在技术术语中，浆料是液体中固体颗粒的混合物，可以很容易地泵送。以下文章介绍了摩擦学在钻井作业中普遍存在泥浆相关磨损的应用。
NPT是非生产时间首字母的缩写词，对我们来说可能没有任何意义，但在石油和天然气工业中非常重要。NPT通常被称为金钱、思想和时间的损失。NPT是指钻井过程中由于一个或多个原因而停止作业的时间（例如管道粘附、失去循环、工具故障、天气、井筒不稳定或由于钻杆故障）。钻井操作员强调最大限度地减少NPT并最大化地增加钻井时间。长期的NPTS可能会使公司损失数十亿美元、并且会给该国经济带来损失、因为NPT导致“供不应求”的情况、燃料短缺会导致燃料价格上涨[1]。
上面提到的NPT的原因之一是钻杆故障。钻杆是一种空心厚壁钢管、是钻柱的主要部件。钻柱包括所有管材设备、如钻杆、钻铤和其他附件。钻杆占钻柱长度的90-95%。钻杆用于将钻井液从井眼向下泵入，然后从环空返回。 根据钻井深度和其他因素、钻井操作员使用各种形状、尺寸、材料、强度和重量的管杆。管道故障可能是由于扭曲、疲劳、断裂或钻井液（如氧气、二氧化碳、酸性和有机盐）中存在腐蚀抑制剂而发生的。除了这些腐蚀剂之外，有时人们还发现钻井液本身成分会导致钻杆甚至钻具的严重磨损[2][3]。
在钻井液中的应用
钻井液是指用于辅助钻井过程的液体、气体或气化液体，在石油和天然气工业中通常被称为浆料。其主要功能包括冷却和润滑钻头和钻柱，去除过多的热量，将岩石岩屑从井眼输送到地表、稳定井眼和提高穿透率。钻井液可分为气动的和液体。气动钻井液通常包括干气、雾、泡沫和气化泥浆，而液体钻井液包括清水、水基和油基泥浆。钻井泥浆通常包括水和粘土或油和粘土的组合，有时包括三者（水，油和粘土）。如果连续相是油，那么混合物称为油基泥浆，当水处于连续相时，它被称为水基泥浆[4]。
在引入实际钻杆之前，必须首先测试这些钻井泥浆的性能。 测试可以在通用摩擦计或多功能摩擦计上进行，并可以进行任何设置，例如光盘上的圆盘或针式板。泥浆添加剂的选择，如配重剂（重晶石，铁矿石，硫化铅）或泥浆稀释剂（磷酸盐，褐煤）或泥浆增稠剂（石灰，水泥）也可以通过摩擦学测试明智地进行。对于油基泥浆，在被选为油基泥浆的主要油之前，可以对矿物油、柴油、合成油进行流变学和摩擦学测试[5][6]。
下面讨论了与该主题相关的一些研究工作。
在H.R.M.Saffari及其团队的研究工作中，合成了Al，Ti，Zn和Mg元素的纳米硼酸盐颗粒作为润滑剂添加剂。结果表明，纳米润滑剂在接触面上形成保护膜（摩擦膜），显著提高了极压性能，降低了COF和磨损。[7]
J. Abdo研究了改性NATT（纳米凹凸棒土）钻井液对钻柱与井筒摩擦系数（COF）的影响。他们得出结论，钻井液中的NATT显着降低了钻柱和井筒之间的COF，从而显着改善了轴向力传递。[8]
Pixiang Lan和团队还得出结论，对于钻井液（泥浆），所有添加剂在75°C时都会降低COF。 在极端温度下，钻井液中的磨料颗粒起着至关重要的作用。[9]
为了更好地模拟钻孔中的高温环境，Pixiang Lan和团队提出了一种在高温高压环境中进行实验，在高于100°C的钻井液进行摩擦学研究的方法，从而可以抑制钻井液在高温下的蒸发。原型添加剂（添加剂A）将摩擦系数（COF）显着降低了44.8%，而商业添加剂（添加剂B）仅导致COF略微降低了4%。[10]
采用高速氧燃料（HVOF）喷涂技术制备的WC-10Co4Cr表面涂层被广泛用于提高钻井工具的防腐和耐磨性能。Xiao-yuCui及其团队在研究中提出，随着饱和盐水钻井液腐蚀性的增加，涂层的摩擦系数降低，涂层的磨损量增加。 被饱和盐钻井液腐蚀的涂层的磨损机理包括剥落、WC颗粒的剥落坑和粘附。[11]
J.M.González及其团队研究了表面活性剂添加剂（SA）及其在柴油（SB）中的溶解对用两种加权材料（赤铁矿和碳酸钙）配制的水基钻井液（WBF）的摩擦学和流变学特性的影响。已经确定，经过评估的表面活性剂添加剂可以显着降低CF，并且SA配方在CF还原方面具有优于SB的性能[12]。
在钻井液中添加小浓度的碳氢化合物添加剂对钻井液的摩擦和磨损性能显示出显着的积极影响，正如Mohammad Humood及其团队所说。结果表明， 长碳氢化合物尾部和高金属亲和力极头的液体减摩添加剂比含有二烷基二硫代氨基甲酸钼的添加剂具有更好的性能。[13]
YongZheng及其团队研究了氯化钾聚合物水基泥浆（WBM）和人工海水（KCl盐水）的摩擦学性能，并将其与参考OBM进行了比较。结果表明，通过添加少量的一些摩擦添加剂，WBM和KCL盐水的摩擦学性能都可以大幅提高到相等或更好的水平。化学表征表明，FeCl2/Fe3O4摩擦膜的形成是显著增强摩擦性能的主要原因。[14]
在压裂液中的应用
压裂是一种将大量水，沙子和化学品泵送到地下以分解岩石并释放气体的过程。该工艺广泛应用于水平钻进。沙子和水约占压裂液总成分的99.5%。添加剂覆占0.5%，通常用于润滑和防止裂缝中细菌的形成。常用的添加剂有酸、氯化物、乙二醇、氨基甲酸钠等。压裂液通过连续油管输送到岩石上。连续油管描述了用于油井干预和钻井作业的小直径钢管的连续长度[15][16]。
通过连续油管泵送压裂液会导致油管的大量磨损。高泵送率的压裂液通常会导致管壁的不均匀侵蚀[17]。以下问题也可以通过应用摩擦学知识来解决。诸如ASTM G65、干砂橡胶轮毂磨损试验等侵蚀试验可首先检查这种压裂液的特定成分对管道材料的影响。由于沙子是压裂液的主要部分，因此该测试还将允许试验不同类型的沙子以及它们在不同冲击角度下对管道表面的影响。研究表明，在较高的冲击角下，塑性变形机理更占主导地位，而在较低的冲击角下，犁地/切割机理占主导地位[18]。在泥浆侵蚀方面所做的一些工作揭示了其他磨损模式，例如侵蚀和腐蚀的组合，这些因素比单个侵蚀更严重。
在其中一项研究工作中，Chao Zheng及其团队研究了涂层在干燥和W / O压裂液条件下的磨损行为。结果表明，与未涂覆试样相比，涂布试样具有更好的耐磨性。[19]
新的摩擦计或现有摩擦计的改进版本可用于匹配这些浆料的实际流量、温度和压力。对泥浆进行计算摩擦学研究可以证明是一种更便宜的选择。润滑剂分析测试，如ICP和FTIR也可以揭示有关这些浆料的大量信息。
参考文献
