許云博，陳延濱，吳迪，李進，石凱

（北京探礦工程研究所，北京 100083）

鉆井全過程中都伴隨著鉆桿和井眼之間的摩擦，特別是鉆超深井、大斜度井、水平井時，鉆桿的旋轉阻力和提拉阻力會大幅度提高。由于影響鉆井扭矩和阻力以及鉆具磨損的主要可調節(jié)因素是鉆井液的潤滑性能。因此鉆井液潤滑性能的好壞對減少卡鉆等井下復雜情況，保證安全、快速鉆進起著至關重要的作用，所以潤滑劑、防泥包被劑、解卡劑都需要測潤滑系數(shù)。目前，國內外實驗室內測定鉆井液潤滑系數(shù)的主要儀器有：Fann212極壓潤滑儀及其同類產品、LEM 儀、ZC－1型泥漿摩擦系數(shù)測定儀、NR－1型泥漿潤滑系數(shù)測定儀及MTII型摩擦機等。國內實驗室泥漿實驗中使用最多的是Fann212極壓潤滑儀及其同類產品，其工作原理如圖1所示。

圖1 Fann212極壓潤滑儀及其同類產品工作原理

在國內眾多泥漿實驗室中，發(fā)現(xiàn)我們所需要的數(shù)據(jù)是添加潤滑添加劑后泥漿的摩擦系數(shù)和添加潤滑添加劑后的摩阻降低率。測量基漿的時候，根據(jù)實驗標準使用150磅英寸扭矩3，大多數(shù)儀器往往讀數(shù)超出儀器的量程。在此種狀況下國內并無統(tǒng)一的標準，各實驗室和潤滑劑生產廠家懷疑自己所做的測試實驗和供貨方或使用方的數(shù)據(jù)對應不上。因此，綜合各個實驗室的做法，將鉆井液潤滑性測試中基漿超量程的解決辦法歸納一下。

1 基漿未超量程情況下的測試數(shù)據(jù)

在國內三個實驗室，用同一型號（Fann212）極壓潤滑儀分別測試水、基漿、基漿添加潤滑添加劑后的泥漿。加壓扭矩扳手扭矩為150磅英寸和100磅英寸情況下的測試數(shù)據(jù)如表1。

表1 測試數(shù)據(jù)

2 數(shù)據(jù)分析4

2.1 摩擦系數(shù)

運用表1的數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）式（2）計算出摩擦系數(shù)μ（見表2）：

式中：A為測試時的表盤讀數(shù)；

A水為用水作標定時的表盤讀數(shù)，其范圍28～48；

F為修正系數(shù)。

在計算的時候分別計算扭矩扳手為150磅英寸的表盤讀數(shù)和100磅英寸的表盤讀數(shù)的摩擦系數(shù)。計算時應注意式（1）中的數(shù)值100為扭矩扳手為150磅英寸水的標準值，當采用扭矩扳手為100磅英寸的時候其值應該是66.7；式（2）中的數(shù)值34為扭矩扳手為150磅英寸水的標準值，當采用扭矩扳手為100磅英寸的時候其值應該是22.7。由于計算方法考慮機械尺寸等諸多因素，這里不再贅述。

表2為測試水、基漿、基漿添加潤滑添加劑后的泥漿分別扭矩扳手為150磅英寸的表盤讀數(shù)和100磅英寸的表盤讀數(shù)所計算出來的摩擦系數(shù)，以水的數(shù)據(jù)為例，說明表2數(shù)據(jù)的得出。

由上面計算可得出扭矩扳手為150磅英寸時得出介質為水的摩擦系數(shù)為0.34。

由上面計算可得出扭矩扳手為100磅英寸時得出介質為水的摩擦系數(shù)為0.34。

表2 摩擦系數(shù)

2.2 摩阻降低率

摩阻降低率C（%）的計算式如（9）所示，在計算的時候分別計算扭矩扳手為150磅英寸的表盤讀數(shù)和100磅英寸的表盤讀數(shù)的摩阻降低率。式中：BL為在恒定負載下加入潤滑添加劑的扭矩讀數(shù)；

AL為在恒定負載下未經處理的基漿的扭矩讀數(shù)。

將表1中A基漿150、A添加劑150代入式9得出摩阻降低率C150如表三第一列，將A基漿100、A添加劑100代入式（9）得出摩阻降低率C100如表三第二列。

下面給出另一種計算摩阻降低率的方法，測得扭矩扳手為100磅英寸下基漿的讀數(shù)AL′，測得扳手為150磅英寸下基漿添加潤滑添加劑后的泥漿的讀數(shù)BL′，根據(jù)這兩個數(shù)值進行計算摩阻降低率C基漿100添加劑150，其計算公式如式（10）所示。

式中：BL′為在恒定負載下加入潤滑添加劑扭矩扳手為150磅英的扭矩讀數(shù)；

AL′為在恒定負載下未經處理的基漿扭矩扳手為100磅英的扭矩讀數(shù)；

K為系數(shù)，按公式（11）計算：

將表1中A基漿100、A添加劑150的數(shù)值代入式10，得出的數(shù)據(jù)如表3第3列。

表3 摩阻降低率

2.3 數(shù)據(jù)對比

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)對比，我們可以看出扭矩扳手為150磅英寸和100磅英寸條件下所計算出來的摩擦系數(shù)相差很小。

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)對比，我們可以看出扭矩扳手為150磅英寸和100磅英寸條件下所計算出來的摩阻降低率相差很小。

3 結論

根據(jù)以上的實驗結果我們可以得出以下結論：

（1）摩擦系數(shù)不隨著加壓扭矩扳手的變化而變化；

（2）摩阻降低率也不隨著加壓扭矩扳手的變化而變化；

（3）無論采用上述哪種測試方法和計算方法，其結果相差無幾，是可以進行對比的，各實驗室和潤滑劑生產廠家不必懷疑自己所做的測試實驗和供貨方或使用方的數(shù)據(jù)對應不上。

所以，當按標準進行測試時，基漿在扭矩扳手為150磅英寸超出量程時，我們可以采用扭力扳手加壓為100磅英寸的測試方法；基漿添加潤滑添加劑后由于具有了一定的潤滑性，可以采用扭力扳手加壓為100磅英寸，也可以采用扭力扳手加壓為150磅英寸，但要注意其計算公式是不一樣的，應使用相應的計算公式，即：式（1）、式（9）、式（10）。

［1］鄢捷年.鉆井工藝學［M］.北京：中國石油大學出版社，2001：105－114.

［2］鄢捷年.鉆井工藝學［M］.北京：中國石油大學出版社，2001：105－114.

［3］張孝華，羅興樹.現(xiàn)代泥漿實驗技術［M］.北京：中國石油大學出版社，1998：49－51.

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

［5］趙建剛，韓天夫，陳延濱譯.Fann212型極壓潤滑儀操作手冊［M］.2008.