Научная статья на тему 'Эффективность смазочных добавок к буровым растворам'

Эффективность смазочных добавок к буровым растворам Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
1265
169
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ялунин Михаил Дмитриевич, Шевченко Иван Николаевич

Смазочные добавки к буровым растворам значительно увеличивают срок работы не только долот, но и всего бурового оборудования, работающего в среде буровых растворов. Накоплен положительный опыт применения явления избирательного переноса (ИП) при трении подвижных узлов и механизмов, однако не удавалось использовать ИП в промысловой практике. Задача решена автором путем введения солей меди в смазочные добавки, широко применяемые в бурении. Приводятся сравнительные результаты лабораторных и промысловых исследований смазочных добавок: обычных и содержащих медь. Показана высокая эффективность омедненных добавок и необходимость дальнейшей разработки технологии. Библиогр. 2. Ил. 1.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ялунин Михаил Дмитриевич, Шевченко Иван Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE EFFICIENCY OF LUBRICANT ADDITIVES TO DRILLING AGENTS

Lubricant additives to drilling agents considerably increase both the lifetime of bits and all drilling equipment used in the environment of drilling agents. Positive experience of the application of the selective transfer phenomenon at friction of actuated parts and mechanisms is saved up. However it was not possible to use selective transfer in field experience. The author solved this problem by ushering salts of copper into the lubricant additives that are widely used in drilling. The comparative results of laboratory and field researches of lubricant additives (usual and containing copper) are given in the work. High efficiency of copper-plated additives and necessity of the further development of technology is shown there.

Текст научной работы на тему «Эффективность смазочных добавок к буровым растворам»

УДК 622.245.12

М. Д. Ялунин, И. Н. Шевченко Астраханский государственный технический университет

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СМАЗОЧНЫХ ДОБАВОК К БУРОВЫ1М РАСТВОРАМ

Смазочные добавки к буровым растворам значительно увеличивают срок работы не только долот, но и всего бурового оборудования. В связи с этим важно разработать более эффективные и малодефицитные добавки, позволяющие существенно улучшить смазочные свойства буровых растворов.

После открытия Д. Н. Гаркуновым и И. В. Крагельским нового явления - избирательного переноса (ИП) - накоплен положительный опыт его применения при трении для снижения износа подвижных узлов машин и механизмов. Указанное достигается не только подбором пар трения, но и разработкой составов смазок, способствующих проявлению ИП. Несмотря на успехи, достигнутые в машиностроении, не удавалось использовать ИП для снижения износа буровых машин, механизмов и инструмента, работающих в водной среде с рН > 7 [1, 2], т. к. попытки введения соединений меди непосредственно в глинистые растворы резко ухудшали их реологические и фильтрационные свойства.

Задача была решена путем введения меди в широко применяемые смазочные добавки к буровым растворам СМАД-1 (на основе окисленного петролатума), СГ (смесь гудронов) и ОЖК (частично омыленные жирные кислоты), содержащие высокомолекулярные карбоновые кислоты и их производные.

Омеднение этих добавок до оптимальной степени насыщения солями меди осуществляли медьсодержащими соединениями. В лабораторных условиях были проведены всесторонние испытания новых смазочных добавок.

Противоизносные свойства водных буровых растворов со сравниваемыми смазочными добавками оценивали по диаметру пятна износа шариков на четырехшариковой машине МАСТ-1 при нагрузке, создающей контактные напряжения 4 100 МПа, и частоте вращения шпинделя 1 об/мин. Перед исследованиями буровые растворы со смазочными добавками перемешивали в миксере в течение 5 мин при частоте вращения 5 000 об/мин.

В табл. 1 приведены результаты испытаний омыленных (до степени 0,4) ОЖК Невинномысского химкомбината, СГ Краснодарского масложирового комбината, а также СМАД-1 и омедненных (шифр с буквой М) добавок. Из табл. 1 видно, что ввод в буровой раствор 2-3 % предлагаемых смазочных добавок в 2,1-3,75 раза снижает износ по сравнению с растворами с применяемыми неомедненными добавками. Особенно эффективны ОЖКМ и СГМ, повышающие смазочную способность в 3,2-3,75 раза.

Таблица 1

Прочностные свойства буровых растворов

№ бурового раствора Буровой раствор Абсолютный износ шариков, мм Средний коэффициент трения Относительный износ

1 Г линистый раствор плотностью р = 1,05 г/см3 из бентонитовой глины 0,045 0,22 1,0

2 № 1 + 2 % ОЖК 0,022 0,096 0,49

3 № 1 + 2 % ОЖКМ 0,012 0,1 0,27

4 № 1 + 3 % СГ 0,019 0,08 0,42

5 № 1+ 3 % СГМ 0,014 0,1 0,31

6 № 1 + 3 % СМАД-1 0,028 0,06 0,62

7 № 1 + 3 % СМАД-1М 0,022 0,083 0,49

Влияние омеднения ОЖК было оценено также на машине трения МИ-1М при скольжении образцов из стали 55СМ5ФА, термообработанной до ИЯС = 55-57, по образцам из стали 20ХНЗА с ИЯС = 58-59. Изнашивание осуществляли при скорости скольжения 1 м/с и удельных нагрузках д, возникающих при работе долот.

На рисунке показано влияние д на изменение интенсивности изнашивания i и коэффициента трения ктр.

£ , /о 'с? гг

л?

п

7

3

Зависимость интенсивности изнашивания I (I) и коэффициента трения ктр (II) от удельной нагрузки д:

1 - исходный глинистый раствор плотностью р = 1,05 г/см3;

2, 3 - исходный глинистый раствор с добавкой соответственно 3 % ОЖК и 3 % ОЖКМ

Исследования показали, что в глинистой суспензии с добавкой ОЖК уже при д = 60 МПа i и ктр увеличиваются. При д > 60 МПа отмечаются явления схватывания с резким возрастанием i и ктр. При добавке в буровой

раствор омыленных омедненных жирных кислот интенсивность изнашивания несколько увеличивается только при q > 80 МПа (увеличение q более 100 МПа ограничивалось возможностями машины МИ-1М). Коэффициент же трения не менялся и при q = 100 МПа. Приведенные данные позволяют сделать вывод, что применение омедненной смазочной добавки улучшает противозадирные свойства водных буровых растворов по удельной нагрузке до наступления схватывания более чем в 2 раза (с 60 до 100 МПа) по сравнению с раствором с неомедненной смазочной добавкой или в 5-7 раз по сравнению с раствором без смазочной добавки. С учетом q, возникающих в опорах долот, следует ожидать, что применение омедненной смазочной добавки устранит в них явления схватывания.

Оптимальное содержание солей меди жирных кислот в смазочной добавке составляет 50-60 %, а содержание смазочной добавки в буровом растворе равно 2-3 %, т. е. находится в пределах, рекомендуемых для применяемых смазочных добавок.

Омыленная омедненная добавка хорошо диспергируется в водных растворах, не требует растворителя и непосредственно вводится в буровые растворы из мерной емкости. Омедненную, но не омыленную смазочную добавку следует растворять в дизельном топливе в соотношении 1:3 для снижения ее вязкости. Омыленная смазочная добавка не ухудшает реологические и фильтрационные свойства буровых растворов (табл. 2).

Таблица 2

Показатели качества бурового раствора

№ бурового раствора Буровой раствор Плотность р, г/см3 Фильтрация Ф, см/30 мин Вязкость УВ, с Статическое напряжение 0, 10-6 МПа

1 Глинистый раствор из бентонитовой глины 1,05 19 22 2,4/3,0

2 № 1 + 2 % ОЖК 1,05 18 21 2,7/3,6

3 № 1 + 3 % ОЖК 1,04 15 18 1,4/2,7

4 № 1 + 1 % ОЖКМ 1,04 15 24 4,1/4,8

5 № 1 + 2 % ОЖКМ 1,05 14 24 5,1/7,5

6 № 1 + 4 % ОЖКМ 1,05 16 24 5,7/7,2

Результаты замеров, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что добавка ОЖКМ, как и ОЖК, несколько снижает фильтрацию, а это уменьшает расход соответствующих реагентов.

Эффективность смазочной добавки в виде частично омыленных омедненных жирных кислот в промысловых условиях была проверена на одной из площадей предприятия «Роснефть-СНГ». Скважины бурили с промывкой глинистым раствором (р = 1,10-1,15 г/см3, Ф = 3,5-5,5 см3, УВ = 25-45 с, 0 = (2,0/5,0-1,5/8,0)10-6 МПа, рН = 8-9). Режим бурения: нагрузка на долото 240 кН, частота вращения 80-100 об/мин, подача насосов 31-32 л/с, давление на выкиде насосов 10-11,5 МПа. Долота отрабатывали с помощью роторных манометров.

Данные о работе долот, представленные в табл. 3, свидетельствуют о том, что частично омыленные омедненные жирные кислоты являются эффективными смазочными добавками к буровым растворам.

Таблица 3

Показатели работы долот в зависимости от смазочных добавок

Типоразмер долота Смазочная добавка Интервал бурения Число долот Общая проходка, м Общее время бурения, ч Средние показатели на одно долото

Проходка, м Стойкость, ч Механическая скорость, м/ч

III 215, 9СГН ОЖКМ 2 634-3 128 5 439 102,0 87,8 20,4 4,3

III 215, 9С3ГВ ОЖКМ 3 252-3 600 4 350 82,2 87,5 20,6 4,3

III 215, 9СГН ОЖК 2 600-3 176 6 354 94,0 59,0 15,7 3,8

III 215, 9С3ГВ ОЖК 3 176-3 534 5 301 73,1 60,2 14,6 4,1

Они позволяют в среднем увеличить проходку на долото на 47 %, стойкость опоры - на 35 %. Механическая скорость при этом возростает на 10 %.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Повышение износостойкости на основе избирательного переноса / Под. ред. Д. Н. Гаркунова. - М.: Машиностроение, 1977.

2. Мкртчян С. М., Пичугин В. Ф. Повышение износостойкости бурового и нефтепромыслового оборудования и инструмента на основе использования эффекта избирательного переноса // РНТС. Машины и нефтяное оборудование. М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - № 7. - С. 2-30.

Получено 26.10.05

THE EFFICIENCY OF LUBRICANT ADDITIVES TO DRILLING AGENTS

M. D. Yalunin, I. N. Shevchenko

Lubricant additives to drilling agents considerably increase both the lifetime of bits and all drilling equipment used in the environment of drilling agents. Positive experience of the application of the selective transfer phenomenon at friction of actuated parts and mechanisms is saved up. However it was not possible to use selective transfer in field experience. The author solved this problem by ushering salts of copper into the lubricant additives that are widely used in drilling. The comparative results of laboratory and field researches of lubricant additives (usual and containing copper) are given in the work. High efficiency of copper-plated additives and necessity of the further development of technology is shown there.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.