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

на нержавеющей2. В действительности получилось обратное явление.

Заслуживает при этом внимания тот факт, что одинако­ вое снижение абразивного износа стали .марки 36Г2С дали К2СГ2О7 и NaF.

Надо иметь в виду, что в наших системах імы имеем дело с двумя поверхностями: поверхностью металла, подвергаю­ щегося износу, и поверхностью абразива, вызывающего износ. Следовательно, одинаковый эффект— понижение твердости — в первом случае вызывает усиление износа, во втором слу­ чае— уменьшение. Конечный результат является, таким образом, алгебраической суммой обоих эффектов. Раздельное определение этих эффектов обычно представляет трудности. Однако поскольку в обоих случаях применяется один и тот же абразив и одинаковая методика определения абразивного износа, мы можем составить себе некоторые суждения о срав­ нительном эффекте на обоих образцах стали, так как при таком сравнении эффект действия на абразив сокращается. Следовательно, разность суммарных эффектов зависит толь­ ко от разности эффектов на металле. Это значит, что на менее твердой стали марки 36Г2С щелочь в меньшей степени пони­ жает твердость, чем на нержавеющей стали.

Можно было бы думать, что это вызвано различием кри­ сталлической структуры обеих сталей, и именно оно обуслов­ ливает меньший эффект понижения твердости на стали 36Г2С. Но если это так, то такое же явление должно было бы иметь место и при действии сульфанола, который является типич­ ным поверхностно-активным веществом и как понизитель твердости не должен вызывать сомнений. Но здесь мы видим, что сульфанол повышает износ именно іменее твердой стали, т. е. действует противоположно тому, как действует щелочь.

Если сопоставить три реагента NaOH, К2СГ2О7 и NaF, имеющих различную химическую природу, но с одинаковым антиабразивным эффектом, то можно высказать предположе­ ние, что и механизм их антиабразивного действия сходен. В отношении бихромата калия с наибольшей вероятностью мож­ но говорить об упрочняющем действии его на металл. Если это так, то логично предположить, что в данном случае и другие два реагента действуют упрочнительно на поверхность металла. Мы проводили данные Г. Н. Дубинина [119] и его высказывание по поводу действия веществ, адсорбирующихся на поверхности металла. Адсорбция не всегда расшатывает, ослабляет поверхностную структуру, она может также упро­

чивать ее.

Для того, чтобы выяснить, как ведут себя реагенты

2 Микротвердость определялась методом вдавливания четырехугольной пирамиды на приборе ПМТ-3 конструкции Хрущова—Берковича.

55

КгСггО? и NaF в условиях практического применения, опре­ делялись абразивные числа этих реагентов по отношению к обработанному УЩР эталону. Из данных табл. 16 и рис. 13 мы видим, что эти реагенты также проявляют антиабразивные свойства.

Т а б л и ц а 16

Изменение абразивного числа стандартной суспензии магнетита, обработанной УЩР, в зависимости от концентрации К9 Сг20 7 и NaF

промывочным жидкостям. Это вытекает из того факта, что, как было уже отмечено выше, мало данных по исследованиям аб­ разивных свойств утяжеленных растворов. Поэтому начатые нами исследования в этой области имели поисковый характер.

Определение абразивных свойств присадок проводилось по указанной методике как по отношению к стандартной маг­ нетитовой суспензии (эталону), так и по отношению к эталону, обработанному УЩР.

Объектом абразивного изнашивания служили образцымешалки, изготовленные из нержавеющей стали імарки ІХ18Н10Т.

При исследовании поверхностно-активных присадок, склонных к пенообразованию, было сделано другое важное наблюдение. Было обнаружено, что все исследованные поверх­

56

ностно-активные присадки сильно понижают абразивный износ, причем величина его уменьшалась с увеличением со­ держания воздуха в пене (определяющегося по изменению удельного веса утяжеленных промывочных систем). С другой стороны при уменьшении пенообразования абразивный износ повышался.

Таким образом, можно прийти к заключению, что величи­ на определяемого абразивного износа зависит от степени пенообразования. Если пенообразование было полностью эли­ минировано, то поверхностно-активная присадка не только не понижала абразивный износ, но, наоборот, даже повышала его.

Более близкое рассмотрение этого явления привело к следующему толкованию роли пенообразования.

При применяемом нами методе абразивного потока износ обусловлен трением между поверхностным слоем абразивного потока и поверхностью металла. Очевидно, этот износ будет зависеть от концентрации зерен в слое, приходящих в контакт с поверхностью металла. Выше было показано влияние кон­ центрации абразивных зерен на износ (ом. главу 1). При пенообразовании воздух, проникающий в систему, действует как разбавитель абразивного материала. Это должно привести к уменьшению числа контактов абразивных частиц с металлом и соответственно уменьшению абразивности. Если это так, то следует общий вывод, что вспененная абразивная среда менее агрессивна по отношению к металлу, чем в безвоздушном со­ стоянии. Однако в бурении этим благоприятным обстоятель­ ством пользоваться нельзя, ибо пенообразование приводит к понижению удельного веса, а весь смысл применения утя­ желенных растворов заключается именно в поддержании за­ данного удельного веса. Но там, где удельный вес суспензии не играет роли, явление пенообразования может быть исполь­ зовано как сильное антиабразивное средство.

, В нашей работе, посвященной исследованию абразивных свойств утяжеленных растворов, применяемых в бурении, пенообразование должно было искажать истинные антиабра­ зивные свойства присадок. Для правильной оценки последних необходимо было устранить пенообразование.

Мы располагаем эффективными пеногасящими вещест­ вами, не говоря уже о том, что ввод в суспензию, помимо присадок, других веществ мог бы затемнить действительные абразивные свойства присадок.

Однако конструкция нашего прибора путем соответствую­ щего изменения режима работы допускает определение абразивных свойств присадок в условиях полного устранения пенообразования, что контролировалось по удельному весу. Полученные в этих условиях результаты можно было считать

57

58

выражающими действительные антиабразивные свойства при­ садок.

Антиабразивные свойства присадок изучались также в условиях присутствия или отсутствия пены (табл. 17).

В качестве присадок исследовались поверхностно-актив­ ные вещества двух категорий: анионоактивные и катионоак­ тивные. Рассмотрим полученные результаты в отношении от­ дельных исследованных присадок.

Сульфанол, представляющий собой натриевую соль суль­ фированных алкилароматических углеводородов с числом углеродных атомов в боковой цепи от 12 до 14, в качестве присадок исследовался как в чистом эталоне, так и в эталоне, обработанном УЩР, в отсутствии и присутствии пены. По­ лученные экспериментальные данные приведены на кривых рис. 14—15. Из данных рис. 15 видно, что при отсутствии пены сульфанол сильно повысил абразивное число системы, доводя его (по отношению к эталону) до 163, при концентра­ ции 0,5%.

Что касается эталона, обработанного УЩР, то если в условиях пенообразования сульфанол, снизил абразивное

59