鉆井液潤滑性能測試中基漿超量程的解決辦法

許云博，陳延濱，吳迪，李進(jìn)，石凱

（北京探礦工程研究所，北京 100083）

鉆井全過程中都伴隨著鉆桿和井眼之間的摩擦，特別是鉆超深井、大斜度井、水平井時(shí)，鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力和提拉阻力會(huì)大幅度提高。由于影響鉆井扭矩和阻力以及鉆具磨損的主要可調(diào)節(jié)因素是鉆井液的潤滑性能。因此鉆井液潤滑性能的好壞對減少卡鉆等井下復(fù)雜情況，保證安全、快速鉆進(jìn)起著至關(guān)重要的作用，所以潤滑劑、防泥包被劑、解卡劑都需要測潤滑系數(shù)。目前，國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定鉆井液潤滑系數(shù)的主要儀器有：Fann212極壓潤滑儀及其同類產(chǎn)品、LEM 儀、ZC－1型泥漿摩擦系數(shù)測定儀、NR－1型泥漿潤滑系數(shù)測定儀及MTII型摩擦機(jī)等。國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室泥漿實(shí)驗(yàn)中使用最多的是Fann212極壓潤滑儀及其同類產(chǎn)品，其工作原理如圖1所示。

圖1 Fann212極壓潤滑儀及其同類產(chǎn)品工作原理

在國內(nèi)眾多泥漿實(shí)驗(yàn)室中，發(fā)現(xiàn)我們所需要的數(shù)據(jù)是添加潤滑添加劑后泥漿的摩擦系數(shù)和添加潤滑添加劑后的摩阻降低率。測量基漿的時(shí)候，根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)使用150磅英寸扭矩3，大多數(shù)儀器往往讀數(shù)超出儀器的量程。在此種狀況下國內(nèi)并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各實(shí)驗(yàn)室和潤滑劑生產(chǎn)廠家懷疑自己所做的測試實(shí)驗(yàn)和供貨方或使用方的數(shù)據(jù)對應(yīng)不上。因此，綜合各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的做法，將鉆井液潤滑性測試中基漿超量程的解決辦法歸納一下。

1 基漿未超量程情況下的測試數(shù)據(jù)

在國內(nèi)三個(gè)實(shí)驗(yàn)室，用同一型號(hào)（Fann212）極壓潤滑儀分別測試水、基漿、基漿添加潤滑添加劑后的泥漿。加壓扭矩扳手扭矩為150磅英寸和100磅英寸情況下的測試數(shù)據(jù)如表1。

表1 測試數(shù)據(jù)

2 數(shù)據(jù)分析4

2.1 摩擦系數(shù)

運(yùn)用表1的數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）式（2）計(jì)算出摩擦系數(shù)μ（見表2）：

式中：A為測試時(shí)的表盤讀數(shù)；

A水為用水作標(biāo)定時(shí)的表盤讀數(shù)，其范圍28～48；

F為修正系數(shù)。

在計(jì)算的時(shí)候分別計(jì)算扭矩扳手為150磅英寸的表盤讀數(shù)和100磅英寸的表盤讀數(shù)的摩擦系數(shù)。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意式（1）中的數(shù)值100為扭矩扳手為150磅英寸水的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)采用扭矩扳手為100磅英寸的時(shí)候其值應(yīng)該是66.7；式（2）中的數(shù)值34為扭矩扳手為150磅英寸水的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)采用扭矩扳手為100磅英寸的時(shí)候其值應(yīng)該是22.7。由于計(jì)算方法考慮機(jī)械尺寸等諸多因素，這里不再贅述。

表2為測試水、基漿、基漿添加潤滑添加劑后的泥漿分別扭矩扳手為150磅英寸的表盤讀數(shù)和100磅英寸的表盤讀數(shù)所計(jì)算出來的摩擦系數(shù)，以水的數(shù)據(jù)為例，說明表2數(shù)據(jù)的得出。

由上面計(jì)算可得出扭矩扳手為150磅英寸時(shí)得出介質(zhì)為水的摩擦系數(shù)為0.34。

由上面計(jì)算可得出扭矩扳手為100磅英寸時(shí)得出介質(zhì)為水的摩擦系數(shù)為0.34。

表2 摩擦系數(shù)

2.2 摩阻降低率

摩阻降低率C（%）的計(jì)算式如（9）所示，在計(jì)算的時(shí)候分別計(jì)算扭矩扳手為150磅英寸的表盤讀數(shù)和100磅英寸的表盤讀數(shù)的摩阻降低率。式中：BL為在恒定負(fù)載下加入潤滑添加劑的扭矩讀數(shù)；

AL為在恒定負(fù)載下未經(jīng)處理的基漿的扭矩讀數(shù)。

將表1中A基漿150、A添加劑150代入式9得出摩阻降低率C150如表三第一列，將A基漿100、A添加劑100代入式（9）得出摩阻降低率C100如表三第二列。

下面給出另一種計(jì)算摩阻降低率的方法，測得扭矩扳手為100磅英寸下基漿的讀數(shù)AL′，測得扳手為150磅英寸下基漿添加潤滑添加劑后的泥漿的讀數(shù)BL′，根據(jù)這兩個(gè)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算摩阻降低率C基漿100添加劑150，其計(jì)算公式如式（10）所示。

式中：BL′為在恒定負(fù)載下加入潤滑添加劑扭矩扳手為150磅英的扭矩讀數(shù)；

AL′為在恒定負(fù)載下未經(jīng)處理的基漿扭矩扳手為100磅英的扭矩讀數(shù)；

K為系數(shù)，按公式（11）計(jì)算：

將表1中A基漿100、A添加劑150的數(shù)值代入式10，得出的數(shù)據(jù)如表3第3列。

表3 摩阻降低率

2.3 數(shù)據(jù)對比

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)對比，我們可以看出扭矩扳手為150磅英寸和100磅英寸條件下所計(jì)算出來的摩擦系數(shù)相差很小。

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)對比，我們可以看出扭矩扳手為150磅英寸和100磅英寸條件下所計(jì)算出來的摩阻降低率相差很小。

3 結(jié)論

根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以得出以下結(jié)論：

（1）摩擦系數(shù)不隨著加壓扭矩扳手的變化而變化；

（2）摩阻降低率也不隨著加壓扭矩扳手的變化而變化；

（3）無論采用上述哪種測試方法和計(jì)算方法，其結(jié)果相差無幾，是可以進(jìn)行對比的，各實(shí)驗(yàn)室和潤滑劑生產(chǎn)廠家不必懷疑自己所做的測試實(shí)驗(yàn)和供貨方或使用方的數(shù)據(jù)對應(yīng)不上。

所以，當(dāng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試時(shí)，基漿在扭矩扳手為150磅英寸超出量程時(shí)，我們可以采用扭力扳手加壓為100磅英寸的測試方法；基漿添加潤滑添加劑后由于具有了一定的潤滑性，可以采用扭力扳手加壓為100磅英寸，也可以采用扭力扳手加壓為150磅英寸，但要注意其計(jì)算公式是不一樣的，應(yīng)使用相應(yīng)的計(jì)算公式，即：式（1）、式（9）、式（10）。

［1］鄢捷年.鉆井工藝學(xué)［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，2001：105－114.

［2］鄢捷年.鉆井工藝學(xué)［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，2001：105－114.

［3］張孝華，羅興樹.現(xiàn)代泥漿實(shí)驗(yàn)技術(shù)［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，1998：49－51.

［4］Fann.Model 212EP／Lubricity Tester Instruction Manual.Fann Instrument Company，1996.

［5］趙建剛，韓天夫，陳延濱譯.Fann212型極壓潤滑儀操作手冊［M］.2008.