长寿命减扭防磨工具的研制与现场应用

减扭防磨工具可以将钻杆与套管间的摩擦转化为工具本体与其旋转外套间的摩擦,有效传递施工扭矩、降低套管磨损达到减小施工扭矩和保护套管的目的。文章在对国内外减扭防磨工具结构特点及现场应用情况分析的基础上研制了一种长寿命、高效的全金属减扭防磨工具,并对减扭防磨工具的抗拉、抗扭强度进行了测试,室内试验结果表明,工具的抗拉强度能达到3 550 kN、抗扭强度达到125 kN·m,满足现场钻井安全要求。减扭防磨工具在大港油田4口井进行了现场实验,工具累计工作时间达到1 280 h无故障,同一井深减扭防磨工具应用前后施工实测扭矩最高降低29%,减扭效果明显,解决了现场因钻井扭矩过大造成的各种复杂事故,为提高大斜度井、大位移井钻压与驱动扭矩传递效率提供了有效的技术手段。     

分体轴承式减扭防磨工具设计与安全性分析

在大位移井和狗腿度超标的深直井中,钻柱接头或本体与套管或岩石产生摩擦与碰撞,钻柱承受大的摩擦扭矩,长时间工作后钻柱局部壁厚减薄而导致钻具断裂失效,套管也会发生过量磨损,降低油井寿命。为解决该问题,设计了一种销栓连接分体轴承式减扭防磨工具,工具的轴承及复合套可分别减少扭转和轴向的摩擦阻力,且可吸收横向振动。对φ139.7 mm(51/2英寸)规格工具的主要承载件及易损件进行了安全性分析。结果表明,本体、钢球和螺栓工作安全性高,该工具可用于大位移井和深直井的钻井作业。     

硼化蓖麻油润滑添加剂对钢-钢和钢-镁摩擦副摩擦学性能的影响

在蓖麻油(CO)分子中引入硼,制备了一种新型环境友好润滑添加剂(BCO),并利用红外光谱对其主要官能团进行表征。通过四球和SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油、以BCO为添加剂时对钢-钢摩擦副和钢-镁摩擦副抗磨减摩性能的影响;用扫描电子显微镜观察分析钢球磨斑表面的形貌,同时通过对镁合金磨痕进行X射线光电子能谱分析,探讨了BCO添加剂的抗磨减摩机理。结果表明,BCO添加剂在菜籽油中具有优良的极压抗磨和减摩性能;其润滑作用机理是由于长链蓖麻油分子的载体作用、硼的缺电子性以及二者的协同作用与摩擦金属表面形成了一层高强度的吸附膜和/或摩擦化学反应膜。     

套管双效防磨技术在川西深井X202井的应用

针对常规防磨接头存在防磨套刚性强易磨损套管、镶嵌防磨套易脱落造成井下故障及安放位置难以确定的缺点,提出采用非金属防磨接头配合钻井液用耐磨减磨剂的双效防磨技术,非金属防磨接头耐磨且对套管磨损小,耐磨减磨剂入井后能够迅速吸附在钻具和套管表面形成高强度低摩阻有机耐磨层。利用计算出的套管内钻柱侧向载荷及现场测出的接头流阻增加值,确定入井防磨接头的数量和位置,根据耐磨减磨剂与钻井液相容性试验结果确定其加量。在X202井的现场试验表明,非金属防磨接头入井连续使用时间超过500 h,平均磨损率仅6.5%,平均返出铁屑量从124.64 g/h降至78.00 g/h,减磨效果显著。研究表明,采取双效防磨措施减缓深井套管磨损具有可行性,为深井、定向井和水平井钻井过程中的套管和钻具防磨提供了新的技术支持。      

酰胺型改性蓖麻油润滑添加剂对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副摩擦学性能的影响

以三乙醇胺和蓖麻油为原料,合成了一种环境友好酰胺型改性蓖麻油润滑添加剂(NCO),利用红外光谱对其主要官能团进行了鉴定.分别采用四球和SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油,以NCO为添加剂时对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副抗磨减摩性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析钢球磨斑表面的形貌,同时对铝合金磨痕进行X射线光电子能谱和电子探针分析,探讨了酰胺型改性菜蓖麻油润滑添加剂的抗磨减摩机理.结果表明,以酰胺型改性蓖麻油为添加剂,以菜籽油为基础油时,钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副均表现出良好的抗磨减摩作用,这是由于酰胺型改性蓖麻油添加剂以其具有较强极性而更容易在金属表面形成强吸附膜,同时在摩擦过程中形成了含有机氮、亚硝基或硝酸根的复杂氮化物的高强度聚合物膜.     

含硼、氮改性菜籽油润滑添加剂的摩擦学性能

对菜籽油进行化学改性制备了硼-氮型改性菜籽油润滑添加剂（BNR），并利用红外光谱对其主要官能团进行了鉴定。分别采用四球和SRV摩擦磨损试验机，考察了以菜籽油为基础油、以BNR为添加剂时对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副的抗磨减摩性能；用扫描电子显微镜观察分析钢球磨斑表面的形貌；同时通过对铝合金磨痕进行X射线光电子能谱分析，探讨了硼-氮型改性菜籽油润滑添加剂的抗磨减摩机理。结果表明，以硼-氮型改性菜籽油为添加剂、以菜籽油为基础油时，由于长链菜籽油分子的载体作用、氮的高反应活性、硼的缺电子性以及三者的协同作用，在金属摩擦表面形成一层高强度的吸附膜和摩擦化学反应膜，对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副均表现出良好的抗磨减摩作用。     

丁腈橡胶在三元复合驱液中的摩擦性能研究

探讨了丁腈橡胶在三元复合驱液中的摩擦过程特征、材料匹配性的影响和橡胶变形量对摩擦副启动摩擦阻力的影响。研究表明,三元复合驱液良好的润滑性能改善了橡胶的摩擦性能,但改善的摩擦性能未达到消除摩擦弹性滞后的程度,且三元复合驱液对橡胶的疲劳寿命影响很大;作为具有弹性性能的橡胶体,其与摩擦副间的启动摩擦阻力因数随初始变形量的增加而增大,但当其处于匀速摩擦时,其摩擦过程虽然也反映出自身的周期波动特点,但其平均摩擦因数处于稳定状态,且反映了介质的润滑性能。     

硫化菜籽油润滑添加剂对钢-镁摩擦副摩擦学性能的影响

在菜籽油（RO）分子中引入硫,合成了一种新型可生物降解润滑添加剂（SRO）,通过SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油,以SRO为添加剂时对GCr15钢- AZ91D镁合金摩擦副摩擦学性能的影响,用扫描电子显微镜观察分析镁块磨斑表面的形貌,同时通过对镁合金磨痕进行X射线光电子能谱分析。结果表明：以菜籽油为基础油时,硫化菜籽油润滑添加剂对钢-镁摩擦副具有优良的抗磨减摩性能;其润滑作用机理是由于长链菜籽油分子的载体作用、硫的高反应活性以及二者的协同作用与摩擦金属表面形成了一层高强度的吸附膜和（或）摩擦化学反应膜。     

高效降摩减扭工具的研制及现场试验

针对冀东油田大斜度井、大位移井在钻井过程中存在的摩阻扭矩大和套管易磨损等问题,在分析国内外降摩减扭工具优缺点的基础上,设计了一种由分体式结构的橡胶外套、低阻耐磨陶瓷涂层轴套和主轴组成的高效降摩减扭工具。基于三维井眼中钻柱受力分析计算模型,结合常用钻杆抗拉强度、抗扭强度和顶驱钻机最大连续工作扭矩,确定了工具主轴的抗拉、抗扭技术参数;并根据井眼轨迹、钻机设备的施工能力和现场施工情况,确定高效降摩减扭工具的安装位置及数量。室内测试结果表明,工具主轴抗拉强度、抗扭强度满足现场钻井安全要求。高效降摩减扭工具在冀东油田5口水平位移均超过2 000.00 m的大斜度井进行了现场试验,结果表明,钻进时的扭矩平均降低15%以上,并减少了钻具对套管的磨损,取得了良好的应用效果。高效降摩减扭工具为降低大斜度井、大位移井钻井中的扭矩及保护套管提供了一种新的技术手段。      

钻杆与套管摩擦磨损的试验研究

模拟井下工况,利用钻杆/套管摩擦磨损试验机试验分析了摩擦行程、钻井液黏度、接触载荷和钻杆转速等因素对套管磨损的影响规律。得出套管磨损量与摩擦行程、磨损率与接触载荷均呈现近似的线性关系;接触力增大,摩擦因数总体上有增大的趋势;增加钻井液黏度可以使摩擦因数有所降低,但不能大幅降低套管磨损;钻杆转速超过140r/min时,转速增加引起的摩擦副振动逐渐加剧直至共振,导致套管磨损率出现较大幅度的上升。该研究成果为钻井参数优选、套管磨损预测和减磨优化设计提供了参考依据。     

滑块捞矛井下退出的实践与力学原理分析

以多年的滑块捞矛应用经验为基础,通过在打捞状态下对滑块、矛杆受力情况的分析,推导出了鱼腔内壁对滑块的压力与钻具对捞矛的拉力之间的函数关系式,以及倒扣或捞矛退出时,鱼腔内壁对滑块的切向摩擦力引起的扭矩与钻具对捞矛的拉力之间的函数关系式,得出通过减小捞矛拉力可以减小鱼腔内壁对滑块的压力和切向摩擦力,继而减小静摩擦扭矩,探讨了滑块捞矛井下退出的规律,为滑块捞矛的井下退出方法及操作给出了建议。     

月桂酸二乙醇酰胺对液压油生物降解性及使用性能的影响

以月桂酸二乙醇酰胺(LDEA)作为润滑油生物降解促进剂,考察了LDEA对HM46 抗磨液压油生物降解性、抗磨减摩性、抗腐蚀性、抗乳化性以及抗泡性的影响。结果表明,LDEA可显著提高HM46 抗磨液压油的生物降解性,并可在一定程度上改善液压油的减摩性和抗乳化性,对抗磨性、抗腐蚀性及抗泡性影响不大。     

非硫、磷有机钼添加剂在发动机油中的应用

从提高内燃机油的抗氧、抗磨、减摩性能出发,介绍了3种类型的非硫、磷有机钼添加剂在发动机油中的应用.有机钼胺络合物在基础油中不仅具有较好的抗腐蚀性能,而且与多种含硫添加剂具有较好的抗磨和减摩协同性能,环烷酸钼、异辛酸钼与烷基二苯胺在加压差热扫描量热实验(PDSC)和热油氧化实验(HOOT)中均体现出了较好的协同抗氧效果,钼酸酯化合物不仅与丁辛基二硫代磷酸锌和二戊基二硫代氨基甲酸锌表现出了突出的抗磨协同作用,而且与苯胺抗氧剂也表现出了很好的协同抗氧和沉积物抑制能力.     

全通径酸压管柱在塔河油田托甫台区的应用

塔河油田托甫台区常规酸压管柱封隔器、水力锚与Ф88.9 mm油管内径不一致,导致施工摩阻增大,影响酸压效果,为此,进行了全通径酸压管柱研究。研发了Y241-146全通径封隔器,在不影响封隔器外径和坐封效果的前提下,将封隔器中心管内径由62 mm增至76 mm,水力锚内径由62 mm增至76 mm,该酸压管柱实现整体通径均为76 mm;关键零部件均采用42Cr高强度材料,胶筒材质由丁腈橡胶改进为氢化丁腈橡胶,有效提高了工具抗拉和抗压强度、耐温性能及密封性能。在塔河油田托甫台区进行了26口井的现场应用,管柱坐封、验封、酸压施工、解封均一次成功,平均单井降低酸压施工摩阻4~5 MPa,试验表明该压裂管柱可满足现场工艺要求。     

大位移井摩阻和扭矩分析及其对钻深的影响

对不同垂深、不同位移的大位移井在钻井和下套管过程中的摩阻和扭矩分析表明,采用水基钻井液能够钻成位移小于3000m的大位移井,且可以下入178mm套管;位移大于4000m、且垂深在1000m左右的大位移井,需要使用油基钻井液,且只能下入178mm尾管;位移大于5000m的大位移井,必须使用油基钻井液,178mm套管下入有一定难度,且在垂深较小时,需要使用部分139.7mm钻杆和倒装钻具。分析了不同垂深条件下的大位移井钻井极限,随着井深增加,制约大位移井钻井极限的因素由滑动摩阻转为钻柱强度。     

干热岩钻井钻具磨损及防磨技术研究

为了明确干热岩钻井过程中的钻具磨损机理,并采取合适的防磨技术方案来降低钻具磨损,首先分析了井眼内钻柱的运动状态,描述了钻柱与井壁的接触关系,并采用有限单元法建立了钻柱动力学有限元理论分析模型;然后以某干热岩典型实钻井为例,通过求解钻柱动力学模型,分析了钻具与井壁的接触状态;最后以降低钻具与井壁间的接触作用力为目标,探讨了钻具组合和钻进参数对钻具动态特性的影响规律,并进行了钻具组合优化和钻进参数优选,给出了钻具组合、钻进参数防磨推荐技术方案。该防磨技术在某干热岩井钻井作业中进行了试验,进尺116.00 m,稳定器外径磨损3.0 mm,取得了较好的钻具防磨效果。研究给出的钻具组合、钻进参数防磨技术方案,为解决干热岩钻井钻具磨损问题提供了新的技术手段。      

水溶性杂环三嗪衍生物润滑添加剂的合成及摩擦学性能研究

对摩擦性能优良的三嗪杂环进行水溶性改良，合成了一种无灰无磷水基润滑添加剂2 ,4 ,6-三(N，N-二羟乙基氨基亚甲基硫代)-均三嗪(SNOT)，并用红外光谱仪(IR)对其结构进行了分析。以自来水为基础液，采用四球摩擦磨损试验机考察了其在基础液中的摩擦学性能。结果表明：添加剂能够较大程度地提高基础液的极压值，并显著提高其抗磨减摩性能。通过磨斑表面的金相照片和X光能量色散谱(EDS)分析可知，在摩擦过程中, 该添加剂与摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学反应, 在其表面生成硫、氮等的复合边界润滑膜，从而起到了极压抗磨减摩作用。     

纳米SiO_2润滑添加剂的摩擦学性能及其抗磨减摩机理研究

研究了纳米SiO_2作为润滑油添加剂的摩擦学性能及其与MoDDP的协同作用,并通过SEM,EDS,XPS等手段对磨斑表面进行分析,探索了纳米SiO_2的抗磨减摩机理。结果表明,当纳米SiO_2加入量(w)为0.5%时,润滑油的摩擦系数和磨斑直径分别比基础油降低30.6%和35.5%,显著提高了基础油的抗磨减摩性能。纳米SiO_2与MoDDP具有良好的协同作用。纳米SiO_2的抗磨减摩机理为:在摩擦副表面沟槽部位纳米SiO_2和MoDDP膜起填补作用;在凸处,纳米SiO_2起微"滚动轴承"作用,MoDDP在摩擦能量作用下分解为软的MoS_2并沉积在摩擦副表面,以上综合作用减小了摩擦,修复了摩擦副表面,从而提高了润滑油的抗磨减摩性能。但随着时间的延长,SiO_2对MoS_2沉积膜又具有轻微的刮擦作用。