also, the growth of the volume available to lodge
lubricant. The results indicated that the coatings with an average crystal size of 16 mm
have the best tribological performance.
Upon completion of the tests, worn surfaces were analyzed by OM, SEM, EDS and
laser scanning microscopy (LSCM). Worn surfaces revealed damage by low-cycle
ratchetting and delamination wear mechanisms.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/2518 |
| Date | 10 December 2015 |
| Creators | Zabala, Nicolás Ariel |
| Contributors | Tuckart, Walter Roberto, Castro, Pablo Adrián |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Rights | 2 |
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