Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Закиров, Артем Яудатович

Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин
<
Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Закиров, Артем Яудатович. Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.15 / Закиров Артем Яудатович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. гор. ун-т].- Санкт-Петербург, 2012.- 142 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/3880

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований трения и износа в бурении 7

1.1 Трение и износ в бурении 7

1.2 Износ бурильных и обсадных труб 13

1.3 Применяемые методы исследования смазочных свойств буровых растворов 15

1.4 Выводы по главе

1. Постановка цели и задач исследования 22

ГЛАВА 2. Методика экспериментальных исследований 23

2.1 Состав и свойства промывочных жидкостей. Технологические параметры буровых растворов 23

2.2 Оборудование для оценки свойств буровых растворов 27

2.3 Методика обработки экспериментальных данных 27

2.4 Выводы по главе 2 31

ГЛАВА 3. Разработка составов буровых растворов с содержанием смазочной добавки на основе дитерпенов ...32

3.1 Оценка эффективности различных смазывающих добавок 32

к буровым растворам 32

3.2 Исследование влияния отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием дитерпенов на смазывающие и фильтрационные свойства буровых растворов 36

3.3 Разработка модифицированных составов малоглинистых буровых растворов с улучшенными смазочными характеристиками 40

3.4 Исследование технологических параметров разработанных составов буровых растворов. Анализ полученных результатов 42

3.5 Выводы по главе 3 50

ГЛАВА 4. Разработка методики оценки триботехнических свойств буровых растворов

4.1 Разработка экспериментальной установки и методики оценки триботехнических свойств буровых растворов 52

4.2 Исследование противоизносных свойств буровых растворов на разработанном стенде 54

4.3 Выводы по главе 4 67

ГЛАВА 5. Теоретическое обоснование механизма снижения трения и износа бурового инструмента с использованием бурового раствора с улучшенными триботехническими свойствами 69

5. 1 Анализ механизма трения и износа 69

5.2 Анализ механизма смазочного действия реагента на основе отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием дитерпенов 72

5.3 Выводы по главе 5 75

ГЛАВА 6. Оценка эффективности предлагаемых разработок на экспериментальном стенде имитирующем условия скважины 76

6.1 Описание стенда и методики проведения экспериментов 77

6.2 Определение износа труб при промывке водой без добавок 85

6.3 Определение износа труб при промывке с применением отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием дитерпенов в качестве смазочной добавки к буровым растворам 103

6.4 Оценка эффективности отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием дитерпенов 118

6.5 Оценка экономической эффективности от использования отходов канифольно-терпентинового производства в буровых растворах 128

6.6 Выводы по главе 6 -і --і

Список использованной литературы 132

Введение к работе

Актуальность темы диссертации: Укрепление топливно-энергетического комплекса страны за счет добычи углеводородного сырья возможно только при постоянном наращивании объемов бурения. Суммарная проходка за первые восемь месяцев 2011 г. составила примерно 13 тыс.км, что на 10 % больше чем в предыдущем году. Большинство из пробуренных скважин имеют сложное пространственное положение, большой отход от устья и, как следствие, большую протяженность наклонно направленных участков. Так, например, в начале 2011 г. на месторождении «Одопту» пробурена скважина общей протяженностью 12345м, длина горизонтального участка 11475м. В таких условиях значительно увеличивается нагрузка на крюке, увеличиваются растягивающие нагрузки бурильных труб, что приводит к увеличению энергоемкости процесса бурения, росту количества осложнений и аварий.

На участках ствола с пространственным искривлением возникают значительные контактные нагрузки и сопротивления движению бурильной колонны при подъеме, которые приводят к протиранию обсадной колонны и повышенному износу бурильных труб, что в итоге значительно сокращает срок эксплуатации бурового оборудования, тому пример скважина СГ-3, где при подъеме колонны на 70% увеличивался вес на крюке.

Не менее актуальна задача снижения трения при бурении скважин для прокладки инженерных коммуникаций (подводные переходы при строительстве нефтегазопроводов, подземной прокладке труб для электро-, газо-, водоснабжения в условиях городской застройки и др.).

Смазывающую способность буровых растворов улучшают введением специальных смазочных добавок. Всего насчитывается более 100 наименований добавок, но большинство из них не находит применения из-за отсутствия стабильной сырьевой базы, низкой эффективности, неудобной товарной формы, высокой стоимости.

Все перечисленное свидетельствует о необходимости разработки эффективных, недорогих и экологически безопасных

растворов, уменьшающих негативное влияние указанных выше процессов.

Значительный вклад в развитие научных представлений о процессах трения в скважинах, а так же в разработку смазочных добавок к буровым растворам внесли отечественные и зарубежные исследователи: Александров М.М., Ангелопуло O.K., Кистер Э.Г., Жидовцев К.М., Яров АН., АхматовА.С, Конесев Г.В., Мавлютов М.Р., Мойса Ю.Н. Спивак А.И., Исмаков Р.А. Литвинец А.Б., Лукманов P.P., Taylor R., Rozenberg M. и др.

Актуальность темы подтверждается ее соответствием плану госбюджетных НИР кафедры бурения скважин СПГГУ.

Целью работы является повышение эффективности
строительства наклонно направленных скважин за счет разработки
буровых растворов с высокими смазывающими и

противоизносными характеристиками.

Идея работы заключается в использовании в составе буровых растворов реагента с высоким содержанием дитерпенов, являющихся отходом глубокой переработки древесины.

Задачи исследований.

обзор и анализ современного уровня изученности влияния смазывающих добавок на технологические параметры буровых растворов.

разработка составов промывочных жидкостей и проведение экспериментальных исследований влияния реагентов-понизителей трения на технологические параметры растворов.

теоретическое обоснование и разработка методики оценки триботехнических параметров буровых растворов.

технико-экономическая оценка предложенных разработок.
Методика исследований носила экспериментально-
теоретический характер, включающий в себя комплекс работ по
исследованию технологических параметров буровых растворов с
высокой смазывающей способностью и стендовые исследования
влияния смазочной добавки СДД на абразивный износ бурового
оборудования.

Научная новизна заключается в:

установлении зависимости смазывающей и противоизносной способности буровых растворов от концентрации в их составе отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием смоляных кислот ряда дитерпенов и положительного влияния указанных отходов на структурно-реологические параметры растворов;

разработке методики определения триботехнических свойств промывочных жидкостей, позволяющей раскрыть механизм смазочного действия исследуемого объекта.

Защищаемые научные положения.

  1. Введение в состав буровых растворов отходов канифольно-терпентинового производства в количестве 0,6-1% способствует снижению коэффициента трения на 50-60% и на 30-50% водоотдачи малоглинистых растворов (3-5% дисперсной фазы) при сохранении требуемых структурно-реологических параметров.

  2. Разработанная методика оценки триботехнических свойств промывочных жидкостей позволяет раскрыть механизм смазочного действия исследуемого реагента с образованием между трущимися поверхностями граничного разделительного слоя, снижающего износ бурильных и обсадных труб на 60-90%.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем аналитических и достаточным объемом экспериментальных исследований, удовлетворительной степенью сходимости их результатов и воспроизводимостью полученных данных.

Практическая значимость работы заключается в разработке составов буровых растворов с высокими смазочными и противоизносными свойствами для бурения наклонно направленных нефтяных, газовых и технических скважин.

Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного университета (Санкт-

Петербург, 2010, 2011); на Международной конференции, посвященной 55-летию кафедры бурения скважин Томского государственного политехнического университета (Томск, 2009); на XIV Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых им. акад. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2010); на XI международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2010» (Ухта, 2010); на Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих журналов и изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получено положительное решение на выдачу патента РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 102 наименования. Материал диссертации изложен на 142 стр., включает 10 табл., 64 рис. и 2 приложения.

Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю Николаеву Николаю Ивановичу за наставления и помощь в организации исследований.

Применяемые методы исследования смазочных свойств буровых растворов

Износ, как правило, медленный процесс, который не влечет за собой внутреннего разрушения, но может привести к возникновению аварийных ситуаций (отказов). Наиболее часты отказы муфт, труб и замков вследствие износа наружной поверхности, отказы замков в результате износа и заедания замковой резьбы. Более редки отказы, связанные с износом резьбы труб. Совсем редки отказы из-за промыва резьбы труб и замков, а также промыва соединений в упорном стыке.

Увеличение глубины бурения лишь один из тех факторов, которые привели к увеличению затрат, связанных с применением бурильных труб. Другой причиной является так называемая оптимизация бурения. Для подрядчика оптимизация бурения - означает увеличение количества применяемых УБТ, осевой нагрузки на долото, давления на выкиде насоса и скорости вращения бурильного инструмента. Увеличение этих параметров увеличивает абразивный износ, на степень которого также влияют длина колонны бурильных труб и кривизна пробуренной скважины.

Существуют и другие факторы, которые приводят к износу бурильных труб, такие как вибрация, возникающая в результате попеременного контакта зубьев долота с породой: динамические напряжения, которые возникают при неожиданной остановке движения колонны бурильных труб; колебания крутящего момента, прилагаемого к колонне в процессе бурения. При большой кривизне наклонно направленных скважин часто создаются усилия изгиба, которые могут превзойти прочность колонны бурильных труб в месте искривления. В процессе вращения бурильных труб в искривленных стволах скважин усталостные напряжения накапливаются до тех пор, пока не наступит усталостное разрушение. При эксплуатации оборудования не должны превышаться расчетные пределы напряжений. Остаточное динамическое воздействие критического искривления стволов скважин и его связь с усталостным напряжением колонны бурильных труб затрудняют определение безопасных для работы пределов напряжений.

Износ бурильных труб начисляется по нормам, установленным прейскурантом порайонных расценок на строительство нефтяных и газовых скважин.

Проблема трения, износа и смазки отличается сложностью и многогранностью проявлений, требует знаний разных областей науки и использования новейших достижений многих отраслей техники. Объективные трудности решения задач проблемы связаны, прежде всего, с невозможностью прямого наблюдения за контактирующими участками поверхностей трения в процессе их взаимодействия, одновременным течением в контактных зонах многочисленных процессов термодинамического и физико-химического характера [39].

Изучение противоизносных свойств растворов в процессе бурения скважин крайне затруднено без предварительных лабораторных испытаний вследствие неуправляемости таких факторов, как неоднородность горных пород, колебания инструмента. Однако результаты бурения являются критерием правильности выбора методики лабораторных испытаний. Если результаты лабораторных испытаний подтверждаются данными бурения, то, следовательно, методика выбрана правильно.

Получение идентичных результатов в лабораторных и промысловых условиях испытаний, очевидно, возможно лишь в том случае, если методика лабораторных испытаний отвечает определенным требованиям, которые сводятся к необходимости воспроизведения или моделирования реальных (промысловых) условий взаимодействия исследуемых тел. [39, 40]

При решении прикладных задач трения, износа и смазки основными считаются методы экспериментального изучения контактных взаимодействий в моделях или реальных узлах трения. В [39, 40] авторы выделяют, что лабораторные методы исследования противоизносных и смазочных свойств промывочных жидкостей должны отвечать следующим основным требованиям:

1. Воспроизводить энергетическую загрузку взаимодействующих тел. При этом важно воспроизвести не только величину и интервал изменения реализуемой энергии, но и интенсивность ее реализации, т. е. мощность трения. Поскольку, как правило, размеры контактных или рабочих поверхностей трения в моделях и в реальных механизмах отличны, то энергетическую загрузку целесообразно воспроизводить по напряженности работы, т.е. по удельной мощности трения;

2. Воспроизводить условия охлаждения и смазки. Основными критериями оценки этих условий являются удельный расход бурового раствора и скорость обтекания. Большая роль в создании аналогичных условий теплоотвода принадлежит соответствию цикличности взаимодействия поверхностей трения. Воспроизведение времени между повторяющимися контактами (частоты взаимодействия) важно в связи с тем, что образование граничного слоя раствора, химические реакции в растворе и на поверхностях трения, передача тепла от точек контакта и другие протекают во времени; 3. Воспроизводить свойства взаимодействующих тел. Как правило, это осуществляется использованием исследуемых образцов из таких же материалов и таким же образом подготовленных, как и в промысловом бурении.

4. Моделировать характер взаимодействия изнашиваемых элементов. Характер взаимодействия включает размер и форму площадок контакта и схему взаимодействия.

5. Размер и форму площадок контакта, если есть возможность, надо воспроизводить, т.е. использовать их такими же, как и в натуре. При отсутствии такой возможности их надо моделировать.

6. В реальных узлах трения возможен как управляемый, так и неуправляемый переход от одной элементарной схемы взаимодействия к другой и их чередование. Это может значительно усложнить моделирование взаимодействия изнашиваемых элементов. В этом случае схему взаимодействия следует упростить до элементарной схемы, но при условии выполнения следующего требования.

Методика обработки экспериментальных данных

Для приготовления растворов использовалась высококачественная глина: бентонит Quick-Gel от фирмы Baroid, насыпная плотность - фунт/фут3 (кг/м3) -68-72(1090-1154) (в зависимости от упаковки) - рН (3% раствора) - 8,9.

Для получения суспензии использовалась водопроводная вода, перемешивание компонентов производилось лабораторной глиномешалкой.

Для обработки полученной глинистой суспензии использовались реагенты: КМЦ, ilAA(Praestol), ГКЖ 11, Na2C03, ТПФН, керосин.

Методика обработки экспериментальных данных Для проведения исследований разработана следующая методика, при которой необходимо выполнить следующие этапы. - определить критерии оценки разрабатываемой промывочной жидкости (реологические, фильтрационные, антифрикционные, коркообразование и др.) и оптимальные диапазоны изменения параметров основных технологических свойств промывочных жидкостей; - подготовить набор образцов промывочной жидкости с исследуемым реагентом в различных диапазонах дозировок; - определить параметры образцов промывочной жидкости, выбрать образцы с наиболее близкими к требуемым параметрам (поиск "на грубый результат"); - подготовить образцы промывочной жидкости с детализацией дозировки добавки и других реагентов рецептуры раствора с целью получения желаемых результатов; - определить параметры, выбрать образцы с наиболее близкими к требуемым параметрам; - детализировать дозировку необходимо до получения рецептуры с требуемыми параметрами; - последовательно определить параметры свойств после каждой обработки с целью выявления недопустимого уровня отклонения от заданных; - рассчитать расход реагента для приготовления промывочной жидкости. Данные, полученные в результате проведения лабораторных исследований, обрабатывались методами математической статистики. При измерении параметров бурового раствора выделялись систематические и случайные погрешности. При этом необходимое и достаточное количество повторных замеров (п) определялось из известных выражений где В - допустимая ошибка; v - коэффициент вариации; t - критерий Стьюдента, выбираемый по стандартной таблице в зависимости от величины принятой доверительной вероятности (а). Величина допустимой ошибки в бурении обычно принимается равной 3 -г 10 %. При проведении экспериментов автором принята величина В = 6 %. Коэффициент вариации получен по серии предварительных замеров и составил v=7 %, значение критерия Стьюдента при а =0.05 равно 2. Отсюда определялось число измерении п = = 3 .

Так как при создании новых рецептур промывочных жидкостей в лабораторных условиях большое количество экспериментов существенно увеличивает время проведения исследований, то используют методики, основанные на эмпирических формулах, расчеты параметров промывочных жидкостей для конкретных месторождений и реагентов. Такие формулы в дальнейшем позволяют обеспечить рациональную проводку скважины. Основные способы их получения заключаются в обработке большого массива промысловых данных. Их анализ представляет определенную трудность. В этой связи известны программы, позволяющие быстро и качественно обрабатывать большие объемы информации, получая общие закономерности в виде математических выражений. Для давно разрабатываемого месторождения, где накоплено большое количество данных, получение, таким образом, зависимостей не составляет проблем.

С помощью программы Statgraphics компании Statistical Graphics Corp. можно существенно сократить количество экспериментов. Предлагается эту программу использовать для моделирования составов промывочных жидкостей. Для этого возможно либо разрабатывать необходимую промывочную жидкость прямо в лаборатории, либо получить с промысла рабочий раствор для обработки его соответствующими реагентами.

Описание работы с программой и реальные примеры обработки данных представлены в источнике [22]. Обработка результатов эксперимента производится по следующей схеме:

На основании данных параллельных наблюдений оценивается дисперсия воспроизводимости Dyi для каждой строки плана, а затем в соответствии определяется критерий равноточности G, осуществляется проверка однородности дисперсий;

Анализ результатов эксперимента завершается интерпретацией модели в терминах объекта исследования. Прежде всего, выясняется, в какой мере каждый из факторов влияет на функцию отклика. Коэффициенты полинома (2.3) при отсутствии других членов являются частными производными функции отклика по соответствующим переменным, и, следовательно, значение данных коэффициентов служит количественной мерой, оценивающей влияние факторов: чем больше коэффициент Ьь тем сильнее это влияние. Знак коэффициента позволяет судить о характере зависимости функции отклика от соответствующих факторов. Затем следует проанализировать эффект парных взаимодействий, которые возникают в том случае, если эффект от влияния одного фактора зависит от уровня, на котором находится другой фактор. При этом тенденция изменения отклика может стать обратной. Коэффициенты при квадратичных членах by характеризуют степень нелинейности функции отклика; чем больше bij5 тем существеннее нелинейность.

Исследование влияния отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием дитерпенов на смазывающие и фильтрационные свойства буровых растворов

По графикам видно, что при увеличении времени проведения экспериментов до 15 минут износ в растворах с добавлением СДД остается практически на том же уровне, а в растворах без смазочной добавки износ увеличивается.

Полученные данные исследований износа на границе сталь45-электрокорунд 25А в реальных условиях работы инструмента соотносимы с проходкой по породам, относящимся к VIII (высшему) классу классификации горных пород по абразивности Л. И. Барона и А. В. Кузнецова. По данной классификации горные породы разбиты на 8 классов, при этом самые малоабразивные породы (мрамор, известняк, каменная соль) имеют показатель абразивности 5 мг, а очень абразивные породы (корундосодержащие) - свыше 90 мг. По новой методике величины износа, полученные в растворах без добавления смазочного реагента, совпадают с VIII классом абразивности пород классификации Л.И. Барона и А. В. Кузнецова [8]. Принимая во внимание этот факт, можно предположить, что новая методика позволяет определять класс абразивности горных пород и минералов. Для проверки этого проведен ряд испытаний по определению износа стали, с применением образцов различной степени абразивности [1]. В качестве абразивного материала использованы следующие образцы: мрамор, доломит, песчаник с различной зернистостью.

В графическом виде представлены результаты определения величины абразивности образцов полученные по методике Л.И. Барона и значения износа стального кольца по разработанной автором методике.

Образец №1 - доломит. Результаты испытаний образца №2 по определению абразивности материала по методике Л.И. Барона и А.В. Кузнецова и противоизносных свойств промывочных жидкостей представлены на рисунке 4.7.

На графике видно, что результат, полученный по методике Л.И. Барона, очень близок результату, полученному по новой методике в воде. В глинистом растворе без содержания СДД температура раствора в месте контактного взаимодействия поднялась до 89С, до начала эксперимента температура растворов составляла 30С. В растворе с добавлением реагента СДД износ снизился более чем в 30 раз, а температура составила 37С.

Более чем значительное снижение износа и теплонапряженности в растворах с добавлением реагента СДД объясняется образованием граничного слоя между стальным кольцом и образцом горной породы.

Образец №2 - песчаник мелкозернистый. Результаты испытаний образца №2 по определению абразивности материала по методике Л.И. Барона и А.В. Кузнецова и противоизносных свойств промывочных жидкостей представлены на рисунке 4.8.

Из рисунка видно, что результаты, полученные по методике Л.И. Барона и по новой методике в воде, сходятся. В глинистом растворе без содержания СДД температура в месте контактного взаимодействия поднялась до 85С. В растворе с добавлением реагента СДД износ снизился примерно в 20 раз, температура 37С. Снижение износа и теплонапряженности в растворах с добавлением реагента СДД объясняется образованием граничного слоя между стальным кольцом и образцом горной породы. Образец №3 - мрамор с примесью рудных минералов. Образец является мало абразивным, поэтому уровень износа, ожидаемо, не будет велик. Результаты испытаний образца №5 по определению абразивности материала по методике Л.И. Барона и А.В. Кузнецова и противоизносных свойств промывочных жидкостей представлены на рисунке 4.9.

Из рисунка 4.9 видно, что результаты, полученные по методике Л.И. Барона и по новой методике в воде, сходятся. В глинистом растворе без содержания СДД температура в месте контактного взаимодействия поднялась до 77С, в растворе с добавкой 37С. Снижение теплонапряженности говорит о снижении коэффициента трения между контактирующими поверхностями.

Образец №4 - кварцевый тонкозернистый песчаник. Результаты испытаний образца №6 по определению абразивности материала по методике Л.И. Барона и А.В. Кузнецова и противоизноеных свойств промывочных жидкостей представлены на рисунке 4.10.

Из рисунка видно, что результаты, полученные по методике Л.И. Барона и по новой методике в воде, отличаются на 16%. В глинистом растворе без содержания СДД температура в месте контактного взаимодействия поднялась до 97С. В растворе с добавкой износ снизился более чем в 5 раз, температура 37С. Снижение износа и теплонапряженности в растворах с добавлением реагента СДД объясняется образованием граничного слоя между стальным кольцом и образцом горной породы.

Образец №5 - терригенная порода. Результаты испытаний образца №5 по определению абразивности материала по методике Л.И. Барона и А.В. Кузнецова и противоизносных свойств промывочных жидкостей представлены на рисунке 4.11.

Исследование противоизносных свойств буровых растворов на разработанном стенде

На графиках видно, что при величинах прижимной нагрузки равной 50 и 100 кгс износ на низких скоростях вращения (60 об/мин) сильнее, чем при 120 об/мин. Это объясняется тем, что при низкой скорости вращения амплитуда колебаний и вибрации в зоне контакта трущихся деталей намного больше, чем при 120 об/мин. Данное утверждение подтверждается сильными скачками параметров, которые показаны на рисунках 6.16 и 6.18.

При величине прижимной нагрузки равной 200 кгс износ имеет самое большое значение, даже не смотря на большую величину скачков параметров при скорости вращения 60 об/мин. Рассматривать полученные результаты необходимо с точки зрения работы проделанной поверхностью образца БТ. При скорости вращения 120 об/мин обсадная труба изнашивается сильнее из-за наличия наклепа на поверхности образца БТ, и за счет высокой скорости контактного взаимодействия участков, упрочненных наклепом, т.е. более высокой интенсивностью взаимодействия. Меньший износ БТ при высокой скорости вращения обусловлен меньшей амплитудой колебаний в области контактного взаимодействия, что видно по амплитуде скачков прижимного усилия на рисунках 6.7 и 6.14. Это объясняет большую площадь износа образца БТ при 60 об/мин (рисунки 6.8, 6.15).

В результате экспериментов по определению износа труб в воде установлено; 1. величина момента силы трения слабо зависит от скорости вращения, при 120 об/мин момент в среднем на 10% больше, чем при 60 об/мин; 2. момент силы трения линейно зависит от величины прижимной нагрузки; 3. влияние вибрации на износ имеет обратную зависимость от скорости вращения и оказывают существенное влияние на величину износа. 6.3 Определение износа труб при промывке с применением отходов канифольно-терпентинового производства с высоким содержанием дитерпенов в качестве смазочной добавки к буровым растворам В главе 4 установлено, что оптимальная концентрация реагента СДД в растворе находится в диапазоне 0,6-1% от объема промывочной жидкости. Для проведения экспериментов была приготовлена промывочная жидкость с концентрацией реагента СДД 1%.

Результаты эксперимента №1 по определению износа в воде с добавкой СДД представлены на рисунке 6.21.

Из графика 1 видно, что величина момента силы трения колеблется в диапазоне 0,5-0,8 кгс-м в течении первых 5 минут. Следовательно за в время происходило постепенное разрушение заводского покрытия трубы. В течении следующих 40-45 минут экеперимента значения момента трения колебались в широком диапазоне 1,0-5,8 кгс-м, наблюдались сильные вибрации. Режим трения нормализовался после 50 минут эксперимента, стенд начал работал тихо. прекратились вибрации, значения момента силы трения колебались около 0,9 кгс-м. На рисунке 6.22 показана с разных сторон поверхность образца БТ после эксперимента №1.

На рисунке видно, что большая часть поверхности образца БТ сохранило заводское покрытие, это свидетельствует о высокой несущей способности граничного слоя, создаваемого реагентом СДД. Подверглась износу одна сторона образца, в некоторых местах заметны задиры, наклеп и заполненные продуктами трения углубления.

Похожие диссертации на Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин