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, 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.
Влияние омеднения ОЖК было оценено также на машине трения МИ-1М при скольжении образцов из стали 55СМ5ФА, термообработанной до HRC = 55-57, по образцам из стали 20ХНЗА с HRC = 58-59.
Изнашивание осуществляли при скорости скольжения 1 м/с и удельных нагрузках q, возникающих при работе долот.
На рисунке показано влияние q на изменение интенсивности изнашивания i и коэффициента трения kтр.
Исследования показали, что в глинистой суспензии с добавкой ОЖК уже при q = 60 МПа i и kтр увеличиваются.
При q > 60 МПа отмечаются явления схватывания с резким возрастанием i и kтр.
При добавке в буровой раствор омыленных омедненных жирных кислот интенсивность изнашивания несколько увеличивается только при q > 80 МПа (увеличение q бо-лее 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).
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 (= 1,10-1,15 г/см3, Ф = 3,5-5,5 см3, УВ = 25-45 с, = (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 насо-сов 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.
Они позволяют в среднем увеличить проходку на долото на 47 %, стойкость опоры - на 35%.
Механическая скорость при этом возрастает на 10%.
Автор: Ялунин М., Шевченко И. (Астраханский государственный технический университет "Вестник АГТУ")
