Підвищення довговічності елементів бурового обладнання на основі застосування модифікованих бурових розчинів

РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ ТА методикИ обробки ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ
ДАНИХ для визначення протизношувальних властивостей бурових розчинів
Як було показано в першому розділі, склад і властивості бурового розчину
суттєво впливають на зносостійкість деталей обладнання, які працюють в його
середовищі. При підвищенні протизношувальних властивостей бурових розчинів слід
враховувати, що при введенні різноманітних домішок в промивальні рідини можуть
змінюватися їх технологічні параметри. Отже при виборі складу бурового розчину
з протизношувальними домішками слід керуватися перш за все збереженням основних
технологічних параметрів. При розробці оптимальних складів бурових розчинів, а
в даному випадку це в основному визначення концентрації протизношувальної
домішки з метою максимального проявлення її протизношувальної дії, врахуємо
спочатку гранично допустимі концентрації цих домішок з точки зору збереження
технологічності бурового розчину. Це в кінцевому підсумку дозволить суттєво
зменшити кількість дослідів. За допомогою приладів, які широко застосовуються
при визначенні основних технологічних параметрів бурових розчинів необхідно
визначити наступні основні з них: густину (g, кг/м3) - за допомогою ареометра
АГ-ЗПП; водовіддачу (В, см3)- за допомогою приладу ВМ-6; товщину кірки (К, мм)
- за допомогою приладу Віка; умовну в'язкість (Т, с)- за допомогою приладу
УДН-2; статичне напруження зсуву (Н/м2) - за допомогою СНС-2; концентрацію
водневих іонів (рН) - за допомогою рН-метра; коефіцієнт зсуву кірки (КЗК) -
аналогічно визначенню коефіцієнту тертя при ковзанні. Методики визначення даних
показників докладно розглянуті в роботах [69, 71, 99]. Перейдемо до визначення
впливу протизношувальних домішок на зносостійкість елементів обладнання. При
цьому для порівняння використовуються відомі аналогічні склади бурових розчинів
без протизношувальних домішок, а також з відомими протизношувальними домішками.
Для визначення впливу різноманітних протизношувальних домішок до бурових
розчинів використаємо визначені в першому розділі схеми тертя, за якими
працюють основні вузли бурового обладнання і підберемо відповідні схеми
лабораторних установок [100], які б дозволяли максимально наближено
відтворювати реальні умови роботи. На рис. 2.1 показано відповідність схем
тертя деталей бурового обладнання і лабораторних установок, звідки можна
зробити висновок про доцільність використання останніх. Крім відповідності
модельованого характеру взаємодії елементів, які піддаються зношуванню (їх
розмір, форма і схема взаємодії), при виборі лабораторних установок для
постановки досліджень необхідно також враховувати енергетичне завантаження
(потужність тертя, контактні напруження, тощо), умови охолодження і протікання
рідини, а також відтворювати властивості тіл, які взаємодіють і характер
зношування поверхонь тертя. Остання вимога є узагальнюючою і переважно
виконується при дотриманні перших чотирьох.
Для виконання другої умови відповідності установок реальним умовам роботи
вузлів складемо таблицю 2.1. Відтворити властивості тіл тертя можна,
застосувавши для їх виготовлення відповідні технологію і матеріали, які
використовуються в робочих вузлах тертя. Таким чином, за умовами відповідності
характеру взаємодії елементів і енергетичного завантаження вибираємо:
- для відтворення умов роботи опори долота зі сферичними елементами -
чотирикулькова машина тертя (головний критерій - високе питоме контактне
навантаження);
- для відтворення роботи опори долота з циліндричними елементами, опори
ковзання і бурильної колони - машина тертя СМЦ-2, оскільки вона відповідає всім
перерахованим вимогам до обох вузлів тертя;
- при випробуваннях тертя колони по кірці - прилад тертя ПТ-2.
Машини тертя, яка б відтворювала роботу всіх груп тертя бурової помпи, не
існує. Тому найдоцільніше використати промислові дані по роботі бурової помпи у
середовищі попередньо випробуваних на інших парах тертя бурових розчинів.
Таблиця 2.1
Порівняння характеристик різних видів машин тертя у відповідності до певних пар
тертя
Тип установки
Позна­чення
Зразок
Максималь­не питоме на-ван­таження, МПа
Умови роботи
Форма поверхні
Розмір, мм
Швид­кість ковзання,
м/с
Частота взаємодії, с1
Середня пи-тома потуж-ність, Вт/мм2
Чотири-кулькові машини тертя [74.78, 101]
ЧШМ-3 КТ-2 КТ-4 МАСТ-1 МТ-1 МТ-4 4КПТ
Сферична
Діаметр
12,7
940
0,0002-2,5
0,01-25
0,022-0,4
"Амслер" [82]
МИ-1м
М-22м СМЦ-2
Цилінд­рична
Діаметр
40
35
60
10
50
0,07 1,0
0,7
3,3
8
300-1000
0,008-0,06 0,002-1,0
0,3
Тімкен", Прилад тертя диск-фільтраційна кірка
Тімкен
ПТ-2
Плоска
Ширина 12,3 Діаметр 43,5
77
22 (кПа)
2
0.00023
13
0,0033
0,1-0,8
0,002
Боудена, Хігга-Філліпса [102]
Цилінд­рична
Цилінд­рична
Не відповідають умовам роботи вузлів тертя бурових насосів
2.1. Визначення протизношувальних властивостей бурових розчинів стосовно опор
шарошкових доліт на чотирикульковому пристрої тертя
Випробування протизношувальних властивостей бурових розчинів на чотирикульковій
машині тертя в режимі тертя кочення вважають експрес- методом [101], який дає
можливість дати попередню оцінку мастильним і протизношувальним властивостям
середовища за короткий час. Застосування в якості зразків стандартних кульок,
які випускаються з високою точністю, дозволяє значно збільшити точність
отриманих результатів, і тим самим зменшити кількість необхідних дослідів. Крім
того, у вузлі тертя чотирикулькової машини тертя можна створити високі
контактні напруження, що дозволяє випробувати мас