Технические науки/ 10. Горное дело
Салихов И.Ф., Ли Мэнъян,
Мустапаев А.М., д.т.н. Конесев Г.В.
ФГБОУ ВПО Уфимский
государственный нефтяной технический университет, Россия
Влияние усилия прижатия на удельную
адгезию в системе «металл -фильтрационная корка»
Изучение адгезионных свойств фильтрационных
корок буровых промывочных растворов направлено на профилактику и ликвидацию
прихватов колонн труб в открытом стволе скважины.
Согласно существующим теориям [1,2,3], объясняющим природу силы
взаимодействия неоднородных тел, на границе неподвижного контакта поверхности твердого
тела с жидко-пластичным веществом типа фильтрационная корка всегда происходит образование
адгезионного соединения. Авторами была поставлена задача определения влияния
усилия прижатия металлического образца, моделирующего колонну труб, к
фильтрационной корке, характеризующей стенку скважины, на силу адгезионного
взаимодействия (удельную адгезию) после 10 минут неподвижного контакта.
Определение поверхностного взаимодействия в
системе «металл- фильтрационная корка» производилось на устройстве ФАСК-1,
разработанном на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» ФГБОУ ВПО «УГНТУ»
(рисунок 1).
Усилие прижатия металлического образца к
фильтрационной корке в процессе экспериментов варьировалось в пределах от 0,2265
Н до 1,3989 Н посредством утяжеляющих пластин, устанавливаемых на металлический
образец.
Рисунок 1 – Устройство
ФАСК-1 в положении для
измерения показателей адгезионных свойств фильтрационных корок
Регистрирующим элементом устройства является
тензометрический преобразователь (датчик) серии С05-2, предназначенный для
непрерывного пропорционального преобразования силы в электрический выходной
сигнал. Посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП) сигнал поступает на
ЭВМ и в дальнейшем обрабатывается
при помощи программ LGraph2 и Microsoft Excel.
Эксперименты проводились на полимерглинистом буровом
растворе (ПГБР). Состав и свойства раствора описаны в таблице 1.
Таблица
1. Состав и свойства ПГБР
|
Состав
раствора |
r, кг/м3 |
УВ,
с |
pH |
Δ,
мм |
η |
τ0 |
θ1/10 |
ПФ,
см3/ 30мин |
|
|
1
мин |
10
мин |
||||||||
|
Вода
+ 5%ПБМА + 5%CaCO3 +0,175%ПАЦ-ВВ +
0,2%БКР-5 |
1050 |
25 |
10 |
2,5 |
10,77 |
1,69 |
0 |
0 |
8 |
Результаты экспериментов, полученные на
устройстве ФАСК-1 представлены на рисунке 2 и сведены в таблицу 2.
Удельная адгезия Fад(уд)
во времени при
соответствующем значении прижимающего усилия Fприж.:
1 – 0,2265 Н; 2 – 0,4329 Н; 3 – 0,6232 Н;
4 – 0,8296 Н; 5 – 1,0310 Н; 6 – 1,2023 Н; 7 – 1,3989 Н
Таблица
2. Зависимость удельной адгезии после 10 минут неподвижного
контакта системы «металл -фильтрационная корка» от прижимающего усилия
|
№ п/п |
Fад(уд), Н/см2 |
Fприж., Н |
|
1 |
0,2265 |
0,1009 |
|
2 |
0,4329 |
0,2646 |
|
3 |
0,6232 |
0,2562 |
|
4 |
0,8296 |
0,2868 |
|
5 |
1,0310 |
0,2812 |
|
6 |
1,2023 |
0,3859 |
|
7 |
1,3989 |
0,4791 |
На основе данных таблицы 2 построим кривую
влияния усилия прижатия на удельную адгезию (силу отрыва металлического образца
от фильтрационной корки, приведенную к площади контакта) после 10 минут
неподвижного контакта поверхности металлического образца с фильтрационной коркой
(рисунок 3). Применив линейную аппроксимацию, на рисунке 3 была построена
прямая линии тренда, описывающая прямую зависимость увеличения значения
удельной адгезии от величины прижимающей силы.
Рисунок 3. Влияние усилия прижатия на удельную адгезию после
10 минут неподвижного контакта поверхности металлического образца с
фильтрационной коркой
Анализ результатов измерений показал, что при
изучении адгезионных свойств фильтрационных корок значения удельной адгезии,
рассчитанные по данным показаний устройства ФАСК-1 прямо пропорционально
зависят от величины усилия прижатия в
системе «металл- фильтрационная корка». Высокая воспроизводимость результатов
опытов, а также надежная регистрация и запись данных делает целесообразным
применение устройства ФАСК-1 в дальнейших исследованиях адгезионных свойств фильтрационных
корок в более широком диапазоне прижимающих усилий.
Литература:
1. Дерягин, Б.В. Что такое
трение? М.: Изд-во АН СССР, 1952. – 244с.
2. Дашдамиров, Ф.А.,
Шамсиев, А.А. Причина прихвата инструмента при бурении. Азербайджанское
нефтяное хозяйство, 1959, № 12, С. 15-16.
2. Федоров, В.С, Александров, М.М. К вопросу о прихвате
бурильных труб под действием гидростатического давления. – М.: Нефть и газ, 1960,
№4, С. 29 – 36.