Смазка для бурового инструмента

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОНИТЕТ СССРПО ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Пнепропетровский ордена Труда"вого Красного Знамени горный институтим.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 СССРУ 237314, клС 10 М 7/12, 1968 (прототип).(54)(57) СМАЗКА ДЛЯ 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- -270 ьС, при следующем соотношении компонентов, мас.7,;Гудроны от дистилляциижирных кислот, выделенных из соапстоков чернохлопкового масла 70-80Легкий газойль катали120Изобретение относится к горномуделу, в частности к смазкам длябурильных труб, реэьбовых соединенийи опор шарошечных долот, работающихн условиях агрессивных сред, высоких давлений и температур.В связи с ростом глубин и усложкением условий бурения скважин твердых, жидких и газообразных полезныхископаемых серьезное значение приоб Орела проблема смазок для буровогоинструмента при работе его в агрессивных средах, которые создаются эасчет применения ингибиронанньж буровых растворов и наличия пластовыхминерапизонанных вод.Эффективность бурения скважинн значительной степени зависит отчастоты вращения бурового инструмента. Однако с увеличением частоты вра 20щения унеличинается вибрация буровогоинструмента, что приводит к преждевременному выходу из строя как породораэрушающего инструмента (кольцевых коронок и долот), так и бурильных труб и элементов их соединений,Известна антинибрационная смазкадля алмазного бурения ка основеканифоли, нигрола, битума и парафина,в которую с целью повышения устой 30чивости ее к щелочным реагентам буровых растворов введен резинат цинка.Разработанная смазка наносится наповерхность бурильных труб для предохранения ее от вибраций 1 1.Однако данная смазка содержитдорогостоящие и дефицитные продукты,обладает невысокой адгезией по отношению к металлу и не может быть применена как уплотнительная смазка для40реэьбовых соединений и опор шарошечкых дот.Известны смазки для уплотненияреэьбоных соединений на основе минерального масла, алюминиевого и литие 45ного мыл стеариновой кислоты и силиконовой жидкости 2 1.Однако указанные смазки не являются достаточно эффективными так какобладают невысокой стойкостью н прс, -50мывочных растворах, имеющих кислотныеи щелочкые свойства, неполностью предупреждают заедание резьб при свинчивании-развинчинании бурильных трубиэ-за вымывания смазки,Наиболее близкой к изобретению потехнической сущности и достигаемомуре зультату является уплоткительнаягмазка "УС-ИКР" для рез 1 боных саеди тического крекингавыкипающии при200-270 СГрафит 15-25 3-5Применение 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" 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 0972 г/см; содержание жирных кислот после омыления 52,4-647.; некий, 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 эмульсионкыми растворами, имеющими рН 7 33Однако известная смазка не обеспечивает своих функций при промывке скважин щелочными и кислотными растворами, а также при обогащении буровых растворов микерализованными пластовыми водами. При работе смазки в таких условиях происходит ее расслоение, разрушение и вымывание, снижаются адгезионные 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 дистилляциижирных кислот, выделенных из соапстокон чернохлопкового масла 70-80Легкий газойль катали1 20014 3вязкость по Энглеру (при 50 С) неболее 25 ; т.эаст. нулевая,Легкий гаэойль каталитическогокрекынга, выкипающий при 200-270 С,иначе называемый аполярный ароматизированный реагент-собиратель(ААР), характеризуется высокимсодержанием ароматических углеводородов, нетоксичен, практически не растворим в воде, сохраняет текучесть 10при температурах до 25 С. Введениеего в смазку повышает адгеэию к металлу и к горным породам, обеспечивает. повышение стабильности смазки кокислению и устойчивости против расслоения в кислых, щелочных и минералиэованных средах. Физико-химические свойства реагента собирателяААР: плотность 0,850 г/см; вязкость кинематическая при 20 С 2 - 20о3,5 сСт; т.вспышки не ниже 70 С;т.заст. (-25) С: содержание ароматических углеводородов не менее 42 ;содержание воды не более 0,27;коэффициент преломления не менее 251,45; содержание серы не более 0,17;зольность не более 0,0067.Использование графита в составесмазки способствует повышению смазочной способности ее, увеличению адге- З 0зии к металлу и герметичности за счетспособности заполнять неровности.Смазку готовят следующим образом.В емкость заливают расчетноеколичество гудронов и реагент-собира 35тель ААР. Смесь перемешивают15 мин до получения однородной массы,затем загружают графит и сноваперемешивают в течение 15 мин,после чего смазка готова для расфасовки и дальнейшего использования.По предлагаемой технологии приго"товлены составы 1 - 4 смазок, приведенные в табл.11 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 добавляют соляной кислоты или едкого натоа до 50 107-ной концентрации. На специальном стенде воащатель (металлический стеожень) помещают в сосуд. котооый заполняют буровым раствооом. На повеохность вращятеля наносят испытываемые смаз ки. Результаты испытания смазок после отработки на стенде с частотой вращения 2800 об/мин (что способствует обороторесурсу долота в 250000оборотов) в течение 90 мин представлены в табл, 2. Свойства предлагаемой сваэки определяют в сравнении сосмазкой УС-ИИР (состав 5).Поскольку все предлагаемые 1-4образцы смаэок проявляют одинаковыеадгезионные свойства, в табл, 2для этих смазок Ланы усредненнь 1 е значеция,Таким образом смазки составов 1-4имеют адгеэионцые свойства существенно вьпце, чем известная смазка.Кроме того, проведены испытаниясмазок 1-5 на стенде, состоящем избурового станка и промывочного насоса. Испытывались шарошечцые долотатипа 93 Т разборной конструкции.Опоры укаэанных долот имеют шариковые подшипники, Пригодность предлагаемых составов смазки для подшипников опор шарошечцых долот проверяютна буровом стенде путем отработкидолот ца гранитных блоках, При этомконтролируют скорость вымывания смазки с опор долот по времени.Долото отрабатывают при следующихрежимных параметрах: осевая нагрузка2 т/силы: частота вращения долота193 об/миц; количество прокачиваемойжидкости 150 л/мин, В качестве промывочной жидкости применяют техническую воду с содержанием кварцевогопеска. Разборку долот и определениеколичества вымытой смазки осуществляют через каждые 100 тыс, оборотовдолота. Если при достижении 400 тыс.оборотов шарошки радиальный зазормежду беговой дорожкой и шарикамисоставляет 0,7 мм, шарошка считаетсяизношенной предельно. Причем 100 тыс,оборотов сделано в течение 8 ч 40 мин,200 тыс. - 17 ч 20 миц, 300 тыс.2 б ч, 400 тыс. - 34 ч 20 мин, 450 тыс 38 ч 40 мин. С использованием известной смазки УС-ИМР (состав 5) сделано30 000 об, в течение 3 ч. Результатыиспытаний 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, це обеспечи1120014 вает улучшения свойств смазки. Увеличение процентного содержания компонентов, больше верхнего предела нецелесообразно, так как не приводит к дальнейшему улучшению свойств, 5Кроме того, увеличение процентЪного содержания реагента-собирателя ААР"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-соТаблицаКомпоненты состава,мас.7 Состав2 76 80 70 ГудроныААР Графит 20 25 Таблица 2 Буровой растворс содержанием107-ного ЯаОН,рН 16 Техническая вода,рН Буровой растворс содержанием103-ной НС 1,рН 1 Состав 1-4 Слой смазки сталтоньше, Отрывов иоголенных участковза время вращения90 мин нет Слой смазки сталтоньше. Отрывов иоголенных участковэа время вращения90 мин нет Смазка с вращателя Смазка с вращателя сброшена через сброшена через1 О мин 10 мин Слой смазки стал тоньше,Отрывов и оголенныхучастков эа 90 мин вращения нет,Смазка с вращателясброшена через 15 мин бирателя ААРувеличивает 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 срокдействия реэьбовых соединений,уменьшить износ бурильных труб, атакже выбрации бурового инструмента, приводящие к преждевременномувыходу его из строя.1120014 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 30 Смазка смыта Обороторесурс,тыс,об Состояние смазки после испытаний Слой смазки равномерныйСлой смазки стал тоньше, равномерныйСлой смазки равномерный Появились оголенные участкиПоявились оголенные участки, ихколичество увеличилось Слой смазки равномерный Слой смазки стал тоньше Слой смазки тонкий, равномерныйПоявились оголенные участки Количество оголенных участковувеличилось Слой смазки равномерный Слой тонкий, равномерный. Оголенные участки увеличились Слой равномерный Слой тонкий, равномерныйОголенные участки1 О 1120014 Т а блица 4 Время, в течение которого смазка нерасслаивалась Состав смазки рН среды 6 мес 1-4 2 мес 2 мес 14 16 ч ч 14 2 ч Заказ 7691/20 Тирам 488 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5 Филиал ППП "11 атент", г. Умгород, ул. Проектная, 4 Составитель Е, Горлов Редактор Н, Дкуган Техред Т,Дубиичак Корректор И. Розман