4.6 Триботехнические свойства бпж

Триботехнические свойства характеризуют способность промывочной жидкости снижать силу трения между контактирующими в ней поверхностями: наружная поверхность бурильных труб и их соединений - стенка ствола скважины, вооружение породоразрушающего инструмента - забой скважины, внутренняя поверхность керноприемной трубы - керн, поршень (плунжер) - цилиндр бурового насоса.

Снижение силы трения позволяет: уменьшить крутящий момент при вращении колонны бурильных труб и снизить сопротивления при ее продольном перемещении в скважине; снизить вероятность возникновения дифференциальных прихватов (за­траты на их ликвидацию); повысить ресурс работы бурильных труб и их соединений, породоразрушающего инструмента, гидравлических забойных двигателей, гидравличе­ских частей буровых насосов; увеличить выход керна.

Показателем триботехнических свойств промывочной жидкости является коэффициент триады трения «бурильные трубы - промывочная жидкость - стенка ствола скважины», так как наибольшие трудности, обусловленны силой трения и со­противления при подъеме бурильной колонны, возникающих в наклонных и го­ризонтальных скважинах.

В соответствии с законом Амонтона

Fтр = Р f, (4.52)

где: Р - усилие прижатия трущихся поверхностей, Н;

f - коэффициент трения.

Для оценки качества смазочных добавок и нахождения их оптимальных концентраций в тех или иных промывочных жидкостях используют специ­альные приборы - трибометры. В том случае, когда при бурении большая часть ствола скважины остается открытой, ее стенку в трибометре имитиру­ют горной породой или фильтрационной коркой. Если же необходимо бу­рить, когда большая часть ствола скважины закреплена обсадными трубами, то в трибометре в качестве материала стенки скважины используют сталь.

Первой серийно выпускаемой установкой для оценки сма­зочных свойств промывочных жидкостей в нашей стране была СР-1.

Узел трения в установке СР-1 представляет собой пирамиду из трех неподвижных и одного подвижного шаров, что ни по схеме взаимодействия трущихся тел, ни по форме площа­док их контакта не соответствует условиям работы колонны бурильных труб в скважине.

4.6.1 Определение коэффициента трения в системе бурильные трубы - промывочная жидкость - стенка ствола скважины

Установка СР-1 (рисунок 4.35) представляет собой четырехшариковую машину трения (ЧШМ).

Ванна-обойма 1 установки служит для жесткого закреп­ления нижних шаров в чаше 2 и емко­стью для исследуемой промывочной жидкости. Верхний шар, неподвижно закрепленный в обойме 3 шпинделя 4, прижимается к нижним шарам усилием Р и вращается с частотой n. Возникаю­щий при трении шаров момент трения воспринимается тарированной

пружи­ной (торсионом) 5, жестко связанной со шкалой 6, и определяется по формуле (4.36) где: К - константа прибора (цена деле­ния шкалы), Н × м; j - число делений шкалы (отсчет по шкале). В ЧШМ центры шаров образуют в пространстве правильный тетраэдр, угол между высотой и ребром которого равен 35020¢. Исходя из этого: (4.37)

Рисунок 4.35 – Установка СР-1

Кроме того, существуют трибометры, базирующиеся на оценке коэффициента трения по затратам мощности. Этот метод определения коэффициента трения реализуется, в частности, в установке УСР-1, разработанной ОАО НПО «Бурение» совместно с заводом «ЗИП-Спецтехника» и по сути являющейся аналогом EP/Lubricity Tester фирмы Fann Instrument.