钻井液润滑性能测试中基浆超量程的解决办法

许云博，陈延滨，吴迪，李进，石凯

（北京探矿工程研究所，北京 100083）

钻井全过程中都伴随着钻杆和井眼之间的摩擦，特别是钻超深井、大斜度井、水平井时，钻杆的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高。由于影响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可调节因素是钻井液的润滑性能。因此钻井液润滑性能的好坏对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻进起着至关重要的作用，所以润滑剂、防泥包被剂、解卡剂都需要测润滑系数。目前，国内外实验室内测定钻井液润滑系数的主要仪器有：Fann212极压润滑仪及其同类产品、LEM 仪、ZC－1型泥浆摩擦系数测定仪、NR－1型泥浆润滑系数测定仪及MTII型摩擦机等。国内实验室泥浆实验中使用最多的是Fann212极压润滑仪及其同类产品，其工作原理如图1所示。

图1 Fann212极压润滑仪及其同类产品工作原理

在国内众多泥浆实验室中，发现我们所需要的数据是添加润滑添加剂后泥浆的摩擦系数和添加润滑添加剂后的摩阻降低率。测量基浆的时候，根据实验标准使用150磅英寸扭矩3，大多数仪器往往读数超出仪器的量程。在此种状况下国内并无统一的标准，各实验室和润滑剂生产厂家怀疑自己所做的测试实验和供货方或使用方的数据对应不上。因此，综合各个实验室的做法，将钻井液润滑性测试中基浆超量程的解决办法归纳一下。

1 基浆未超量程情况下的测试数据

在国内三个实验室，用同一型号（Fann212）极压润滑仪分别测试水、基浆、基浆添加润滑添加剂后的泥浆。加压扭矩扳手扭矩为150磅英寸和100磅英寸情况下的测试数据如表1。

表1 测试数据

2 数据分析4

2.1 摩擦系数

运用表1的数据，根据式（1）式（2）计算出摩擦系数μ（见表2）：

式中：A为测试时的表盘读数；

A水为用水作标定时的表盘读数，其范围28～48；

F为修正系数。

在计算的时候分别计算扭矩扳手为150磅英寸的表盘读数和100磅英寸的表盘读数的摩擦系数。计算时应注意式（1）中的数值100为扭矩扳手为150磅英寸水的标准值，当采用扭矩扳手为100磅英寸的时候其值应该是66.7；式（2）中的数值34为扭矩扳手为150磅英寸水的标准值，当采用扭矩扳手为100磅英寸的时候其值应该是22.7。由于计算方法考虑机械尺寸等诸多因素，这里不再赘述。

表2为测试水、基浆、基浆添加润滑添加剂后的泥浆分别扭矩扳手为150磅英寸的表盘读数和100磅英寸的表盘读数所计算出来的摩擦系数，以水的数据为例，说明表2数据的得出。

由上面计算可得出扭矩扳手为150磅英寸时得出介质为水的摩擦系数为0.34。

由上面计算可得出扭矩扳手为100磅英寸时得出介质为水的摩擦系数为0.34。

表2 摩擦系数

2.2 摩阻降低率

摩阻降低率C（%）的计算式如（9）所示，在计算的时候分别计算扭矩扳手为150磅英寸的表盘读数和100磅英寸的表盘读数的摩阻降低率。式中：BL为在恒定负载下加入润滑添加剂的扭矩读数；

AL为在恒定负载下未经处理的基浆的扭矩读数。

将表1中A基浆150、A添加剂150代入式9得出摩阻降低率C150如表三第一列，将A基浆100、A添加剂100代入式（9）得出摩阻降低率C100如表三第二列。

下面给出另一种计算摩阻降低率的方法，测得扭矩扳手为100磅英寸下基浆的读数AL′，测得扳手为150磅英寸下基浆添加润滑添加剂后的泥浆的读数BL′，根据这两个数值进行计算摩阻降低率C基浆100添加剂150，其计算公式如式（10）所示。

式中：BL′为在恒定负载下加入润滑添加剂扭矩扳手为150磅英的扭矩读数；

AL′为在恒定负载下未经处理的基浆扭矩扳手为100磅英的扭矩读数；

K为系数，按公式（11）计算：

将表1中A基浆100、A添加剂150的数值代入式10，得出的数据如表3第3列。

表3 摩阻降低率

2.3 数据对比

根据表2的数据对比，我们可以看出扭矩扳手为150磅英寸和100磅英寸条件下所计算出来的摩擦系数相差很小。

根据表3的数据对比，我们可以看出扭矩扳手为150磅英寸和100磅英寸条件下所计算出来的摩阻降低率相差很小。

3 结论

根据以上的实验结果我们可以得出以下结论：

（1）摩擦系数不随着加压扭矩扳手的变化而变化；

（2）摩阻降低率也不随着加压扭矩扳手的变化而变化；

（3）无论采用上述哪种测试方法和计算方法，其结果相差无几，是可以进行对比的，各实验室和润滑剂生产厂家不必怀疑自己所做的测试实验和供货方或使用方的数据对应不上。

所以，当按标准进行测试时，基浆在扭矩扳手为150磅英寸超出量程时，我们可以采用扭力扳手加压为100磅英寸的测试方法；基浆添加润滑添加剂后由于具有了一定的润滑性，可以采用扭力扳手加压为100磅英寸，也可以采用扭力扳手加压为150磅英寸，但要注意其计算公式是不一样的，应使用相应的计算公式，即：式（1）、式（9）、式（10）。

［1］鄢捷年.钻井工艺学［M］.北京：中国石油大学出版社，2001：105－114.

［2］鄢捷年.钻井工艺学［M］.北京：中国石油大学出版社，2001：105－114.

［3］张孝华，罗兴树.现代泥浆实验技术［M］.北京：中国石油大学出版社，1998：49－51.

［4］Fann.Model 212EP／Lubricity Tester Instruction Manual.Fann Instrument Company，1996.

［5］赵建刚，韩天夫，陈延滨译.Fann212型极压润滑仪操作手册［M］.2008.