張文龍　田永剛　任紫君　李志磊　馮永朋

摘 要：潤滑劑在鉆井過程中主要起到降低磨阻的作用，從而提升鉆進(jìn)速度既減少鉆具損耗的作用，隨著技術(shù)的發(fā)展以及對鉆井材料性能的要求越來越高，涌現(xiàn)出了大量的潤滑劑產(chǎn)品，例如普通潤滑劑、抗溫抗鹽潤滑劑、環(huán)保潤滑劑、極圧潤滑剤、油基潤滑劑、水基潤滑劑、固體潤滑劑、符合潤滑劑等。無論是哪一種潤滑劑其最終的目的依然是降低鉆具與井壁間的磨阻，然而目前常用的潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法眾多，針對不同的潤滑劑，其性能檢測方法也不一樣，如果單純的用之中檢測方法或手段對所有類型的潤滑劑進(jìn)行檢測從而判斷該類潤滑劑性能好壞是不合理的，本文將對現(xiàn)有潤滑劑檢測方法進(jìn)行詳細(xì)的分析，并相對應(yīng)的描述該類方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：潤滑劑;性能;檢測

1 極圧潤滑儀法

該方法是目前實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的潤滑劑性能測定的方法，其原理在于外加一定壓力的情況下測定金屬與金屬間的摩擦力大小，最終通過計(jì)算“摩擦力降低的比例”--潤滑系數(shù)降低率來確定潤滑劑性能的優(yōu)劣，該方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于檢測時(shí)間較短，一般檢測時(shí)間在15min左右（包含試驗(yàn)漿攪拌及測定的時(shí)間），并且檢測結(jié)果的重復(fù)性較高（校正因子的引入）。相比于其優(yōu)點(diǎn)，該方法的缺點(diǎn)同樣明顯，該方法最大的缺點(diǎn)是與現(xiàn)場實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，現(xiàn)場鉆井過程中幾乎不會(huì)出現(xiàn)鉆具與金屬間的摩擦，而是鉆具與井壁或泥餅間的摩擦，

另外擠壓潤滑儀法測定潤滑劑時(shí)需先將試樣加入基漿中高速（11000r/min）攪拌5.0min，攪拌結(jié)束后立即用極圧潤滑剤進(jìn)行潤滑系數(shù)的測定，目前國內(nèi)大部分潤滑劑均為純油基潤滑劑，該類潤滑劑加入基漿中后經(jīng)過高速攪拌后以微小的油滴狀或“暫時(shí)性”水包油乳狀液存在，隨著時(shí)間的推移或者低速攪拌的情況下試驗(yàn)漿中的潤滑劑會(huì)出現(xiàn)破乳現(xiàn)象（漂浮于試驗(yàn)漿表面），從而造成潤滑劑失效，因此極壓潤滑儀法無法準(zhǔn)確地判定潤滑劑實(shí)際使用效果。另極圧潤滑剤法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與滑環(huán)與滑塊表面粗糙度有著直接關(guān)系，因此該方法不適合作為現(xiàn)場鉆井液以及高密度試驗(yàn)漿潤滑性能測定方法。

2 磨阻系數(shù)測定法

該方法是目前潤滑劑性能測定實(shí)驗(yàn)中與鉆井現(xiàn)場最為接近的方法，其原理是在一定壓力下先壓出中壓泥餅（與現(xiàn)場鉆井過程相同），維持容器內(nèi)壓力的情況下將吸附盤下壓并維持下壓時(shí)的壓力一定時(shí)間（一般為5-10min），吸附結(jié)束后再靜置5.0min左右，用扭力扳手測定吸附盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大扭力值，最終根據(jù)空白漿和加樣漿的最大扭力值計(jì)算扭力值的降低率，以此作為潤滑劑試樣潤滑性能的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該方法最大的特點(diǎn)是與現(xiàn)場使用情況最為接近，試驗(yàn)漿的固相含量以及密度高低不影響儀器的使用，可用于所有潤滑劑的性能測定，該方法目前廣泛用于潤滑劑配方研發(fā)過程中體系評價(jià)實(shí)驗(yàn)過程中。相比于適合于各種潤滑劑性能檢測的優(yōu)點(diǎn)，該方法的缺點(diǎn)是檢測時(shí)間較長，攜帶不方便（檢測時(shí)需用氮?dú)?，一般使用氮?dú)馄刻峁庠矗?，不適合鉆井現(xiàn)場進(jìn)行泥漿潤滑性能檢測。

3 泥餅粘滯系數(shù)測定法

該方法是目前鉆井隊(duì)使用的最廣泛的鉆井泥漿潤滑性能檢測的方法，將測定中壓濾失量后的泥餅連同濾紙一同取出，將泥餅朝上平鋪于泥餅粘滯系數(shù)儀翻轉(zhuǎn)平臺(tái)上，將測試用的滑塊平放于泥餅上，啟動(dòng)秒表計(jì)時(shí)靜置吸附1.0min，吸附結(jié)束后啟動(dòng)電機(jī)，翻轉(zhuǎn)平臺(tái)開始緩慢翻轉(zhuǎn)，從翻轉(zhuǎn)平臺(tái)側(cè)面觀察滑塊狀態(tài)，當(dāng)滑塊出現(xiàn)位移時(shí)立刻關(guān)閉電機(jī)，根據(jù)儀器上讀數(shù)計(jì)算傾斜角，根據(jù)傾斜角的大小判定試驗(yàn)漿潤滑性能。該方法與磨阻系數(shù)降低率法類似，均可直接測定現(xiàn)場鉆井液潤滑性能（泥餅的潤滑性能），但該方法更適合鉆井現(xiàn)場使用，因?yàn)槟囡炚硿禂?shù)測定儀體積小，便于攜帶，僅需通電便能使用，使用該方法測定現(xiàn)場鉆井液潤滑性能還能夠最大限度的節(jié)約鉆井液性能檢測時(shí)間（中壓濾失量測定后的泥餅直接用于泥餅粘滯系數(shù)的測定），并且能夠最直接的體現(xiàn)出現(xiàn)場鉆井液潤滑性能。明顯的優(yōu)點(diǎn)也伴隨著最為直接的缺點(diǎn)，該方法最大的缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果平行性差，由于該方法是以目測的方法進(jìn)行測定，因此不同的人、不同的觀看角度測定出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不相同，加之每個(gè)人反應(yīng)速度不一樣，因此啟動(dòng)和停止電機(jī)所用的時(shí)間也不一樣，因此該方法不適合作為常規(guī)潤滑劑性能檢測方法。

4 抗磨試驗(yàn)機(jī)法

近幾年市面上流行極圧潤滑剤，但就目前而言極圧潤滑剤未見到明確的標(biāo)準(zhǔn)，僅有關(guān)于極圧潤滑劑原理的諸多介紹，其基本原理是高壓環(huán)境下在鉆具表面形成一層極壓膜，該膜的存在有利于降低鉆具與井壁間的摩擦，從而起到潤滑的作用。與極圧潤滑剤類似的還有抗磨潤滑劑，該潤滑劑的原理與極圧潤滑剤有類似之處，同樣是在鉆具表面形成一層膜結(jié)構(gòu)，該膜的形成不需要高壓或高溫的條件，并且抗磨潤滑劑不僅能夠在鉆具表面形成膜結(jié)構(gòu)，同樣能在鉆井液中的固相顆粒表面形成膜結(jié)構(gòu)。抗磨潤滑劑與極圧潤滑剤的檢測指標(biāo)都有膜厚度（強(qiáng)度）項(xiàng)指標(biāo)，但抗磨潤滑劑在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步具有降低鉆具損耗的作用，因此抗磨潤滑劑的性能指標(biāo)還有磨失量降低率。

針對極圧潤滑劑和抗磨潤滑劑的兩項(xiàng)檢測指標(biāo)，目前用的最多的檢測手段使用抗磨試驗(yàn)機(jī)法。該方法的原理是通過轉(zhuǎn)子與實(shí)驗(yàn)鋼柱在試驗(yàn)漿中不斷的摩擦的同時(shí)向鋼柱施加一定的壓力，隨著壓力的增加鋼珠玉轉(zhuǎn)子間的壓力持續(xù)增加，當(dāng)轉(zhuǎn)子表面的“潤滑膜”消失后轉(zhuǎn)子與鋼珠間摩擦力急劇增加，當(dāng)摩擦力增加到一定程度后儀器會(huì)自動(dòng)抱死，此時(shí)可根據(jù)轉(zhuǎn)子上施加的壓力的大小判斷潤滑劑試樣在轉(zhuǎn)子表面形成的極壓膜或潤滑膜的厚度。另一種使用方法是在轉(zhuǎn)子上施加固定的壓力值，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間后測定鋼珠質(zhì)量的損失量，以鋼珠質(zhì)量的損失量作為試樣抗磨性能優(yōu)劣的評判依據(jù)，鋼珠磨失量的大小同樣能夠反映該試樣在現(xiàn)場鉆井過程中對鉆具的保護(hù)程度（鉆具損耗程度與磨失量成反比）。就目前而言抗磨試驗(yàn)機(jī)法是唯一能夠同時(shí)測定潤滑劑試樣極壓性能和抗磨性能的方法，并且該方法檢測成本較低（每個(gè)試驗(yàn)用鋼珠成本3.0元左右，每個(gè)鋼珠可進(jìn)行8次左右實(shí)驗(yàn)）?？鼓ピ囼?yàn)機(jī)法屬于專用型儀器，僅能夠測定潤滑劑試樣的抗磨性能以及在鋼珠表面形成的潤滑膜的厚度，因此該方法最大的缺點(diǎn)是不能用于檢測潤滑劑試樣的潤滑性能。

5 四球摩擦試驗(yàn)法

該方法是目前國內(nèi)外均認(rèn)可的潤滑劑抗磨性能檢測方法，該方法主要用于機(jī)械潤滑劑性能檢測，鉆井液用潤滑劑用該方法測定的很少，僅有貝克休斯等企業(yè)在鉆井液用潤滑劑配方研發(fā)過程中用該方法驗(yàn)證潤滑劑的極壓性能。其原理是以滑動(dòng)摩擦的形式，在點(diǎn)接觸壓力下，評定潤滑劑的承載能力，包括最大無卡咬負(fù)荷PB、燒結(jié)負(fù)荷PD、綜合磨損值ZMZ等;或者進(jìn)行長時(shí)間磨損試驗(yàn)、測定摩擦力、計(jì)算摩擦系數(shù)。使用特殊附件，也可以進(jìn)行端面磨損試驗(yàn)和材料的模擬磨損試驗(yàn)。由于該方法需要特定的儀器以及電腦的配合使用，因此該方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性以及實(shí)驗(yàn)精度是毋庸置疑的，較高的精密度意味著儀器設(shè)備的購買價(jià)格以及后期的維護(hù)成本較高，另一方面是儀器體積較大，不方便搬運(yùn)，因此該方法僅適用于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)產(chǎn)品研發(fā)過程中進(jìn)行性能檢測使用。

考慮到目前用四球摩擦法進(jìn)行鉆井液用潤滑劑性能檢測時(shí)主要是檢測承載能力（極壓度）和綜合磨損值（磨失量）兩項(xiàng)指標(biāo)，而這兩項(xiàng)指標(biāo)用抗磨試驗(yàn)機(jī)法完全可以進(jìn)行檢測，兩者最大的區(qū)別僅在于實(shí)驗(yàn)過程中四球摩擦法施加壓力的精確度與數(shù)值變量更加便于控制，因此該方法測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。

6 總結(jié)

①進(jìn)行室內(nèi)鉆井液用潤滑劑性能檢測時(shí)考慮到檢測時(shí)間的長短以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性，建議選擇極壓潤滑儀法;②鉆井現(xiàn)場進(jìn)行泥漿性能檢測時(shí)從還原井下實(shí)際情況的角度出發(fā)選用泥餅粘滯系數(shù)測定法最為理想;③室內(nèi)潤滑劑配方研發(fā)及性能調(diào)整時(shí)建議選用摩阻系數(shù)測定法配合抗磨試驗(yàn)機(jī)法（若條件允許可選用四球摩擦試驗(yàn)法），多種檢測方法配合使用能夠得最為全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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