Смазка для бурового инструмента

Смазка для бурового инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СМАЗКА ЛЛЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА , содержащая графит отличающая ся тем, что, с целью повышения адгезионных свойств и устойчивости в агрессивных средах, смазка дополнительно содержит ГУДОПНЫ от дистилляции ЖИРНЫХ кислот, вьщелвнных из соапстоков чернохлопкового масла, и легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при 200-270 С , при следующем соотношении компонентов, мас.%: Гудроны от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков чер70-80 нохлопкового масла Легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при (П 200-270°С 15-25 3-5 Графит ,.

СаЮЗ СОВЕТСНИХ

NNOW

РЕСПУБЛИК

09) (11) З(Я) С 10 М 5/02 С 10 М 5 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОНИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

J (к

>", ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /"К AB TOPCKOVIV CBHBETFJlbCTBV тического крекинга, выкипающий при

200-2709С

Графит, t5-25

3-5 (21) 3556862/23-04 (22) 06.12 ° 82 (46) 23,10.84. Бюл. Ф 39 (72) П.А.Лещинский и А.Н.Давиденко . (71) Пнепропетровский ордена Tpvaoaoro Красного Знамени горный институт им.Артема и Пнепропетровское отделение Института:минеральных ресурсов (53) 621.892(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

У 25887 1. кл. Е 21 В 10/46. 1967.

2. Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок. М.. "Химия", 1974. с. 404-407.

3. Авторское свидетельство СССР

У 237314. кл. С 10 M 7/12. 1968 (прототип). (54)(57) СМАЗКА ЛЛЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащая графит, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения адгеэионных свойств и устойчивости в агрессивных средах, смазка дополнительно содержит гудроны от дистилляции жионых кислот, выделенных из соапстоков чернохлопкового масла, и легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при 200-270ьС, при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Гудроны от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков чернохлопкового масла 70-80

Легкий газойль катали1120 !

Изобретение относится к горному делу, в частности к смазкам для бурильньгх труб, реэьбовых соединений и опор шарошечных долот, работающих н условиях агрессивных сред, высоких давлений и температур.

В связи с ростом глубин и усложнением условий бурения скважин твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых серьезное значение приоб- 10 рела проблема смазок для бурового инструмента при работе его в агрессивных средах, которые создаются эа счет применения ингибиронанньж буровых растворов и наличия пластовых минерапизонанных вод.

Эффективность бурения скважин н значительной степени зависит от частоты вращения бурового инструмента. Однако с увеличением частоты вра 20 щения унеличинается вибрация бурового инструмента, что приводит к преждевременному выходу из строя как породораэрушающего инструмента (кольцевых коронок и долот), так и буриль- 25 ных труб и элементов их соединений.

Известна антинибрационная смазка для алмазного бурения на основе канифоли, нигрола, битума и парафина, в которую с целью повышения устой30 чивости ее к щелочным реагентам буровых растворов введен резинат цинка.

Разработанная смазка наносится на поверхность бурильных труб для предохранения ее от вибраций 1 1 ).

Однако данная смазка содержит дорогостоящие и дефицитные продукты, обладает невысокой адгезией по отношению к металлу и не может быть применена как уплотнительная смазка для

40 реэьбовых соединений и опор шарошечнъгх долот .

Известны смазки для уплотнения реэьбоньгх соединений на основе минерального масла, алюминиевого и литие45 ного мыл стеариновой кислоты и силиконовой жидкости (2 ).

Однако указанные смазки не являются достаточно эффективными, так как обладают невысокой стойкостью н прс.—

50 мывочных растворах, имеющих кислотные и щелочные свойства, неполностью предупреждают заедание резьб при свинчивании-развинчивании бурильных труб иэ-за вымывания смазки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительная смазка "УС-ИКР" для резьбоных саедитического крекинга> выкипающий при

200-270 С

Графит

15-25

3-5

Применение гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков чернохлопкового масла (в дальнейшем обозначено — гудроны), обеспечивает высокую смазочную способность, прочностные и вязкостные свойства, химическую и термическую стабильности при эксплуатации и хранении смазки.

Гудроны представляют собой масля" нистую жидкость темного цвета со следующими физико-химическими характеристиками: кислотное число 40-70 мг КОН/г; число омыления 180-?20 мг КОН/г; мол.; с 475-522; уд.вес 0,972 г/см ; содержание жирных кислот после омыления 52,4-647.; нений, в том числе и для бурового инструмента, состоящая из нефтяного битума, канифоли, бенэола, скипидара, толуола, нигрола и графита. Эта смазка удовлетворяет требованиям, предъявляемым к уплотнительным сяазкам только для резьбовых соединений, работающих н услониях промывки скважин водой и эмульсионными растворами, имеющими рН 7 (3 g.

Однако известная смазка не обеспечивает своих функций при промывке скважин щелочными и кислотными растворами, а также при обогащении буровых растворов минерализованными пластовыми водами. При работе смазки в таких условиях происходит ее расслоение, разрушение и вымывание, снижаются адгеэионные свойства.

Целью изобретения является повыше"" ние ацгезионных свойств и устойчивости в агрессивных средах.

Поставленная цель достигается тем, что смазка для бурового инстру-, мента, содержащая графит, дополнительно содержит гудроны от дистилляции жирных кислот, ныделенных иэ соапстоков чернохлопкового масла, и легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при 200-270 С, при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Гудроны от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков чернохлопкового масла 70-80

Легкий газойль катали1! 20014

3 вязкость по Энглеру (при 50 С) не более 25 ; т.заст. нулевая.

Легкий гаэойль каталитического крекынга, выкипающий при 200-270 С, иначе называемый аполярный ароматизированный реагент-собиратель (ААР-1), характеризуется высоким содержанием ароматических углеводородов, нетоксичен, практически не растворим в воде, сохраняет текучесть 1б при температурах до 25 С. Введение его в смазку повышает адгеэию к металлу и к горным породам, обеспечивает. повышение стабильности смазки к окислению и устойчивости против расслоения в кислых, щелочных и минералиэованных средах. Физико-химические свойства реагента собирателя

AAP-1: плотность 0,850 г/см ; вязкость кинематическая при 20 С 2 — 20 о

3,5 сСт; т.вспышки не ниже 70 С; т.заст. (-25) С: содержание арома-! тических углеводородов не менее 42 ; содержание воды не более 0,27; коэффициент преломления не менее 25

1,45; содержание серы не более 0,1Х; зольность не более 0,0067.

Использование графита в составе смазки способствует повышению смазочной способности ее, увеличению адгезии к металлу и герметичности за счет способности заполнять неровности.

Смазку готовят следующим образом.

В емкость заливают расчетное количество гудронов и реагент-собира35 тель ААР-1. Смесь перемешивают

15 мин до получения однородной массы, затем загружают графит и снова перемешивают в течение 15 мин, после чего смазка готова для расфа- 4О совки и дальнейшего использования.

По предлагаемой технологии приго". товлены составы 1 — 4 смазок, приведенные в табл.С11.

Адгезию смазок к металлу в. водных, 45 кислых и щелочных растворах, применяемых при бурении скважин, определя« ют по следующей методике. Готовят буровой оаствоо. в котооый побавляют соляной кислоты или епкого натоа по

107-ной концентоации. На специальном стенде воащатель (металлический стеожень) помещают в сосуд. котооый заполняют буровым оаствооом. На повеохность вращятеля наносят испытываемые смазки. Результаты испытания смазок после отоаботки на стенле с частотой вращения 2800 об/мин (что способствует обороторесурс у долота в 250000 оборотов) в течение 90 мин представлены в табл. 2. Свойства предлагаемой свазки определяют в сравнении со смазкой УС-ИИР (состав 5).

Поскольку все предлагаемые 1-4 образцы смаэок проявляют одинаковые адгезионные свойства, в табл. 2 для этих смазок даны усредненные значения.

Таким образом смазки составов 1-4 имеют адгезионные свойства существенно вьппе, чем известная смазка.

Кроме того, проведены испытания смазок 1-5 на стенде, состоящем из бурового станка и промывочного насоса. Испытывались шарошечные долота типа 93Т разборной конструкции.

Опоры указанных долот имеют шариковые подшипники. Пригодность предлагаемых составов смазки для подшипников опор шарошечных долот проверяют на буровом стенде путем отработки долот на гранитных блоках. При этом контролируют скорость вымывания смазки с опор долот по времени.

Долото отрабатывают при следующих режимных параметрах: осевая нагрузка

2 т/силы: частота вращения долота

193 об/мин; количество прокачиваемой жидкости 150 л/мин. В качестве промывочной жидкости применяют техническую воду с содержанием кварцевого песка. Разборку долот и определение количества вымытой смазки осуществляют через каждые 100 тыс. оборотов долота. Если при достижении 400 тыс. оборотов шарошки радиальный зазор между беговой дорожкой и шариками составляет 0,7 мм, шарошка считается изношенной предельно. Причем 100 тыс. оборотов сделано в течение 8 ч40мин, 200 тыс. — 17 ч 20 мин, 300 тыс.

2б ч, 400 тыс. — 34 ч 20 мин, 450 тыс38 ч 40 мин. С использованием известной смазки УС-ИКР (состав 5) сделано

30 000 об. в течение 3 ч. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Проведены также испытания для определения устойчивости предлагаемой смазки в нейтральной или агрессивных средах (жесткость до 200 мг-экв/л).

Смазку наносят на пластины, которые затем погружают в среду с определенным рН. Результаты испытаний приведены в табл. 4.

Введение компонентов в количестве меньшем нижнего предела, не обеспечи1120014 вает улучшения свойств смазки. Увеличение процентного содержания компонентов, больше верхнего предела нецелесообразно, так как не приводит к дальнейшему улучшению свойств. 5

Кроме того, увеличение процентЪ ного содержания реагента-собирателя

AAP""1 выше верхнего предела приводит к снижению вязкости смазки, что нежелательно, так как ухудшаются ее 10 противозадирные и уплотняющие свойства.

Испытания показали (табл. 3 и 4), что предлагаемая смазка хорошо удерживается на поверхности бурильных 15 труб, .выполняя роль антифрикционной и антивибрационной смазок, и в то же время является уплотнительной смазкой для реэьбовых соединений.

Таким образом, введение в состав 20 смазки смеси гудронов и реагента-соТ а б л и ц а !

Компоненты состава, мас.7

Состав (2

3 (4

80

Гудроны

AAP-1

Графит

25

Таблица 2

Буровой раствор с содержанием

10Х-ного NaOH, рН 16

Техническая вода, рН 7

Буровой раствор с содержанием

103-ной НС1, рН 1

Состав I -4

Слой смазки стал тоньше. Отрывов и оголенных участков за время вращения

90 мин нет

Слой смазки стал тоньше. Отрывов и оголенных участков эа время вращения

90 мин нет

Смазка с вращателя Смазка с вращателя сброшена через сброшена через

10 мин 10 мин

Слой смазки стал тоньше.

Отрывов и оголенных участков эа 90 мин вращения нет.

Смазка с вращателя сброшена через 15 мин бирателя ААР-1 увеличивает водостойкость смазки и износостойкость в абразивных средах в несколько раз.

Предлагаемая смазка может применяться в геологоразведочном бурении для защиты бурильных труб, резьбовых соединений опор шарошечных долот, где требуется повышенная адгезия, водостойкость и стойкость к агрессивным средам. Предлагаемая смазка не токсична и не вызывает коррозию металлов и сплавов.

Применение предлагаемой смазки позволит значительно повысить стойкость породораэрушающего инструмента (шарошечных долот),, увеличить срок действия реэьбовых соединений, уменьшить износ бурильных труб, а также выбрации бурового инструмента, приводящие к преждевременному выходу его из строя.

1 120014

Таблица 3

Износ опор, мм

Состав смазки

100 нет

200

300

0,02

400

0,5

450

0,7

100

Нет

200

300

0,02

400

0,48

450

0,7

100

Нет

200

Слой смазки тоньше

300

0,02

400

0,52

Оголенные участки

450

0,7

100

Нет

200

Слой тоньше

300

0,02

400.0,5

450

0,7

2,5

Смазка смыта

Обороторесурс, тыс.об

Состояние смазки после испытаний

Слой смазки равномерный

Слой смазки стал тоньше, равномерный

Слой смазки равномерный

Появились оголенные участки!

Появились оголенные участки, их количество увеличилось Слой смазки равномерный

Слой смазки стал тоньше

Слой смазки тонкий, равномерный

Появились оголенные участки

Количество оголенных участков увеличилось

Слой смазки равномерный

Слой тонкий, равномерный. Оголенные участки увеличились

Слой равномерный

Слой тонкий, равномерный

Оголенные участки

1О

1120014

Таблица 4

Время, в течение которого смазка не расслаивалась

Состав смазки РН среды

6 мес

1-4

2 мес

2 мес

16 ч

1 ч

2 ч

Заказ 7691/20

Тирам 488

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Умгород, ул. Проектная, 4

Составитель E. Горлов

Редактор Н. Дкуган Техред Т,Дубиичак КоРРектоР И Розман