Файл: Мискарли, А. К. Влияние состава дисперсионной среды на абразивные свойства утяжеленных промывочных систем.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 31.10.2024

Просмотров: 41

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ч

Т а б л и ц а 14

 

Изменение абразивного числа стандартной суспензии магнетита, обработанной УЩР в зависимости от концентрации К2 Сг2От и NaF

Реагент

Концентр, в

жидкой

Абразивное число

 

фазе,

%

 

 

0

 

100,0

 

0,25

92,1

Бнхромат калия

0,5

 

74,6

1,0

 

71,7

 

2,0

 

71,9

 

3,0

 

52,2

 

4,0

 

44,5

 

0

 

100,0

Фтористый натрии

0,25

93,7

0,5

 

92,1

 

1,0

 

92,4

 

2,0

 

85,9

Аналогичный результат по уменьшению абразивного из­ носа суспензии магнетита в воде дают 3- и 2-замещенный фосфорнокислый натрий (ом. рис. 7).

Из рис. 7 видно, что содержание некоторых электролитов в составе дисперсионной среды утяжеленных магнетитовых систем не влияет на их абразивные свойства, т. е. величина износа совпадает с линией эталона.

Таким образоім, исследование влияния на абразивные свойства утяжеленных суспензий состава дисперсионной сре­ ды, содержащей различные химические реагенты и электро­ литы, показало, что по характеру абразивного действия изу­ ченных веществ на металл они ;могут быть разбиты на три группы (ом. рис. 7): 1) повышающие износ (нитролигнин,. КМЦ, Na-гуматы, ССБ, крахмал, ПФЛХ, квебрахо); 2) по­ нижающие износ (NaOH, Na2C03, Na2Si03, К2Сг20 7, NaF, Na3P 0 4, К2СГО4, Na2H P04 и 3) индифферентные (NaCl, CaCl2f FeCl3, Na2S20 3, Na2S04, Cr2(S04)3). К первой группе относят­ ся вещества органической природы, ко второй — неоргани­ ческой.

Из исследованных выше реагентов наибольший интерес представляет едкий натр, который играет большую самостоя­ тельную роль в определении коллоидноструктурных свойств промывочных жидкостей. Поэтому представляло интерес вы-

50


яснить, как действует щелочь в тех случаях, когда в системе имеются уже реагенты первой группы, т. е. повысители абра­ зивного износа. Произойдет ли просто нейтрализация обоих противоположных свойств или же действие щелочи проявится по-иному?

Для выяснения этого вопроса были выбраны три реагента первой группы — карбоксиметилцеллюлоза, нитролигнин и сульфид-спиртовая барда, — которыіми были обработаны стан­ дартные суспензии эталона. При этом абразивные числа по­ высились соответственно до 136 при обработке 1,0%-ным нитролигниноім, до 130 при обработке 1,0%'-ным ССБ и до 127 при обработке 1,0%-ным КМЦ (см. рис. 6). К обработан­ ным таким образом суспензиям прибавляли возрастающие количества щелочи, и каждый раз определяли абразивные числа системы.

Р и с . 9. Изменение абразивных чисел магнетитовых суспензий, обработанных реагентами—повысителямн износа при воздействии на них щелочью. 1, 2, 3 —абразивные числа суспензий, обработан­ ных соответственно нитролигнином, ССБ и КМЦ; 4 —абразивное число эталона в зависимости от концентрации NaOH; 5, 6, 7—абра­ зивные числа систем 1, 2, 3 при воздействии NaOH в зависимости

от ее концентрации.

Полученные результаты приведены на рис. 9. На этих графиках горизонтальная линия на уровне 100 изображает эталон. Выше расположенные линии 1, 2, 3 показывают уро­ вень абразивного износа, после добавки реагентов повьь сителей износа, кривая 4 говорит о понижении абра­ зивного износа от добавки щелочи к чистому эталону. Нако­ нец, кривые 5, 6j 7 показывают ход изіменения абразивных

чисел после добавки щелочи к обработанной стандартной сус­ пензии магнетита.

Нетрудно заметить, что антиабразивные свойства щелочи распространяются также на реагенты первой группы — повы­ шающие абразивный износ. Даже такой реагент, как нитро­ лигнин, давший наибольшее повышение абразивного числа, при подщелачивании снижает последнее.

Как показано на рис. 9, при содержании в стандартной суспензии магнетита 1,0%-ного нитролигнина по мере добавки NaOH абразивные числа снижаются. Так, уже при добавке 0,1%' NaOH абразивное число понизилось со 140 до 90, а при дальнейшей добавке щелочи оно дошло до 74. Кривые 5, 6, и 7 довольно близко расположены к кривой 4, характеризую­ щей действие щелочи на чистый эталон. Это значит, что анти­ абразивный эффект щелочи проявляется гораздо глубже и сильнее, чем повысительный эффект реагентов, и что здесь происходит не простая нейтрализация обоих эффектов, а скорее подавление причин повысительного действия реагентов.

На рис. 10 представлены абразивные числа імагнетитовой суспензии, стабилизированной Na-гуматами, приготовленными с различной концентрацией щелочи. Как видно, антиабразив­ ные свойства едкого натрия распространяются также на си­ стемы, стабилизированные гуматами и при обычных условиях повышающие абразивный износ.

Таким образом,

щелочность

 

 

среды является важным фак­

 

 

тором

антйабразивного

дей­

 

 

ствия. Об этом свидетельствует

 

 

также тот факт, что сходное

 

 

антиабразивное действие

ока­

 

 

зывают

щелочные

электроли­

 

 

ты—Na2C03, Na2Si03 (см. рис.

 

 

7). В связи с этим, ниже мы

 

 

остановимся на возможном ме­

 

 

ханизме

антйабразивного

дей­

 

 

ствия щелочи.

 

 

 

 

На рис. 11 приведены срав­

Р и с. 10.

Абразивные числа магне-

нительные данные

изменения

титовой

суспензии, стабилизиро­

абразивного износа утяжелен­ ванной Na-гуматамн с различным ных суспензий в зависимости от содержанием щелочи.

концентрации как Na-гуматов

(10:2), так и хромированных гуматных порошков.

Несмотря на то, что основным действующим износоповы­ шающим началом в углещелочном реагенте является гѵмат натрия, абразивное действие бихромата калия проявляется сильнее. Если при 6% концентрации хромированных порошков абразивное число утяжеленной суспензии понижается от 137

52


Р и с. 11. Изменение абразивного числа магнетитовой суспезии в зависимостн от концентрации: 1 - г у -

до 115, то уже при дальнейшем увеличении, т. е. при 10% кон­ центрации величина износа снижается до 100.

Из приведенного экспери­ ментального материала видно, что поскольку на практике при­ меняемые реагенты принадле­ жат к двум группам: повысителям и понизителям абразивного

износа, то результирующий абразивный эффект будет зави-

матного порошка

(10:2) п 2 —20%

r

„ ___ _

хромированных

Na-гуматов.

сеть от соотношения реагентов

 

 

обоих групп

в утяжеленной

буровой жидкости. Так как такое соотношение на практике имеет весьма изіменчивый характер, то іможно было сделать вывод, что реальный абразивный износ в ходе бурения будет также иметь изменчивый характер.

2. Исследование влияния различных реагентов на износ стали марки 36Г2С

Все предыдущие исследования, как было уже отмечено, проводились на нержавеющей стали ІХ18Н10Т с целью опре­

деления

чистого

абразивного

износа

при

элиминировании

170

 

 

 

 

 

 

коррозионного

 

действия.

 

 

 

 

 

 

При этом было установле­

 

 

 

 

 

 

 

но наличие

двух

катего­

 

 

 

 

 

 

 

рий реагентов: повышаю­

 

 

 

 

 

 

 

щих

абразивный

износ и

 

 

 

 

 

 

 

понижающих его.

 

 

 

 

 

 

 

 

Необходимо

было вы­

 

 

 

 

 

 

 

яснить, в какой мере най­

 

 

 

 

 

 

 

денные

 

ранее

закономер­

 

 

 

 

 

 

 

ности

для

нержавеющей

 

 

 

 

 

 

 

стали имеют место и для

 

 

 

 

 

 

 

стали,

 

применяемой

для

 

 

 

 

 

 

 

производства

 

 

бурового

 

 

 

 

 

 

 

оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В наших исследовани­

 

 

 

 

 

 

 

ях объектом, подвергав­

0,1

0,15

0,5

1,0

1,5

IP

шимся

 

 

износу,

 

служили

 

 

Концентрация

добавки, %

 

образцы-пластинки, изго­

 

 

 

 

 

 

 

товленные

из

бурильной

Р и с. 12. Изменение абразивного числа

маг- трубы марки стали 36Г2С.

нетитовой суспензии в зависимости от кон-

По

разработанной

ме-

центрации: 1—сульфанола; 2 —КМЦ,

тодике

^

были исследованы

- ---

-

ѵ -

- -

на стали

 

Я—NaOH;

4 — К.,Сг20 7,

5 —NaF

некоторые

реагенты

из

 

 

36Г2С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обоих групп,

а

 

именно:

53


:КМЦ и сульфанол из первой и едкий натр, бихромат калия и фтористый натрий из второй. Полученные результаты пред­ ставлены в табл. 15 и изображены графически на рис. 12.

Из этих данных видно, что карбоксиметилцеллюлоза и сульфанол так же, как и на нержавеющей стали, значительно повышает абразивный износ: К.МЦ при концентрации 2,0% — на 21%, а сульфанол при концентрации 0,5% — даже на 72%.

С другой стороны, реагенты второй группы — NaOH, К2СГ2О7, NaF как и на нержавеющей стали, значительно сни­ зили абразивный износ (приблизительно на 35,0%) на стали

Т а б л и ц а 15

Изменение абразивного числа стандартной суспензии магнетита (эталона) в зависимости от концентрации различных химических реагентов, содержащихся в составе дисперсионной среды

Реагент

Карбоксиметил­ целлюлоза

Едкий натрий

Сульфанол

Концентр, в жидкой фазе, %

Абразивное число,

 

; 1

Эталон

100.0

0,25

100,9

0,5

110,2

1,0

108,1

2,0

121,0

3,0

116,7

Эталон

100,0

0,1

49.7

0,25

34.7

0,5

36,6

1,0

42.8

2,0

43,0

Эталон

100,0

0,1

104.0

0,25

141.0

0,5

172.0

0,75

148.0

Реагент

Бнхромат калия

Фтористый

натрий

Концентр, в жидкой фазе, %

Абразив­ ное число

Эталон

100,0

0,1

47.4

0,25

40.4

0,5

42,0

1,0

36.2

2,0

36.2

Эталон

100,0

0,1

92,2

0,25

62,0

0,5

42,5

1,0

33.7

2,0

35.7

марки 36Г2С. Это снижение шло значительно глубже, чем на нержавеющей стали.

Особый интерес представляет щелочь, обладающая свой­ ством понижать твердость [101]. Принимая во внимание, что сталь марки 36Г2С имеет меньшую микротвердость (404 кг/мм2), чем нержавеющая (микротвердость 705 кг/мм2), следовало ожидать, что понижение абразивного износа от щелочи на стали марки 36Г2С будет менее значительно, чем

54