Смазочные добавки для буровых растворов кратко

Обновлено: 05.07.2024

Смазочные добавки к буровым растворам применяются для улучшения смазочных свойств буровых растворов в целях снижения расхода нефти на его обработку и увеличения срока службы бурового оборудования. Использование смазочных добавок приводит к уменьшению износа рабочего инструмента, снижения вероятности прихвата, увеличения срока службы буровых долот, увеличения скорости бурения.

Применение высококачественной смазочной добавки приводит к улучшение смазочных и противоизносных свойств буровых растворов в результате повышения прочности и степени адгезии смазочной пленки к поверхности металла при одновременном улучшении стабилизирующих свойств бурового раствора.

Смазочные добавки к буровым растворам применимы к различным по составу и минерализации видам буровых растворов на водной основе (полимерные, полисахаридные, полимерсолевые, глинистые, техническая вода).

Смазочные добавки предназначены для уменьшения крутящего момента колонны бурильных труб, увеличению стойкости трущихся металлических пар и предотвращению прихватов. Влияние этих добавок на повышение стойкости опор долота заключается в гидро-фобизации трущихся поверхностей и ингибировании коррозионных процессов с образованием на поверхности трения смазочных пленок, способствующих устранению микрошероховатостей и снижению удельных нагрузок. Нефть, высокоокисленный битум в дизельном топливе и графит менее эффективны как смазка, чем ВМС, СЖК и вещества на их основе. Лучшими противоизносными свойствами, снижающими коэффициент трения в воде, обладают смеси анионных ПАВ с неионогенными ( сульфонол со шкопау или ОП-10) в соотношении 3: 2, где износ уменьшается в 3 - 5 раз, а смазочная способность увеличивается в 2 раза, а также катионоактивные ПАВ типа марвелана. [1]

Смазочные добавки - лубриканты, показанные в табл. 4.3.8 наряду с повышением смазочных и износостойких свойств буровых растворов, улучшают их фильтрационные и структурно-реологические характеристики. Относятся к малотоксичным веществам ( 4 - й класс опасности) и по эффективности не уступают лучшим зарубежным образцам, кроме ФК-1. Выпускает их ОАО Биохимкомбинат, г. Уфа, Башкортостан. [2]

Смазочные добавки в буровые промывочные жидкости улучшают энергетические характеристики и повышают долговечность деталей опор. [3]

Смазочные добавки вводят в буровой раствор для улучшения условий работы бурильной колонны и породоразрушающего инструмента в скважине. [4]

Смазочные добавки вводят в буровой раствор для улучшения условий работы бурильной колонны и породе разрушающего инструмента в скважине. [5]

Смазочные добавки к буровым растворам создают на бурильной колонне, стенках скважины и в призабойной зоне прочные и непрерывно возобновляющиеся адсорбционные и хемосорбционные слои, уменьшающие опасность прихватов, трение колонны о стенки, гидравлические потери, улучшающие отделение породы долотом, очистку его рабочих поверхностей и смазку опор. Особенно интенсивно развиваются эти слои на олеофильных поверхностях раздела, в частности на металле. [7]

Смазочные добавки уменьшают абразивное действие бурового раствора, а также вероятность возникновения прихватов и затяжек колонн труб в скважинах. В качестве смазочной добавки применяют СМАД-1, получаемый заводским путем на основе 40 % окисленного петролатума и 60 % дизельного топлива. Однако эту добавку нельзя использовать в высококальциевых и известково-глинистых растворах, так как она образует с кальцием нерастворимые мыла. Практически такому условию удовлетворяют буровые растворы, обработанные КССБ, КМЦ и полиакрила-тами. [8]

Смазочные добавки уменьшают коэффициент трения и придают буровому раствору смазочные свойства при высоких давлениях. Они служат для предупреждения прихватов, уменьшения крутящего момента и увеличения мощности, передаваемой на долото, а также для повышения износостойкости опор долота. [9]

Смазочные добавки снижают силы трения на всех поверхностях контакта движущихся или перемещаемых элементов ( деталей) бурового инструмента и оборудования между собой и с горной породой. При этом снижается износ и повышается длительность эксплуатации оборудования, уменьшается вероятность осложнений процесса бурения вследствие прихватов и посадок бурового инструмента, залипания колонны бурильных труб в желобах и на участках искривления скважины. Высокой смазочной способностью обладают многие полимерные реагенты, вводимые в буровые растворы как стабилизаторы и понизители фильтрации. Однако, если их смазочное действие недостаточно, в буровые растворы специально вводят смазочные добавки: нефть и жидкие нефтепродукты ( в виде эмульсий), окисленный петролатум, нейтрализованные сульфированные жиры и жирные кислоты разного происхождения. Применяют также поверхностно-активные вещества ( сульфанол, неонол и другие) и твердую смазку - графитовый порошок. [10]

Смазочные добавки предназначены для уменьшения коэффициента трения и интенсивности износа деталей породоразрушающего инструмента ( прежде всего подшипников долот) и бурильных труб, а также для снижения вращающего момента, необходимого для преодоления сопротивлений трения, встречаемых бурильной колонной при роторном бурении, и уменьшения зависания колонны на стенках скважины при работе с забойными двигателями. [11]

Смазочная добавка применяется для облагораживания глинистых растворов с целью снижения прихватоопасности в скважинах, улучшения работоспособности долот. [12]

Смазочная добавка применяется для улучшения противоизнос-ных свойств промывочной воды, повышения стойкости и производительности долот при бурении скважин. [13]

Смазочные добавки Т-80 Л и МКФ способствуют улучшению противоизносных свойств растворов применительно к работе вооружения шарошечных долот. [14]

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.

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.

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")

Выбор смазочной добавки и ее концентрация в буровом растворе являются очень важным фактором. Однако следует отметить, что смазочные добавки благоприятно проявляют себя при бурении. Хорошие смазочные свойства увеличивают долговечность долота, снижают крутящий момент и, возможно, уменьшают опасность возникновения прихвата бурильной колонны.

Трудности, обусловленные большим крутящим моментом силами натяжения, особенно велики в наклонных скважинах с большими зенитными углами и в горизонтальных скважинах. Бурильная колонна лежит на нижней стенке скважины и имеет большую площадь контакта с породой и обсадной колонной. В таких условиях применение смазывающей жидкости может дать существенные преимущества при условии, если другие свойства бурового раствора оптимальны и применяется хорошая технология бурения.

При использовании буровых растворов на нефтяной основе (РУО) принимают коэффициент трения в пределах 0,14-0,22; при использовании растворов на водной основе для (РВО) – в пределах 0,20-0,40. В обсаженном стволе для РУО коэффициент трения примерно равен 0,18, а для РВО – 0,25, в зависимости от типа раствора. Значения коэффициента трения в промысловых буровых растворах колеблется в довольно широких пределах. Диапазоны значения для РУО и РВО могут перекрываться, в зависимости от состава раствора и вида используемой компьютерной программы.

Программы для расчета крутящего момента и сил натяжения не следует использовать отдельно одну от другой. Следует подчеркнуть необходимость использования производственного опыта. Если при бурении предыдущих наклонных скважин с большим зенитным углом потребовалось применение смазочных добавок, а все остальные компоненты бурения были оптимизированы, то использование смазочных добавок следует заложить в проекты будущих скважин. При таких обстоятельствах приоритет следует отдавать производственному опыту.

Рисунок 1. Результаты экспериментов по износу

В лабораторных условиях была проведена оценка смазочных свойств растворов на нефтяной и водной основе при разной их плотности и разной концентрации смазочных добавок. При проведении опытов гладкий бурильный замок диаметром 165 мм был прижат к внутренней поверхности обсадной трубы диаметром 244 мм и вращался. Усилие приложения менялось в пределах 4-8 кН, что соответствует контактному усилию, действующему на участке набора зенитного угла 30/30 м. Частота вращения замка составляла 112 об/мин. Установку заполняли различными буровыми растворами.

Ссылка: Влияние состава буровых растворов на износ и работоспособность обсадных труб и бурильных замков. Дж. М. Бол Коримклийке. Лаборатории фирмы Shell Е&Р Laboratories. Статья 13457 Общества Инженеров-Нефтянников и Международной Ассоциации Буровых Подрядчиков.

При испытании в среде неутяжеленных буровых растворов разницы в смазочной способности у различных, имеющихся на рынке, смазочных добавок не обнаружено. До некоторой степени они все уменьшают износ обсадных труб (Рис. 1).

Рисунок 2. Результаты экспериментов над обсадкой

Уменьшение износа от ввода смазочных добавок в растворы с плотностью более 1500 кг/м – обнаружено не было (Рис.3).Ввод в раствор стеклянных шариков или дизельного топлива не изменило смазочных свойств. Размер стеклянных шариков не позволял им проникать между бурильным замком и обсадной трубой. Дизельное топливо не образует смазочной пленки на поверхности стали.
Ввод соли и полимера привел к некоторому уменьшению крутящего момента и износа, но влияние их было меньше, чем от ввода стандартных добавок.
Влияния ввода смазочных добавок на износ при испытаниях в среде утяжеленных растворов не обнаружено.

Наибольшее влияние на износ оказал тип утяжелителя. (Рис. 2)

Рисунок 3. Коэффициент трения как функция плотности бурового раствора и концентрации смазывающего материала

Рисунок 4. Смазки, снижающие коэффициент трения при бурении скважины.

Подобные эксперименты были проведены с 28 различными смазочными добавками. Проделано 800 опытов для двенадцати факторных матриц. Были использованы стальной замок с гладкой поверхностью, замок с наплавкой твердого сплава и модель центратора. Испытания проводили только в растворах на водной основе. Лишь одна комбинация: смазочные добавки высокого давления + ПАВ + полимеры обеспечила понижение коэффициента трения до уровня, характерного для растворов на нефтяной основе. Три добавки: стеклянные шарики, сульфированное таловое масло с жирными кислотами плюс аминь и модифицированные жирные кислоты не оказали никакого влияния на величину коэффициента трения. Первые две добавки дали столь незначительное снижение коэффициента трения, что лучшего, результата можно добиться другими средствами, т. е. совершенствованием формы профиля скважины, компоновкой низа бурильной колонны, изменением плотности бурового раствора (Рис. 4).

Ссылка: Передовая технология лабораторных измерении коэффициента трения в среде бурового раствора. М. С.Кигли. Фирма Mobil R&D Corporation. Статья : 19537 Общества Инженеров-Нефтяников

Выбор смазочных добавок для буровых растворов

Выбор смазочных добавок может быть ограничен экологическими и экономическими соображениями, а также совместимостью добавки с исходным буровым раствором. Если опыт бурения аналогичных скважин не позволяет сделать определенный выбор, то рекомендуется прибегнуть к помощи экспертов из фирмы, специализирующейся в области бурового раствора.

Смазочные добавки для растворов на нефтяной основе

Обычно РУО обладают достаточно хорошими смазочными средствами и без специальных добавок. На рынке имеется небольшое количество смазочных добавок для РУО, однако в настоящее время еще нет ни лабораторных, ни промысловых данных, которые подтверждали бы их эффективность.

Смазочные добавки для растворов на водной основе (рво)

В настоящее время на рынке имеется большой ассортимент смазочных добавок для буровых растворов на водной основе. Выбор конкретной добавки зависит от характера действия, экологических соображений, типа раствора, его плотности, от температуры в скважине и от того, какой вид трения преобладает: сталь по стали или сталь по породе.

Смазочные материалы для растворов на водной основе можно подразделить на две группы:

Смазочные добавки на основе масел

Рафинированные биоразложимые природные продукты (рыбий жир, растительное масло) можно вводить в буровой раствор в концентрации 2-10%. В составе добавки часто присутствует ПАВ для улучшения диспергирования в буровом растворе.

Такие смазочные добавки на поверхности воды будут образовывать радужную пленку, вследствие чего в некоторых экологически чувствительных районах применять их нельзя.

Водорастворимые смазочные добавки

Сервисные фирмы предлагают несколько водорастворимых или легко смешивающихся с водой смазочных добавок, не образующих на поверхности воды радужной пленки. Эти добавки, в широком смысле, имеют сходный состав, основанный на гликолях, глицерине или полищелочных окислах. Характерная концентрация таких добавок в буровом растворе составляет 2-5%.

Важно подчеркнуть необходимость надлежащего предварительного планирования. Бурение следует проектировать без применения смазочных добавок, поскольку многие из них не очень эффективны. Они существенно повышают стоимость бурения скважины. Смазочные добавки следует применять прежде всего для уменьшения крутящего момента и сил сопротивления в тех случаях, когда при бурении крутящий момент и силы сопротивления оказались больше, чем ожидалось.

Смазочные добавки применяли для уменьшения сил сопротивления при спуско-подъёмных операциях или при спуске обсадных колонн.

Читайте также: