Смазочные добавки для буровых растворов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Смазочные добавки к буровым растворам значительно увеличивают срок работы не только долот, но и всего бурового оборудования.

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")

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.

Классификация буровых растворов и их особенности

Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы и недиспергированные растворы

Такие растворы применяют в таких районах, где не предъявляется таких требова­ний к величине их водоотдачи и ингибирующей способности. Они обычно представляют собой раствор гуарового полисахарида или бентонитовый глинистый раствор и применя­ются для забуривания скважины с бурения под кондуктор. При неглубоком залегании про­дуктивного пласта и геологическом разрезе, сложенном устойчивыми породами, эти рас­творы могут обеспечить дешевле бурение интервала, расположенного над продуктивным пластом. Маловероятно их применение при бурении по продуктивному пласту из-за их высокой водоотдачи. Из-за высокой водоотдачи на проницаемых породах такие растворы образуют плотную фильтрационную корку; фильтрат сильно загрязняет продуктивный пласт, а толстая корка увеличивает опасность прихватов, вызванных действием дифферен­циального давления (дифференциальных прихватов).




Кальциевые буровые растворы

К этой группе растворов относятся растворы, обработанные сульфатом кальция (гипсовые), гидроксидом кальция (известковые) и хлоридами кальция (хлоркальциевые). Двухвалентные катионы кальция или магния ингибируют набухание глинистых пород, удерживая глинистые частицы в пакете. Кальциевые растворы применяют с целью предот­вращения кавернообразования, отвалов глинистых пород и уменьшения загрязнения про­дуктивного пласта.

Отработка таких растворов реагентами-разжижителями приводит к образованию дисперсной системы, в которой глинистые частицы агрегированы, а система, в целом, аг­регативно устойчива. Таким образом, количество связанной воды в системе уменьшается еще и вследствие взаимного слипания глинистых частиц. Это придает раствору низкие реологические свойства, слабую способность к структурообразованию, но высокую водо­отдачу. Обычно необходима отработка раствора понизителями водоотдачи. Дополнитель­ный ввод глины мало влияет на реологические свойства таких растворов. При вводе со­единений кальция наблюдается сильное временное загустевание раствора. Однако конеч­ные значения вязкости и статического напряжения сдвига понижаются в процессе ионного обмена и часто становятся ниже значений, которые имел исходный глинистый раствор.

Пониженная вязкость раствора позволяет иметь в нем относительно высокое со­держание твердой фазы без серьезных отрицательных последствий. Такие системы часто используются как основа для утяжеленных растворов. Кальциевые растворы устойчивы к действию таких электролитов, как соль, цемент и ангидрит. У них ограниченная термоста­бильность. Лишь после внедрения лигносульфонатов их стали применять при температу­рах более 120 0 С. В течение многих лет применяли высокоизвестковые, среднеизвестковые и малоизвестковые растворы. Эти названия характеризуют количество избыточной извести в растворе. Фактическое содержание ионов кальция в растворе невелико в любой разно­видности известковых растворов и выбор определенной разновидности зависит от забой­ной температуры или других факторов, влияющих на свойства раствора. Чем выше кон­центрация извести в растворе, тем ниже предел его термостабильности и выше устойчи­вость к влиянию электролитов и твердой фазы. Для ввода в раствор катионов кальция применяли и хлорид кальция. .Однако у таких растворов труднее поддерживать рабочие свойства и поэтому хлоркальциевые растворы применяются редко. В настоящее время обычной практикой является применение известковых растворов с умеренным содержа­нием извести. Если ожидаются более высокие забойные температуры, то в качестве источ­ника ионов кальция используют гипс. Если гипсовый раствор имеет недостаточную термо­стабильность, то целесообразно перейти на лигнит/л и гносульфонатны и раствор.

Изобретение относится к области бурения и предназначено для использования в буровых растворах на водной основе при проходке нефтяных и газовых скважин при разработке месторождений.

Известна смазочная композиция для бурового раствора на водной основе [1]. Композиция содержит легкое талловое масло, а в качестве модифицирующей добавки полигликоль при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

легкое талловое масло 40-60 полигликол 40-60.

Композицию вводят в глинистый раствор в количестве 1-3 мас. %. Техническим результатом является улучшение смазочных свойств растворов в результате повышения степени адгезии смазочной пленки к поверхности металла.

Недостатками известной композиции являются повышенная коррозионная агрессивность вследствие наличия в ее составе воды, склонность к вспениванию глинистого бурового раствора, а также низкая противоизносная способность бурового раствора.

Предложена смазочная добавка для буровых растворов, применяемых в качестве промывочного агента при бурении нефтяных и газовых скважин [2]. Добавка содержит, мас.%:

продукт конденсации моноэтаноламина сырых талловых масел 10-30 растворитель из класса ароматических или алифатических нефтяных углеводородов, например керосин по ТУ 38.601-22-70-9 5-10 моноэтанолами 1,0-1,5 оксаль остальное.

Добавка имеет низкую температуру застывания, высокую стойкость к полиминеральной сероводородной агрессии и улучшает смазочные свойства бурового раствора на 15-24%, а противоизносные на 35-45%.

Недостатками указанной смазочной добавки являются:

- невысокие смазочные свойства в условиях высоких контактных нагрузок;

- склонность к пенообразованию при концентрациях добавки более 1,5%;

- повышенная экологическая опасность смазки, так как основной компонент

- флотореагент оксаль - относится ко 2-му классу опасности.

Известен также концентрат буровых технологических жидкостей на водно-щелочном растворе [3]. Концентрат получают последовательным введением в водно-щелочной раствор модифицирующей добавки сапропеля. В качестве модифицирующей добавки применяют углеводородную жидкость в количестве 0,1% от объема водно-щелочного раствора. Углеводородную жидкость вводят в виде растительных масел или отходов их производства и переработки, а также аналогичные им реагенты, т.е. жидкие кислоты триглециридов с числом углеводородных атомов от 14 до 18. Сапропель (1 мас. ч.) и водный раствор щелочного агента с концентрацией 0,15-0,12% используют в соотношении 3-50 мас. ч.

Недостатками концентрата являются низкая смазочная и противоизносная способность бурового раствора и высокая температура застывания.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является смазочная добавка для буровых растворов, содержащая масло индустриальное И-20А, масло таловое сырое, присадку АФК, жидкость полиметилсилоксаиовую ПМС-200А, жидкость осерненную масляную "Техсойл-ХХ", присадку ГСК, топливо печное и экстракт нефтяной, которая и выбрана в качестве прототипа [4]. Смазочная добавка - прототип включает следующие ингредиенты, мас.%:

масло талловое сырое 9-11 присадка АФК 0,05-1,10 жидкость полиметилсилоксановая ПМС-200А 0,003-0,025 жидкость осерненная масляная "Техсойл-ХХ" 0,1-0.5 присадка ГСК 1,5-11,0 топливо печное 24-25 экстракт нефтяной 45-55 масло индустриальное И-20А остальное.

К недостаткам известных смазочных добавок для буровых растворов и, в частности, смазочной добавки прототипа относится невысокая смазочная способность содержащих их буровых растворов.

Задачами, которые решаются с помощью настоящего изобретения являются повышение смазочной способности и расширение сырьевой базы за счет изменения качественного и количественного состава смазочной добавки для буровых растворов.

Из патентной и научно-технической литературы неизвестны смазочные добавки для буровых растворов, содержащие совокупность указанных выше ингредиентов в предложенном в заявляемой смазочной добавке количественном соотношении, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.

Совокупность ингредиентов в заявляемой смазочной добавке, каждый из которых, оказывая свое полезное функциональное действие, кроме того, в комплексе синергетически влияет на повышение смазочной способности смазочной добавки, т.е. обеспечивает интегральный эффект.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Жировой концентрат (ТУ РБ 10122586.056-2003) представляет собой смесь жиров и жирных карбоновых кислот. Имеет жидкую консистенцию при 20°С. В результате своего многокомпонентного специфического состава обладает высокими триботехническими характеристиками, а также загущающей способностью и, поэтому, предназначен для использования в производстве технических смазок, а также в мыловарении. Для выработки жирового концентрата применяют соапсток по ТУ РБ 190239501.034, саломас технический марок 1-5 по ТУ РБ 37602662.601, растительные масла по НД, непригодным для пищевых целей.

Кислоты жирные для промышленной переработки (ТУ РБ 190239501.035-2002) получаются из соапстоков растительных масел и саломасов, а также технического или пищевого животного жира. При 20°С имеют жидкую консистенцию. Кислотное число для них находится в пределах 185-205 мгКОН/г. Глубина расщепления в пересчете на олеиновую кислоту составляет не менее 93%. Кислоты жирные для промышленной переработки предназначены для использования в мыловарении и других технических целях.

При этом следует отметить, что как концентрат жировой, так и кислоты жирные для промышленной переработки обеспечивает высокий уровень триботехнических свойств заявляемых составов, поскольку относятся к ПАВ, содержащим высшие жирные кислоты, которые как известно [5, 6], при определенных концентрациях в смазке положительно влияют на снижение трения и износа твердых тел.

Присадка депрессорная Irgaflo тм 720 Р представляет собой раствор полимеров метакрилата в минеральном масле. Плотность присадки Irgaflo тм 720 Р при 20°С составляет 890 кг/м 3 . кинематическая вязкость при 100°С - 65 сСт. Растворимость присадки Irgaflo тм 720 Р в базовых маслах групп I-IV и эфирах >50%, в воде - не растворима. Относится к депрессорным присадкам и модификаторам вязкости. Серийно выпускается фирмой BASF в Германии.

Ниже также представлены физико-химические показатели индустриальных масел и отработанных индустриальных масел, используемых в качестве масляной фазы в составе предлагаемой смазочной добавки для буровых растворов:


Предлагаемая смазочная добавка для буровых растворов готовится следующим образом.

Рабочие жидкости готовят разбавлением смазочной добавки до 1-3-х %-ых эмульсионных жидкостей. Введение смазочной добавки в количестве 1,0-3,0 мас.% к глинистым пресным или соленасыщенным растворам совместимы и придают им повышенные смазочные свойства.

В табл. 1 приведены различные варианты составов смазочной добавки для буровых растворов. В вариантах 1-15 представлены составы заявляемой смазочной добавки, а в варианте 16 для сравнения приведен состав смазочной добавки согласно прототипу.

Допустимый диапазон концентраций компонентов предлагаемой смазочной добавки определен исходя из условий обеспечения:

- температура застывания не выше: -15°С;

- хорошая совместимость с буровым раствором;

- коэффициент трения не выше 0,11 (минимальный показатель по прототипу);

В табл.2 представлены параметры соленасыщенных буровых растворов, взятых со скважин различных месторождений, а также бурового раствора, приготовленного в лабораторных условиях.

Исходный глинистый солепасыщенный раствор готовят из глинопорошка Полыгорскитового марки ППБ по ТУ 480-1-334-91. В стакан В-1-1000 ТС по ГОСТ 25336 наливают 920 см воды питьевой и вводят 80±0,5 г глинопорошка. Содержимое перемешивают мешалкой с числом оборотов 1000 об/мин в течение 20-30 минут. Раствор глинопорошка в воде оставляют для набухания на 24 часа. По истечении вышеуказанного времени его перемешивают 20 минут и вводят 300±1 г соли поваренной пищевой, предварительно взвешенной на электронных весах. Соленасыщенный глинистый раствор перемешивают высокооборотистой мешалкой 30-40 минут до полного растворения соли и замеряют технологические параметры.

Далее в раствор вводят смазочную добавку в концентрациях 1.0-3,0 мас. %.

Результаты сравнительного анализа исследуемых буровых растворов при концентрациях смазочной добавки 1,0 и 2,0 мас.% приведены в табл. 3. Технологические параметры (плотность, условная вязкость, показатель фильтрации -- ПФ) замерялись с помощью стандартных приборов и методик, изложенных, например, в работе Рязанова Я.А. Справочник по буровым растворам. - М.: Недра. 1979.

Смазочную и противоизносную способность добавки определяли с помощью прибора "Kubricity Tester" американской фирмы "Fann Instrument Со".

Замер коэффициента трения (Ктр) производился при взаимодействии под заданной нагрузкой (1,0 МПа) металлической пары "вращающееся кольцо -неподвижная призма" в исследуемой среде раствора. Чем меньше коэффициент трения, тем лучше смазочная способность добавки.

Как следует из приведенных экспериментальных данных (таблицы 1 и 3). предлагаемая смазочная добавка при оптимальной концентрации ингредиентов обеспечивает буровым растворам значения коэффициента трения на 23.6-32.5% меньше, чем смазочная добавка согласно прототипу, особенно при наличии в них солей. Это подтверждает более высокую смазочную способность заявляемой смазочной добавки по сравнению со смазочной добавкой - прототипом. Причем, как следует из таблиц 1 и 3 при этом сохраняются практически неизменными все остальные необходимые для буровых растворов свойства.

1. Патент RU 2142978 С1, МПК 8 С09К 7/02. Смазочная композиция для бурового раствора на водной основе / Андерсон Б.А., Острягин А.И. - №98107228/03; Заявл. 15.04.1998; Опубл. 20.12.1999.

2. А.с. SU 1749226 А1. МПК 5 С09К 7/02.. Смазочная композиция для бурового раствора на водной основе / Андерсон Б.А., Абрахманов Р.Г., Бочкарев Г.П.. Умутбаев В.Н., Фрязинов В.В., Кудинов В.Н., Валиахметов Ф.М. - №4794222; Заявл. 23.02.1990; Опубл. 23.07.1992.

3. Патент RU 2055089 С1. МПК 6 С09К 7/02. Способ получения концентрата буровых технологических жидкостей / Коновалов Е.А., Балаба В.И. - №93037047; Заявл. 21.07.1993; Опубл. 27.02.1996.

4. Патент №11805. C1 BY, С09К 8/02. Смазочная добавка для буровых растворов (варианты) / Мулярчик В.В., Константинов В.Г., Данишевский В.П.. Рязанцева А.А., Катульский П.В. - №а 20050815; Заявл. 09.08.2005; Опубл. 30.04.2007 (прототип).

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. - 472 с.





Похожие патенты RU2742421C1

  • Иванов Михаил Григорьевич
  • Сычев Вячеслав Михайлович
  • Колесников Владимир Иванович
  • Сычев Александр Павлович
  • Лапицкий Александр Валентинович
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Колесников Владимир Иванович
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Сычев Александр Павлович
  • Бойко Михаил Викторович
  • Бичеров Александр Александрович
  • Бойко Татьяна Григорьева
  • Иванов Михаил Григорьевич
  • Иванов Денис Михайлович
  • Колесников Владимир Иванович
  • Сычев Александр Павлович
  • Лапицкий Александр Валентинович
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Колесников Владимир Иванович
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Ермаков Сергей Федорович
  • Волнянко Елена Николаевна
  • Сычев Александр Павлович
  • Мигаль Юрий Федорович
  • Царенко Ирина Владимировна
  • Сычев Алексей Александрович
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Сычев Александр Павлович
  • Бойко Михаил Викторович
  • Колесников Владимир Иванович
  • Сычев Алексей Александрович
  • Бойко Татьяна Григорьевна
  • Бичеров Александр Александрович
  • Ермаков Сергей Федорович
  • Блажнов Семен Михайлович
  • Козловцев Александр Петрович
  • Овчинникова Дарья Александровна
  • Колесников Владимир Иванович
  • Сычев Александр Павлович
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Бойко Михаил Викторович
  • Бичеров Александр Александрович
  • Бойко Татьяна Григорьева
  • Хисамутдинов Равиль Миргалимович
  • Пашков Михаил Владимирович
  • Ибрагимова Эльмира Абузаровна
  • Обрывалина Анна Николаевна
  • Нелюбина Елена Сергеевна
  • Латыпов Рашид Талгатович
  • Парамонов Павел Валерьевич
  • Нелюбин Алексей Владимирович

Реферат патента 2021 года СМАЗОЧНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Формула изобретения RU 2 742 421 C1

Смазочные свойства в буровом растворе

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: