книги из ГПНТБ / Мискарли, А. К. Влияние состава дисперсионной среды на абразивные свойства утяжеленных промывочных систем

Следует отметить, что эксплуатационные параметры гли­ нистых растворов под влиянием указанных добавок в пре­ делах концентраций (до 0,5%), достаточных для уменьшения абразивного износа системы, не ухудшаются.

Таким образом, полученные лабораторные и промысло­ вые данные показывают, что одним из эффективных методов борьбы с износом бурового оборудования, наряду с контро­ лем изменений, происходящих в абразивных свойствах утя­ желенных промывочных жидкостей, является применение антиабразивных присадок к последним. В этой связи вопрос изыскания и исследования антиабразивных добавок к утяже­ ленным системам с целью увеличения срока службы буро­ вого оборудования приобретает важное значение.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е ,

Несмотря на то, что проблема борьбы с абразивным из­ носом бурового оборудования имеет для бурения весьма большое значение, однако исследований в области абразив­ ных свойств утяжеленных буровых растворов и влияния со­ става их дисперсионной среды на абразивный износ имеется очень мало. Нельзя также отметить существенных практиче­ ских мероприятий по борьбе с абразивным износом.

Это объясняется отсутствием подходящего прибора и методики для массовых исследований в этой области и в особенности для установления постоянного контроля за абразивными свойствами утяжеленных промывочных жидко­ стей в ходе бурения.

Б этой связи на основе современных положений физикохимической механики авторами исследован абразивный из­ нос металлов в зависимости от состава дисперсионной среды утяжеленных промывочных жидкостей на специальном при­ боре абразивометре А-2.

Абразивометр А-2, сконструированный по принципу «аб­ разивного потока», отличается малой габаритностыо и про­ стотой конструкции, а также достаточно хорошей чувстви­ тельностью ,и воспроизводимостью определений. Он может быть использован для контроля абразивных свойств утяже­ ленных промывочных жидкостей и других минеральных сус­ пензий как в научно-исследовательских лабораториях, так и непосредственно в промысловых условиях.

Разработана методика определения характеристики абразивных свойств дисперсных систем в виде абразивных чисел, содержащих различные добавки химических реаген­ тов, в сравнении с эталоном — стандартной магнетитовой суспензией.

«Абразивным числом» назван нами относительный износ в процентах к эталону.

90

Результатам« сравнительных исследований абразивных свойств различных утяжелителей, применяемых в бурении,- установлено, что при абразивности барита, условно принятой за единицу, абразивность исходных утяжелителей выражается следующими числами: магнетита из Курской магнитной аномалии (іКМА) — 1'5,7, дашкесанского міагиетіита — 10,7,

известняка — 2,3.

Показано, что кроме твердости основных минералов, входящих в состав утяжелителей, на абразивный износ влияют степень дисперсности, форма частиц и примеси дру­

гих минералов.

При .исследовании влияния на абразивный износ компо­ нентов твердой фазы выявлено, что с увеличением концен­ трации утяжелителя в суспензии величина абразивного изно­ са имеет почти линейный характер, а добавка глины к магнетитовюй суспензии (порядка 5,0—7,0% объѳмн.) смяг­ чает абразивное действие последней на металл.

Исследованиями влияния на абразивный износ диспер­ сионной среды магнетитовой суспензии различного состава и химических свойств установлено, что реагенты, применяемые в бурении для обработки промывочных систем, а также электролиты по характеру абразивного действия на металл разделяются на три группы: 1) повышающие абразивный износ, 2) понижающие его и 3) индифферентные. К первой

Cr2 (S04)3.

Установлено весьма эффективное абразивное действие едкого натра. Последний может являться не только само­ стоятельной антиабразивиой присадкой, но способен также вызвать уменьшение абразивного износа магнетитовой сус­ пензии, содержащей реагенты— иовысители износа.

Исследовано влияние на абразивный износ некоторых аниоіноактивных и катионоактивных ПАВ. Показано, что эти поверхностно-активные вещества в основном повышают абра­ зивный износ, что можно объяснить их действием на металл как понизителей твердости. Примерами являются олеат нат­ рия, сульфанол, Na —■соли синтетических жирных кислот фракции Cs—Сб и др. Однако следует особо отметить аитиабразивное действие катионоактивного вещества— катапи- на-А.

Известно, что ПАВ склонны к пенообразованию. В этой связи исследовалось влияние пены на абразивный износ. Выявлено, что поверхностно-активные вещества, сильно по­ вышающие абразивный износ в отсутствии пены, в условиях

91

пенообразования проявляют большое антиабразивное дей­

ствие.

Это явление объясняется разбавлением абразивной сус­ пензии пузырьками воздуха, что приводит к понижению кон­ центрации абразивных частиц на единицу поверхности контакта абразивного потока с металлом.

В результате исследования абразивно-коррозионного из­ носа алюминиевого сплава Д-16 в зависимости от концен­ трации добавок К2СГ2О7, ССБ и сульфанола в магнетитовой суспензии установлено, что значения кривых абразивного и абразивно-коррозионного взносов в зависимости от концен­ трации К2СГ2О7 близки друг к другу, что объясняется эли­ минацией коррозионного фактора вследствие антиабразивного действия этой добавки. В случае же добавок ССБ и сульфанола величина абразивно-коррозионного износа силь­ но преобладает над абразивным, т. к. здесь превалирует действие коррозионного фактора.

Развиты некоторые представления о характере протека­ ющего абразивного процесса и влиянии на него состава и физико-химических свойств среды. Так, в результате исследо­ вания адсорбции реагентов как первой группы—ССБ, нитро­ лигнина, так и второй — NaOH, КгСьСЬ, катапнна — А на магнетите установлено, что она имеет место в обоих случаях, хотя эти реагенты на абразивный износ оказывают противо­ положное действие. Следовательно, сам факт адсорбции ис­ следованных веществ не может объяснить механизма их абразивного действия. Значение имеет то изменение поверх­ ности магнетита, которое данный реагент способен вызвать.

Термографическим, рентгеноструктурным и химическим методами исследования показано, что в результате действия едкого натра на магнетит происходит образование гидрата окиси железа, приводящее к понижению абразивных свойств утяжелителя, что позволяет в некоторой степени объяснить характер антиабразивного действия едкого натра и щелоч^ ных реагентов.

Прибор абразивометр А-2 для определения абразивных свойств буровых растворов и утяжелителей прошел успешное испытание в конторах бурения треста «Азпефтеразведка» и на карадагском заводе «Утяжелителей и утяжеленных пре­ паратов» с введением нового параметра «абразивное число».

Использование рекомендованной методики ■и прибора А-2 на практике позволяет контролировать и своевременно регулировать абразивные свойства утяжеленных буровых' растворов в ходе бурения путем использования соответству­ ющих антиабразивных присадок, а также правильно подой­ ти к оценке выпускаемого заводом утяжелителя с соответ­ ствующей степенью помола для обеспечения минимальной абразивности.

/9 2

ЛИТЕРАТУРА

вскрытия продуктивных пластов и бурения в осложненных условиях. НХ,

№10.

16.Э. Л. М а р X а с и н. Исследование абразивного изнашивания де­

талей глубинных нефтяных насосов. «Трение и износ в машинах», сб. V, М., Изд-во АН СССР, 1950.

17. Э. Л. М а р X а с и н. Исследование абразивного изнашивания де­ талей глубинных нефтяных насосов (сооб. II), Стендовые и промысловые испытания насосов. «Трение и износ в машинах», сб. VII, М., Изд-во АН

СССР, 1953.

94

ства граничных слоев масел. Труды 3-ей Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах, т. III, М., 1960.

ной смазки. 2-я Всесоюзная конференция по трению и износу в машинах.

№47, 1959.

26.К. Ф- Ж и г а ч . Применение поверхностно-активных коллоидов в нефтяной промышленности. Труды 1-го Всесоюзного совещания по при­ менению ПАВ в нефтяной промышленности. М., Гостоптехиздат, 1961.

27.А. О. А к о п я и. Повышение стойкости шарошечных долот путем

специальной обработки промывочных жидкостей. «Новости нефтяной и

лов на изнашивание при трении об абразивную поверхность. «Трение и

износ в машинах», сб. I, М., Изд-во АН СССР, 1941.

32. W i l l i T o n n . Verschleiss von Eisenlegierungen auf Schmirgelpapie und ihre Härte—Archiv—für das Eisenhütten wesen. Heft 10, 1935.

состойкостью металла при трении об абразивную поверхность и его твер­

36. М. М. X р у щ о в, М. А. Б а б и ч е в . Сопротивление абразивному изнашиванию металлов и минералов, в том числе обладающих высокой твердостью. ДАН СССР, т. 107, № 1, 1956.

95

лезноіі рудой и агломератом. «Трение и износ в машинах», сб. XIV, М.,

Изд-во АН СССР, 1964.

40. М. М. X р у щ о в, Л4. А. Б а б и ч е в . Сопротивление абразивному изнашиванию структурно неоднородных материалов. «Трение и износ в машинах», сб. XII, М., Изд-во АН СССР, 1958.

41. М. М. X р ущ о в, М. А. Б а б и ч е в . О соответствии между отно­ сительной износостойкостью при абразивном изнашивании металлов, спла­ вов и некоторых минералов и их модулей упругости. «Трение и износ в машинах», сб. XVII, М., Изд-во АН СССР, 1962.

42. М. М. X р у щ о в, М . А. Б а б и ч е в. Износостойкость при абра­ зивном изнашивании и модуль упругости термически обработанных ста­

«Развитие теории трения и изнашивания». Труды совещания по вопросам

Машина для испытания на изнашивание при возвратио-вращателыюм

абразивных частиц различной твердости. «Известия высш. учебн. заведе­ ний, машиностроение», 1960, № 8.

49. В. Н. К а щ е е в . О зависимости износостойкости металла в абра­ зивном потоке от его поверхностной твердости, возникающей в процессе механической обработки. «Известия высш. учебн. заведений, физика», 1959, № 5.

50. В. Н. К а щ е е в , В. М. Г л а з к о в . Сравнительная износостой­ кость некоторых металлов в потоке абразивных частиц при повышенных температурах. «Известия высш. учебн. заведений, энергетика», 1960, № 12.

изнашивание трущихся материалов. «Прикладная механика и машино­ строение», 1952, № 3.

сталей в присутствии воды на поверхности трения. «Трение и износ в ма­ шинах», сб. XII, М „ Изд-во АН СССР, 1958.

58. Л. Э. В а л ь д м а. Исследование процесса изнашивания металлов при наличии абразивной прослойки. Автореф. канд. дисс. Таллин, 1958'.

59. М. М. X р у щ о в, М. А. Б а б и ч е в , Г. Н. Д у б и н и н . Износо­ стойкость углеродистой стали после ее диффузионного хромирования при

96

в присутствии некоторых жидких сред. «Трение и износ в машйнах», сб.

X, М., Изд-во АН СССР, 1955.

61. М. М. Х р у щ о в , М. А. Б а б и ч е в . Методика испытаний метал­ лов на изнашивание при трении в присутствии жидкой среды. «Трение и

стойкости стали в абразивной среде. «Вестник машиноведения», 1956, № 6.

бобура потоком утяжеленного бурового раствора. «Изв. АН СССР, ОТН»,

ния между твердостью горных пород и твердостью поверхностей изнаши­ ваемых ими сталей и сплавов. «Нефть и газ», 1963, № 3.

74. А. П. С о л о д к о, Н. Г. Ч е т к и н., К вопросу улучшения качества утяжелителей и усовершенствование технологии их производства. НХ, 1949, № 5.

75. М. М. Х р у щ о в , М. А. Б а б и ч е в . Исследование и изнашивание металлов. М., Изд-во АН СССР, 1960.

76.М. М. X р у щ о в. Современное направление в развитии науки об износостойкости материалов. Труды 3-й Всесоюзной конференции по тре­ нию и износу в машинах, М., т. I, 1960.

77.М. М. X р у щ о в. Классификация условий и видов изнашивания

ния на абразивное изнашивание. «Методы испытания на изнашивание». Труды совещания, состоящего 7— 10 декабря 1960. М., 1962.

ский анализ поверхностных слоев металла при разных видах изнашива­ ния. «Вестник машиностроения», 1956, № 10.

81.Н. Н о w ot п у. Verschllss-eln physikalisciichencischer problem. Os terrelchisches Ingenier Archiv. В. X. Heft 2—3, 1956.

82.В. Э. В а й н ш т е й н . Исследование формы и размера частиц из­ носа подшипниковых материалов микроскопическим и радиографическим методами. «Заводская лаборатория», 1955, № 7.

1960 г. по вопросу о методах испытания на изнашивание. М., Изд-во АН

науки. М., Изд-во «Знание», 1958.

88. П. А. Ре би н д е р . Физико-химическая механика дисперсных структур. Сб. «Физико-химическая механика дисперсных структур». М., Изд-во «Наука», 1966.

89.П. А. Р е б и н д е р . Новые проблемы коллоидной химии. «Вестник АН СССР», 1955, № 2.

90.П. А. Р е б и н д ер . Некоторые итоги развития физико-химической

ние поверхностно-активной среды на процессы деформации металлов. М., Изд-во АН СССР 1954.

93. Г. В. Ка р п е н к о. Некоторые итоги и перспективы научных ис­ следований по физико-химической механике материалов. «Физико-химиче­ ская механика материалов». Киев, Изд-во АН УССР, 1967, № 5.

94. Г. В. К а р п е н к о , Э. М. Т у ш м а н, И. И. В а с и л е н к о . Эф­ фект Ребиндера в коррозионных и слабых поверхностно-активных средах.

дование иммобилизации дисперсионной среды под влиянием структуро­ образующих добавок. ДАН СССР, т. 143, № 5, 1962.

дисперсиях искусственных смесей глинистых минералов, обработанных ультразвуком. «Укр. хим. ж.» 32, № 6, 1956.

100. М. П. В о л а р о в и ч, А. А, Б а г р о в . Влияние дисперсности на зависимость реологических параметров системы глина-пода от концентра­

механическом разрушении и обработке твердых тел в технике. «Вестник АН СССР», 1940, № 8, 9.

ния твердых тел. сб.: «Физико-химическая механика дисперсных струк­ тур». М., Изд-во «Наука», 1966.

98

105. М. Е. Ш и ш н и а ш в и л и. Глинистые суспензии, применяемые при бурении на нефть. Сб. «Материалы к совещанию по промывочным

просу применения дашкесанской железной руды и продуктов ее обогаще­

и его применение для склеивания и омоноличивания бетонных и железо­ бетонных конструкций и сооружений. Изд. ГНТК Молд. ССР. 1961.

в воде для получения наиболее прочной структуры клеящей прослойки цементного камня. Сб. «Физико-химическая механика дисперсных струк­

местная оценка трения, деформации сжатия и фактической площади кон­

магниевых катализаторов. Сб. «Физико-химическая механика дисперсных структур». М., Изд-во «Наука» 1966.

117. Г. И. Фукс, И. Б. Г а н ц е в н ч . Адсорбционное понижение твер­

чи на форму структурообразовання в глинистых растворах. «Изв. АН Азерб. ССР, серия химических наук» 1958, № 6.

99