Комплексное изучение материалов алюминиевых бурильных труб

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью в использовании высококачественных материалов бурильного инструмента для поиска трудноизвлекаемых углеводородов Крайнего Севера и освоения арктического шельфа. Цель работы: совершенствование свойств материала легкосплавных бурильных труб (ЛБТ), основанное на результатах комплексного изучения серии образцов алюминиевых сплавов, включая их триботехнические испытания на машинах трения. Методы исследования: анализ процесса изнашиваний: образцов ЛБТ в контакте со стальной (45 группы прочности «D») обсадной колонной с использованием машины трения УМТ 2168 в среде промывочной жидкости и на тестере Fann; образцов ЛБТ в контакте «металл - горная порода» в среде промывочной жидкости на машине трения АИ-3М; тестирование образцов легкосплавных бурильных труб в системе «обсадная колонна - бурильная труба» в среде промывочной жидкости на машине трения ИИ-5018. Результаты. Показано, что методы, базирующиеся на установках УМТ-2168, ИИ-5018, АИ-3М и тестере Fann, позволяют моделировать процесс трения бурильных труб, изготовленных из легкого сплава, обеспечивая физическое подобие процесса трения пары «бурильная труба - обсадная колонна», «бурильная труба - горная порода» в среде различных буровых промывочных жидкостей. Проанализировано влияния применяемых в бурении растворов с полимерными и смазочными добавками на показатели триботехнических свойств различных буровых промывочных жидкостей применительно к паре трения «металл - горная порода». Рекомендовано применение методов интенсивной деформации, в частности равноканально-углового прессования, для получения ультрамелкозернистой структуры в алюминиевых сплавах с заданными физико-механическими свойствами, необходимых для улучшения триботехнических свойств и увеличения срока службы бурильных труб.

The relevance of the discussed issue is caused by the need to use high quality material of drilling and rock cutting tool for developing remote regions of the Far North and Arctic offshore. The main aim of the study is the enhancement of Light Alloy Drill Pipe material properties based on the results of the comprehensive studies of the aluminum alloy samples series, including its tribological tests on friction machines. The methods used in the research: study of light alloy drill pipe specimens wear in contact with the steel casing (45 D group) on the friction machine UMT 2168 and tester FANN in fluid medium-work-study of light alloy drill pipe specimens in contact «metal-rock» on the friction machine AI-3M in fluid medium-work-study of light alloy drill pipe specimens in «casing - drill pipe» system on the friction machine II-5018 in fluid medium. The results. The paper demonstrates that the methods based on machines UMT-2168, II-5018, AI-3M and tester FANN allow simulating friction process of drill pipe made of light alloy providing physical similarity of tribological process of «drill pipe - casing», «drill pipe - rock» pairs in various drilling fluids. The authors have studied the effect of the applied drilling fluids with lubricants and polymeric additives on performance of tribological drilling fluids properties in relation to the friction pair «metal-rock». It is recommended to apply the severe deformation technique, in particular the equal channel angular pressing, to obtain ultra-fine grain structure in aluminum alloys with the given physical and mechanical properties required to improve the tribotechnical features and increase of operating life of drill pipes.