Смазка для бурового инструмента Советский патент 1984 года по МПК C10M5/02 C10M5/12 

Изобретение относится к горному делу, в частности к смазкам для бурильных труб, резьбовых соединений и опор шарошечньк долот, работающих в условиях агрессивных сред, высоких давлений и температур.

Всвязи с ростом глубин и усложнением условий бурения скважин твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых серьезное значение приобрела проблема смазок для бурового инструмента при работе его в агрессивных средах, которые создаются за счет применения ингибированных буровых растворов и наличия пластовых минерализованньсх вод.

Эффективность бурения скважин в значительной степени зависит от частоты вращения бурового инструмента. Однако с увеличением частоты вра щения увеличивается вибрация буровог инструмента, что приводит к преждевременному выходу из строя как пород ораз-рушающе го инструмента (кольцевых коронок и долот), так и бурильных труб и элементов их соединений.

Известна антивибрационная смазка для алмазного бурения на основе канифоли, нигрола, битума и парафина в которую с целью повышения устойчивости ее к щелочным реагентам буровых растворов введен резинат цинка. Разработанная смазка наносится на поверхность бурильных труб для предохранения ее от вибраций 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 резьбовых соединений и опор шарошечных долот.

Известны смазки для уплотнения резьбовых соединений на основе минерального масла, алюминиевого и литиевого мыл стеариновой кислоты и силиконовой жидкости 2 ,

Однако указанные смазки не являются достаточно эффективными, так как обладают невысокой стойкостью в прс.ь{ывочньгх растворах, имеющих кислотны и щелочные свойства, неполностью предупреждают заедание резьб при свинчипании-развинчивании бурильных труб из-за вымывания смазки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уплотннтельная г.млзка УС-ИМР для резьбовых соединений, в том числе и для бурового инструмента, состоящая из нефтяного битума, канифоли, бензола, скипидара толуола, нигрола и графита. Эта смазка удовлетворяет требованиям, предъяляемым к уплотнительным сназкам только для резьбовых соединений, работающих в условиях промывки скважин водой и эмульсионными растворами, имеющими рН 7 C3J.

Однако известная смазка не обеспечивает своих функций при промывке скважин щелочньии и кислотными растворами, а также при обогащении буровых растворов минерализованньми пла стовыми водами. При работе смазки в таких условиях происходит ее расслоение, разрушение и вымывание, снижаются адгезионные свойства.

Целью изобретения является повышение адгезионных свойств и устойчивости в агрессивных средах.

Поставленная цель достигается тем, что смазка для бурового инструмента, содержащая графит, дополнительно содержит гудроны от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков чериохлопкового масла, и легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при 200-270 с, при следующем соотношении компонентов, мае.%:

Гудроны от дистилляции жирных кислот, вьщеленных из соапстоков чернохлопкового масла 70-80 Легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при

200-270С15-25

Графит3-5

Пр -1менение гудронов от дистилляции жирных кислот., выделенньпс из соапстоков чернохлопкового масла (в дальнейшем обозначено - гудроны), обеспечивает высокую смазочную спо собность, прочностные и вязкостные свойства, химическую и термическую стабильности при эксплуатации и хранении смазки.

Гудроны представляют собой масля кистую жидкость темного цвета со следующими физико-химическими характеристиками: кислотное число 40-70 мг кон/г; число омыления 180-220 мг кон/г; мол.: -с -475-522; уд.вес 0,972 г/см; содержание жирHbix кислот после омыления 52,4-6Д%; 31 вязкость по Энглеру (при 50°С) не более 25 ; т.заст. нулевая. Легкий газойль каталитического крекинга, выкипающий при 200-270с, иначе называемый аполярный ароматизированный реагент-собиратель (ААР-1), характеризуется высоким содержанием ароматических углеводоро дов, нетоксичен, практически не раст ворим в воде, сохраняет текучесть при температурах до 25°С. Введение его в смазку повьпиает адгезию к металлу и к горным породам, обеспечивает, повьпиение стабильности смазки к окислению и устойчивости против расслоения в кислых, щелочных и минерализованных средах. Физико-химические свойства реагента собирателя ААР-1: плотность 0,850 г/см; вязкость кинематическая при 20 С 2 -.3,5 сСт; т.вспышки не ниже 70 С; т.заст. .-25)°С: содержание ароматических углеводородов не менее 42%; содержание воды не более 0,2%; коэффициент преломления не менее 1,45; содержание серы не более 0,1%; зольность-не более 0,006%. Использование графита в составе смазки способствует повышению смазоч ной способности ее, увеличению адгезии к металлу и герметичности за сче способности заполнять неровности. Смазку готовят следующим образом. В емкость заливают расчетное количество гудронов и реагент-собира таль 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 расфасовки и дальнейшего использования. По предлагаемой технологии приготовлены составы 1 - 4 смазок, приведенные в табл. С1. Адгезию смазок к металлу в водных кислых и щелочных растворах, применяемых при бурении скважин, определя ют по следующей методике. Готовят буровой раствор, .в КОТОРЫЙ добавляют соляной кислоты или едкого натра по 10%-ной концентрации. На специальном стенде вращатель (металлический стер жень) помещают в сосуд. КОТОРЫЙ запо няют буровым раствором. На поверхнос вращателя наносят испытываемые смазкн. Результаты испытания смазок после отработки на стенде с частотой вращения 2800 об/мин (что способству 44 ет обороторесурсу долота в 250000 оборотов) в течение 90 мин представлены в табл. 2. Свойства предлагаемой свазки определяют в сравнении со смазкой УС-ИМР (состав 5). Поскольку все предлагаемые 1-4 образцы смазок проявляют одинаковые адгезионные свойства, в табл. 2 для этих смазок даны усредненные значения. Таким образом смазки составов 1-4 имеют aдгeзиoнf ыe свойства существенно выше, чем известная смазка. Кроме того, проведены испытания смагзок 1-5 на стенде, состоящем из бурового станка и промывочного насоса. Испытывались шарошечные долота типа 93Т разборноГ 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 жидко-сти 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 ч 40 мин, 200 тыс. - 17 ч 20 мин, 300 тыс. 26 ч, 400 тыс. - 34 ч 20 мин, 450 тыс38 ч 40 мин. С использованием известной смазки УС-ИМР (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 обеспечиS112

вает улучшения свойств смазки. Увеличение процентного содержания компонентов, больше верхнего предела нецелесообразно, так как не приводит к дальнейшему улучшению свойств.

Кроме того, увеличение процентного содержания реагента-собирателя ААР-1 выше верхнего предела приводит к снижению вязкости смазки, что нежелательно, так как ухудшаются ее противозадирные и уплотняющие свойства.

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

Таким образом, введение в состав смазки смеси гудронов и реагента-со6

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 требует ся повышенная адгезия, водостойкость и стойкость к агрессивным средам. Предлагаемая смазка не токсична и не вызьгоает коррозию металлов и сплавов.

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

Таблица 1

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 ,.

Слой смазки стал тоньше, Отрывов и оголенных участков за 90 мин вращения нет.

Смазка с вращателя сброшена через 15 мин

Слой смазки стал тоньше. Отрывов и оголенных участков за время вращения 90 мин нет

вращателя

Смазка с вращателя сброшена через через 10 мин

Таблица 3

рН среды

Состав смазки

7 1

1-4

tA 7

1 14

Таблица А

Время, в течение которого смазка не

расслаивалась

6 мае 2 мес 2 мес 16 ч

1ч

2ч