Fann型和EP-B型润滑仪检测差异性分析

严 维

(江汉石油工程有限公司钻井一公司，湖北 潜江 433124)

在润滑剂的检测过程中发现，同一个样在用Fann型润滑仪和EP-B型润滑仪检测时的差异较大，经常出现用Fann型润滑仪检测的结果不合格，但是用EP-B型润滑仪检测的结果合格。针对这一现象，收集了多个厂家的不同种类的润滑剂，按照Q/SY 1088-2012《钻井液用液体润滑剂技术规范》，分别用Fann型润滑仪和EP-B型润滑仪检测其润滑性，并结合极压膜理论[1-4]和检测过程中的现象分析产生这一现象的原因，以Fann型润滑仪检测的结果为准，对EP-B型润滑仪的检测结果进行校正。

1 室内实验

1.1 原料

本实验用到的主要润滑剂见表1。

表1 主要润滑剂

注：表中的顺序为以Fann型润滑仪检测的摩阻系数从大到小排序。

实验材料：钻井液试验用钠膨润土(符合SY/T 5490-1993规定)、无水碳酸钠(化学纯)、蒸馏水(三级)。

实验仪器：分析天平(JA12002)、变频高速搅拌机(GJS-B12K)、极压润滑仪(Fann21200型)、极压润滑仪(EP-B型)。

1.2 摩阻系数测定方法

将摩擦块、摩擦环及仪器上所有接触面部位用洗涤剂和蒸馏水洗净擦干，并将摩擦块、摩擦环安装到位。接通电源，开启仪器使其在300 r/min下空转15min，然后调节转速在70 r/min，待转速稳定后关闭电机。

校正因子测定与计算：将蒸馏水倒入样品杯中并使摩擦块和摩擦环浸没其中，开启仪器空转5min；调节扭力搬手于0位，用扭力搬手加压至16.95 N·m并调节转速为60 r/min，待转速稳定后，松开扭力搬手去掉压力，调节仪表读数为0；用扭力搬手加压至16.95 N·m并调节转速为60 r/min，仪器运转5min，仪表读数应在31～37之间(偏差在±3内)，记下仪表读数为KH2O。否则，应将摩擦块与摩擦环进行磨合后重新操作直至满足要求[5]。

样品测定与计算：松开扭力搬手去掉压力，关闭电机，倒去蒸馏水；擦干摩擦块、摩擦环及仪器上所有接触面部位；将样品浆(或基浆)倒入样品杯中并使摩擦块和摩擦环浸没其中，开启仪器，用扭力搬手加压至16.95 N·m并调节转速为60 r/min，仪器运转5min，记下仪表读数为K(或K基)。松开扭力搬手去掉压力，关闭电机，倒去样品；洗净擦干摩擦块、摩擦环及仪器上所有接触面部位，待水分干后涂上凡士林。

1.3 润滑性检测

取四个高速搅拌杯，分别加入400 mL蒸馏水、20g(精确到0.01 g)钻井液试验用钠膨润土、0.8 g(精确到0.01 g)无水碳酸钠，在高速搅拌器上高速搅拌20min后，在24℃±3℃下密闭养护24 h；取其中两份基浆分别加入2.0 mL(基浆的0.5%)试样，然后与另外两份基浆一起同时高速搅拌10min；按摩阻系数测定方法(1.2)测定基浆及加入试样后的摩阻系数(基浆及加入试样后的测试条件应完全一致)。

2 结果与讨论

2.1 Fann型和EP-B型极压润滑仪检测相同润滑剂的实验结果

选用不同公司的不同类型的润滑剂1#～15#，按1.2和1.3中的实验方法分别用Fann型和EP-B型极压润滑仪检测其润滑系数，实验结果见表2。

表2 不同润滑仪对1#～15#润滑剂的检测结果

注：表中0#为基浆，样品加量为0.5%，KH2O为每次检测样品润滑系数之前检测蒸馏水的润滑系数，K为基浆或样品浆的润滑系数。M1为EP-B型润滑仪测得的摩阻系数，η1为EP-B型润滑仪测得的润滑系数降低率，M2为Fann型润滑仪测得的摩阻系数，η2为Fann型润滑仪测得的润滑系数降低率。

由表2可知，以M2(Fann型润滑仪检测的摩阻系数，下同)为基准，当摩阻系数M2小于0.049或大于0.268时，两台仪器检测的摩阻系数相差较小；当摩阻系数M2在0.098至0.205之间时，两台润滑仪检测的数值相差较大，同一样品同一加量，M2约是M1(EP-B型润滑仪检测的摩阻系数)的1.5倍；检测蒸馏水时，两台仪器检测的润滑系数相差较小。

2.2 引起M1和M2差别的原因分析

当润滑剂的的摩阻系数M2小于0.05时，在检测过程中，加压后，摩阻系数迅速降低，并稳定在一个较低的狭窄范围波动，而且摩擦滑块温度也不会上升，清洗滑块时发现润滑仪滑块和滑环的接触表面上有一层完全覆盖的黑色极压润滑膜。因此推测实验过程中润滑仪的滑块和滑环没有直接接触，此时两种仪器检测的数值受仪器滑块和滑环材质的影响较小，两种润滑仪检测的摩阻系数较为接近。

当润滑剂摩阻系数M2在0.05至0.20之间时，检测完后观察Fann型润滑仪的滑块和滑环的接触面发现，其滑块和滑环的接触表面形成的极压润滑膜只有斑块状的一层，这是由于润滑剂的润滑效果较差时，其在Fann型润滑仪的滑块和滑环上的吸附能力较小，在反复摩擦过程中，极压膜容易从滑块和滑环上脱落，从而形成斑块状的极压膜，摩阻系数较大；观察EP-B型润滑仪的滑块和滑环时发现其表面有一层均匀的薄薄的极压膜，这是由于润滑剂在EP-B型润滑仪滑块上的吸附力比在Fann型润滑仪的滑块上的吸附能力略强，当反复摩擦时，极压膜不容易从滑块和滑环上脱落下来，但是极压膜并不致密，所以同种润滑剂的M2比M1大，M2/M1为1.5左右。

当润滑剂摩阻系数M2大于0.20时，观察Fann型润滑仪和EP-B型润滑仪的滑块和滑环的接触表面均无极压膜生成，摩阻系数较大，两种仪器的检测值较接近。

当检测蒸馏水的润滑系数时，滑块和滑环之间只有水，无极压膜产生，因此两种润滑仪检测的润滑系数较为接近。

2.3 M1和M2差异的解决方案

考虑到Q/SY 1088-2012标准中规定的润滑系数降低率指标为大于或等于80%，因此只需对Fann型润滑仪检测的摩阻系数超过这一范围的EP-B型润滑仪检测的摩阻系数进行校正。具体方法为：以Fann型润滑仪检测的摩阻系数M2(0.098～0.20)为纵坐标，以EP-B型润滑仪检测的摩阻系数M1为横坐标，做XY散点图，以y=kx函数作线性拟合得出k的值，即为校正因子，结果见图1。

图1 M2与M1的拟合结果

由图1的拟合结果可知，M2与M1间的校正因子为1.53，即M2=1.53M1。

3 小结

(1)通过实验得出，当Fann润滑仪检测的润滑剂的摩阻系数介于0.049和0.268之间时，两种仪器的检测结果相差较大；

(2)结合实验现象分析了产生这一差异的主要原因为：两种润滑仪的滑块和滑环的材质不同，润滑剂在不同润滑仪的滑块上的吸附能力不同，形成的极压膜强度不同，导致检测出的摩阻系数不同；

(3)当M2介于0.098～0.20之间时，M2和M1存在线性关系为M2=1.53M1。