Substantiation of lubricant selection for drilling technology

The relevance of the work is caused by the need to increase the effectiveness of lubricating materials used in drilling technology. In general, their application leads to reduction in abrasive and fatigue wear of tool material, and increases the service life of drilling equipment, which is especially important for trouble-free operation and improvement of technical and economic parameters during well drilling. The aim of the research is to develop a procedure for selecting the optimal lubricant composition to improve the durability and tightness of drilling tool threaded connections by determining the thickness of the boundary layers of various lubricants at the specially designed unit. Research methods. Laboratory tests of properties (average thickness of lubricant layer, critical load, welding load, load wear index, wear indications) of various lubricating compositions were carried out at the developed test unit and using the four-ball friction machine ChMT-1. Results. The developed express method of lubricant selection according to load-carrying capacity based on the lubricating layer specific thickness calculation (the «pile» method) allows us to choose the optimum type from the lubricant compositions tested. The authors have determined the optimum percentage of additive content based on sulfur compounds added to improve the P-416 thread lubricant for pipe locking threads. The test unit developed is recommended for further preliminary studies of lubricant properties. Conclusions and recommendations. The authors have developed the express technique for optimal selection of lubricant according to its carrying capacity (technique of determining lubricant boundary thickness by the «pile» method), tested the MFA based on sulfur compounds. The research results showed that MFA additive in certain limits of the ratio to the lubricant increases the threaded connection susceptibility to loads, decreases rubbing surface wear and extends the service life of frictional elements. The authors recommend to apply the device developed for further studies of lubricant features

Obtaining drill reagents by modification of neutral-sulphite alkali phosphonic compounds

Relevance of the work is determined by the task of developing low-toxic, biodegradable and inexpensive reagents for water based drilling muds chemical treatment. In this connection, the paper considers the methods for increasing the reactivity of neutral-sulphite liquors used as the basis of such reagents. The aim of the research is to study the feasibility of using phosphonic compounds in preparation of reagents based on neutral-sulphite liquors for treatment of drilling flushing fluids in order to improve their technological parameters Research methods: instrumental methods for determining drilling fluids parameters for taxiway 39-00147001-773-2004 ([ro] is the density, RV is the relative viscosity, [ita]pl is the plastic viscosity, [tau]0 is the yield point, the SSS is the static shear stress, IF is the index filtration, pH is the index of hydrogen ions content) supplemented with neutral sulfite liquors phosphonic compounds in acid nitrilomethylenephosphonic, sodium tripolyphosphate for both separate and combined entering into composition of drilling liquid Results. It was ascertained that inclusion of phosphonic compounds in composition of drilling reagents based on the neutral-sulfite liquor allows improving quality indicators of drilling fluids, contributing to sustainability of drilling system parameters to exposure of higher downhole temperature and mineral aggression providing high-thinning ability and reducing the drilling mud filtration rate. These properties of drilling reagents, modified by phosphonic compounds, allow converting low-reaction liquors used as the basis, to the part of the advanced resource-renewable domestic raw materials. Conclusion. Investigation of physicochemical properties and characteristics of liquors of neutral-sulfite digestion showed that, in spite of the reduced reactivity, they are a very promising component for reagents obtaining, especially in conditions of increased demand for renewable raw materials sources

Substantiation of lubricant selection for drilling technology

Актуальность работы обусловлена необходимостью улучшения эксплуатационных свойств смазочных материалов, применяемых в буровой технологии. В целом их использование приводит к уменьшению абразивного и усталостного износа материала рабочих инструментов, увеличивает срок службы бурового оборудования и бурильного инструмента, что особенно важно для безаварийной работы и повышения технико-экономических показателей при бурении скважин. Цель исследования: разработать методику выбора оптимального образца смазочной композиции для повышения долговечности и герметичности резьбовых соединений бурильного инструмента путем определения толщины граничного слоя различных смазочных материалов на специально разработанном устройстве. Методы исследования. Лабораторные испытания свойств (средняя толщина граничного смазочного слоя, критическая нагрузка, нагрузка сваривания, индекс задира, показания износа) различных смазывающих композиций проведены на разработанном устройстве и четырехшариковой машине трения ЧМТ-1 (ГОСТ 32501-2013). Результаты. Разработанный экспрессный метод выбора смазочного материала по несущей способности, основанный на определении удельной толщины граничного смазочного слоя (метод «стопы»), позволяет подобрать оптимальный образец из испытуемых смазочных композиций. Проведены исследования по определению оптимального процентного содержания присадки на основе соединений серы, добавляемой с целью улучшения эксплуатационных свойств резьбовой смазки Р-416 (ТУ 301-04-020-92). Рекомендовано применение разработанного устройства для дальнейших исследований эксплуатационных свойств смазочных материалов. Выводы и рекомендации. Разработан экспрессный метод оптимального выбора смазочного материала по несущей способности (методика определения толщины граничного слоя смазки методом "стопы"), испытана присадка МФП-1 на основе сернистых соединений. Результаты испытаний показали, что присадка МФП-1, в определенных пределах соотношения к смазочному материалу, повышает устойчивость к нагрузкам, уменьшает износ трущихся поверхностей и продлевает срок службы элементов трения. Рекомендуется применение разработанного устройства для дальнейших исследований свойств смазочных материалов.The relevance of the work is caused by the need to increase the effectiveness of lubricating materials used in drilling technology. In general, their application leads to reduction in abrasive and fatigue wear of tool material, and increases the service life of drilling equipment, which is especially important for trouble-free operation and improvement of technical and economic parameters during well drilling. The aim of the research is to develop a procedure for selecting the optimal lubricant composition to improve the durability and tightness of drilling tool threaded connections by determining the thickness of the boundary layers of various lubricants at the specially designed unit. Research methods. Laboratory tests of properties (average thickness of lubricant layer, critical load, welding load, load wear index, wear indications) of various lubricating compositions were carried out at the developed test unit and using the four-ball friction machine ChMT-1. Results. The developed express method of lubricant selection according to load-carrying capacity based on the lubricating layer specific thickness calculation (the «pile» method) allows us to choose the optimum type from the lubricant compositions tested. The authors have determined the optimum percentage of additive content based on sulfur compounds added to improve the P-416 thread lubricant for pipe locking threads. The test unit developed is recommended for further preliminary studies of lubricant properties. Conclusions and recommendations. The authors have developed the express technique for optimal selection of lubricant according to its carrying capacity (technique of determining lubricant boundary thickness by the «pile» method), tested the MFA based on sulfur compounds. The research results showed that MFA additive in certain limits of the ratio to the lubricant increases the threaded connection susceptibility to loads, decreases rubbing surface wear and extends the service life of frictional elements. The authors recommend to apply the device developed for further studies of lubricant features

Obtaining drill reagents by modification of neutral-sulphite alkali phosphonic compounds

Актуальность работы обусловлена задачей создания низкотоксичных, биоразлагаемых и недорогих реагентов для химической обработки буровых промывочных жидкостей на водной основе. В связи с этим рассматриваются способы повышения реакционной способности нейтрально-сульфитных щелоков, используемых в качестве основы таких реагентов. Цель работы: исследование возможности применения фосфоновых соединений при получении реагентов на основе нейтрально-сульфитных щелоков для обработки буровых промывочных жидкостей с целью улучшения их технологических параметров. Методы исследования: инструментальные методы определения параметров буровых растворов по РД 39-00147001-773-2004 (где [ро] - плотность; УВ - условная вязкость; [эта]пл - пластическая вязкость; [тау]0 - динамическое напряжение сдвига; СНС - статическое напряжение сдвига; ПФ - показатель фильтрации; рН - показатель содержания ионов водорода) с добавками нейтрально-сульфитных щелоков, фосфоновых соединений в составе нитрилметиленфосфоновой кислоты, триполифосфата натрия как при отдельном, так и совместном их вводе в состав буровых промывочных жидкостей. Результаты. Установлено, что вовлечение фосфоновых соединений в состав реагентов на основе нейтрально-сульфитного щелока позволяет улучшать качественные характеристики технологических промывочных жидкостей, способствуя устойчивости параметров буровой системы к воздействию повышенных забойных температур и минеральной агрессии, обеспечивая высокую разжижающую способность и снижая показатель фильтрации бурового раствора. Указанные свойства буровых реагентов, модифицированных фосфоновыми соединениями, позволяют перевести низкореакционные нейтральные щелока, используемые в качестве основы, в состав перспективного ресурсовозобновляемого отечественного сырья. Вывод. Исследование физико-химических свойств и особенностей щелоков нейтрально-сульфитной варки показало, что они, несмотря на сниженную реакционную способность, являются весьма перспективным компонентом для получения реагентов, особенно в условиях повышенного спроса на возобновляемые сырьевые источники.Relevance of the work is determined by the task of developing low-toxic, biodegradable and inexpensive reagents for water based drilling muds chemical treatment. In this connection, the paper considers the methods for increasing the reactivity of neutral-sulphite liquors used as the basis of such reagents. The aim of the research is to study the feasibility of using phosphonic compounds in preparation of reagents based on neutral-sulphite liquors for treatment of drilling flushing fluids in order to improve their technological parameters Research methods: instrumental methods for determining drilling fluids parameters for taxiway 39-00147001-773-2004 ([ro] is the density, RV is the relative viscosity, [ita]pl is the plastic viscosity, [tau]0 is the yield point, the SSS is the static shear stress, IF is the index filtration, pH is the index of hydrogen ions content) supplemented with neutral sulfite liquors phosphonic compounds in acid nitrilomethylenephosphonic, sodium tripolyphosphate for both separate and combined entering into composition of drilling liquid Results. It was ascertained that inclusion of phosphonic compounds in composition of drilling reagents based on the neutral-sulfite liquor allows improving quality indicators of drilling fluids, contributing to sustainability of drilling system parameters to exposure of higher downhole temperature and mineral aggression providing high-thinning ability and reducing the drilling mud filtration rate. These properties of drilling reagents, modified by phosphonic compounds, allow converting low-reaction liquors used as the basis, to the part of the advanced resource-renewable domestic raw materials. Conclusion. Investigation of physicochemical properties and characteristics of liquors of neutral-sulfite digestion showed that, in spite of the reduced reactivity, they are a very promising component for reagents obtaining, especially in conditions of increased demand for renewable raw materials sources

Research of the sodium formate influence on thermostability of starch-containing clay drilling mud

Актуальность работы обусловлена необходимостью сохранения свойств буровых растворов, содержащих крахмальные реагенты, в условиях высокой минерализации и длительного воздействия повышенных температур. Цель: экспериментально определить температурный интервал и оптимальные концентрации эффективного применения формиата натрия в составе буровых растворов, содержащих крахмальные реагенты. Объекты: крахмалсодержащий глинистый буровой раствор с разными концентрациями натриевых солей (хлорида натрия и формиата натрия). Методы: определение фильтрационных и реологических параметров согласно ГОСТ 33213-2014 (ISO 10414-1:2008) после старения буровых растворов при повышенных температурах с использованием термоячеек; проведение опытов методом построения матрицы центрального композиционного планирования и математической обработки результатов экспериментальных данных. Результаты. Проведен сравнительный анализ свойств глинистых буровых растворов, содержащих крахмальный реагент, с использованием хлорида натрия NaCl и формиата натрия HCOONa, после длительного нахождения системы в условиях высоких температур. Показано, что природа соли оказывает значительное влияние на термостойкость крахмалсодержащего бурового раствора: хлорид натрия не обеспечивает термостабильности раствора; формиат натрия позволяет обеспечить термостойкость крахмалсодержащего бурового раствора до 140-160 °С. Получены уравнения регрессии второго порядка, описывающие зависимость показателя фильтрации и реологических параметров крахмалсодержащего глинистого бурового раствора от температуры и концентрации формиата натрия. Установлено, что термостойкость крахмального реагента при совместном применении с формиатом натрия повышается вследствие высокой растворимости соли, которая подавляет гидратацию полисахарида и, соответственно, замедляет его гидролиз при воздействии высоких температур. Выявлено, что эффективная концентрация натриевой соли муравьиной кислоты как термостабилизатора в составе крахмалсодержащего бурового раствора зависит от температуры применения системы: при низких концентрациях соли термостойкость обеспечивается в диапазоне 100-133 °С за счет хорошей активности крахмала; при высоких концентрациях соли - в диапазоне 133-160 °С - за счет низкого содержания свободной воды в системе вследствие высокой растворимости формиата натрия. Показано, что формиат натрия не предотвращает набухание глин, а наоборот, способен оказывать на них пептизирующее действие.The relevance of the work is caused by the need to preserve the properties of drilling fluids containing starchy reagents, in conditions of high salinity and prolonged exposure to elevated temperatures. The main aim of the study is to determine experimentally the temperature range and optimal concentrations of the effective use of sodium formate in drilling fluids containing starch reagents. The objects: starch-containing clay mud with different concentrations of sodium salts (sodium chloride and sodium formate). Methods: determination of filtration and rheological parameters according to GOST 33213-2014 (ISO 10414-1: 2008) after drilling fluids aging at elevated temperatures using thermal cells; conducting experiments by constructing a matrix of central compositional planning and mathematical processing of the results of experimental data. Results. The authors have carried out thecomparative analysis of the properties of clay drilling fluids containing starch reagent, using sodium chloride NaCl and sodium formate HCOONa, after a long stay of the system at high temperatures. It is shown that the nature of the salt has a significant effect on the heat resistance of starch-containing drilling fluid: sodium chloride does not provide thermostability of the solution; sodium formate allows providing heat resistance starch-containing drilling fluid to 140-160 °C. The second-order regression equations were obtained. They describe the dependence of the filtration rate and rheological parameters of starch-containing clay mud on the temperature and concentration of sodium formate. It was found that the heat resistance of starch reagent when combined with sodium formate increases due to the high solubility of the salt, which inhibits the polysaccharide hydration, and, accordingly, slows down its hydrolysis when exposed to high temperatures. It was revealed that the effective concentration of sodium salt of formic acid as a heat stabilizer in the composition of starch-containing drilling fluid depends on the temperature of application of the system: at low salt concentrations, heat resistance is ensured in the range of 100-133 °C due to good starch activity; at high salt concentrations - in the range 133-160 °C - due to the low content of free water in the system due to the high solubility of sodium formate. It was shown that sodium formate does not prevent clay swelling, but, on the contrary, is capable of exerting a peptizing effect on them