Fann型和EP-B型潤滑儀檢測差異性分析

嚴(yán) 維

(江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北 潛江 433124)

在潤滑劑的檢測過程中發(fā)現(xiàn)，同一個樣在用Fann型潤滑儀和EP-B型潤滑儀檢測時的差異較大，經(jīng)常出現(xiàn)用Fann型潤滑儀檢測的結(jié)果不合格，但是用EP-B型潤滑儀檢測的結(jié)果合格。針對這一現(xiàn)象，收集了多個廠家的不同種類的潤滑劑，按照Q/SY 1088-2012《鉆井液用液體潤滑劑技術(shù)規(guī)范》，分別用Fann型潤滑儀和EP-B型潤滑儀檢測其潤滑性，并結(jié)合極壓膜理論[1-4]和檢測過程中的現(xiàn)象分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，以Fann型潤滑儀檢測的結(jié)果為準(zhǔn)，對EP-B型潤滑儀的檢測結(jié)果進(jìn)行校正。

1 室內(nèi)實驗

1.1 原料

本實驗用到的主要潤滑劑見表1。

表1 主要潤滑劑

注：表中的順序為以Fann型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)從大到小排序。

實驗材料：鉆井液試驗用鈉膨潤土(符合SY/T 5490-1993規(guī)定)、無水碳酸鈉(化學(xué)純)、蒸餾水(三級)。

實驗儀器：分析天平(JA12002)、變頻高速攪拌機(jī)(GJS-B12K)、極壓潤滑儀(Fann21200型)、極壓潤滑儀(EP-B型)。

1.2 摩阻系數(shù)測定方法

將摩擦塊、摩擦環(huán)及儀器上所有接觸面部位用洗滌劑和蒸餾水洗凈擦干，并將摩擦塊、摩擦環(huán)安裝到位。接通電源，開啟儀器使其在300 r/min下空轉(zhuǎn)15min，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速在70 r/min，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后關(guān)閉電機(jī)。

校正因子測定與計算：將蒸餾水倒入樣品杯中并使摩擦塊和摩擦環(huán)浸沒其中，開啟儀器空轉(zhuǎn)5min；調(diào)節(jié)扭力搬手于0位，用扭力搬手加壓至16.95 N·m并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為60 r/min，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，松開扭力搬手去掉壓力，調(diào)節(jié)儀表讀數(shù)為0；用扭力搬手加壓至16.95 N·m并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為60 r/min，儀器運轉(zhuǎn)5min，儀表讀數(shù)應(yīng)在31～37之間(偏差在±3內(nèi))，記下儀表讀數(shù)為KH2O。否則，應(yīng)將摩擦塊與摩擦環(huán)進(jìn)行磨合后重新操作直至滿足要求[5]。

樣品測定與計算：松開扭力搬手去掉壓力，關(guān)閉電機(jī)，倒去蒸餾水；擦干摩擦塊、摩擦環(huán)及儀器上所有接觸面部位；將樣品漿(或基漿)倒入樣品杯中并使摩擦塊和摩擦環(huán)浸沒其中，開啟儀器，用扭力搬手加壓至16.95 N·m并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為60 r/min，儀器運轉(zhuǎn)5min，記下儀表讀數(shù)為K(或K基)。松開扭力搬手去掉壓力，關(guān)閉電機(jī)，倒去樣品；洗凈擦干摩擦塊、摩擦環(huán)及儀器上所有接觸面部位，待水分干后涂上凡士林。

1.3 潤滑性檢測

取四個高速攪拌杯，分別加入400 mL蒸餾水、20g(精確到0.01 g)鉆井液試驗用鈉膨潤土、0.8 g(精確到0.01 g)無水碳酸鈉，在高速攪拌器上高速攪拌20min后，在24℃±3℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h；取其中兩份基漿分別加入2.0 mL(基漿的0.5%)試樣，然后與另外兩份基漿一起同時高速攪拌10min；按摩阻系數(shù)測定方法(1.2)測定基漿及加入試樣后的摩阻系數(shù)(基漿及加入試樣后的測試條件應(yīng)完全一致)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Fann型和EP-B型極壓潤滑儀檢測相同潤滑劑的實驗結(jié)果

選用不同公司的不同類型的潤滑劑1#～15#，按1.2和1.3中的實驗方法分別用Fann型和EP-B型極壓潤滑儀檢測其潤滑系數(shù)，實驗結(jié)果見表2。

表2 不同潤滑儀對1#～15#潤滑劑的檢測結(jié)果

注：表中0#為基漿，樣品加量為0.5%，KH2O為每次檢測樣品潤滑系數(shù)之前檢測蒸餾水的潤滑系數(shù)，K為基漿或樣品漿的潤滑系數(shù)。M1為EP-B型潤滑儀測得的摩阻系數(shù)，η1為EP-B型潤滑儀測得的潤滑系數(shù)降低率，M2為Fann型潤滑儀測得的摩阻系數(shù)，η2為Fann型潤滑儀測得的潤滑系數(shù)降低率。

由表2可知，以M2(Fann型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)，下同)為基準(zhǔn)，當(dāng)摩阻系數(shù)M2小于0.049或大于0.268時，兩臺儀器檢測的摩阻系數(shù)相差較??；當(dāng)摩阻系數(shù)M2在0.098至0.205之間時，兩臺潤滑儀檢測的數(shù)值相差較大，同一樣品同一加量，M2約是M1(EP-B型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù))的1.5倍；檢測蒸餾水時，兩臺儀器檢測的潤滑系數(shù)相差較小。

2.2 引起M1和M2差別的原因分析

當(dāng)潤滑劑的的摩阻系數(shù)M2小于0.05時，在檢測過程中，加壓后，摩阻系數(shù)迅速降低，并穩(wěn)定在一個較低的狹窄范圍波動，而且摩擦滑塊溫度也不會上升，清洗滑塊時發(fā)現(xiàn)潤滑儀滑塊和滑環(huán)的接觸表面上有一層完全覆蓋的黑色極壓潤滑膜。因此推測實驗過程中潤滑儀的滑塊和滑環(huán)沒有直接接觸，此時兩種儀器檢測的數(shù)值受儀器滑塊和滑環(huán)材質(zhì)的影響較小，兩種潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)較為接近。

當(dāng)潤滑劑摩阻系數(shù)M2在0.05至0.20之間時，檢測完后觀察Fann型潤滑儀的滑塊和滑環(huán)的接觸面發(fā)現(xiàn)，其滑塊和滑環(huán)的接觸表面形成的極壓潤滑膜只有斑塊狀的一層，這是由于潤滑劑的潤滑效果較差時，其在Fann型潤滑儀的滑塊和滑環(huán)上的吸附能力較小，在反復(fù)摩擦過程中，極壓膜容易從滑塊和滑環(huán)上脫落，從而形成斑塊狀的極壓膜，摩阻系數(shù)較大；觀察EP-B型潤滑儀的滑塊和滑環(huán)時發(fā)現(xiàn)其表面有一層均勻的薄薄的極壓膜，這是由于潤滑劑在EP-B型潤滑儀滑塊上的吸附力比在Fann型潤滑儀的滑塊上的吸附能力略強(qiáng)，當(dāng)反復(fù)摩擦?xí)r，極壓膜不容易從滑塊和滑環(huán)上脫落下來，但是極壓膜并不致密，所以同種潤滑劑的M2比M1大，M2/M1為1.5左右。

當(dāng)潤滑劑摩阻系數(shù)M2大于0.20時，觀察Fann型潤滑儀和EP-B型潤滑儀的滑塊和滑環(huán)的接觸表面均無極壓膜生成，摩阻系數(shù)較大，兩種儀器的檢測值較接近。

當(dāng)檢測蒸餾水的潤滑系數(shù)時，滑塊和滑環(huán)之間只有水，無極壓膜產(chǎn)生，因此兩種潤滑儀檢測的潤滑系數(shù)較為接近。

2.3 M1和M2差異的解決方案

考慮到Q/SY 1088-2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的潤滑系數(shù)降低率指標(biāo)為大于或等于80%，因此只需對Fann型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)超過這一范圍的EP-B型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)進(jìn)行校正。具體方法為：以Fann型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)M2(0.098～0.20)為縱坐標(biāo)，以EP-B型潤滑儀檢測的摩阻系數(shù)M1為橫坐標(biāo)，做XY散點圖，以y=kx函數(shù)作線性擬合得出k的值，即為校正因子，結(jié)果見圖1。

圖1 M2與M1的擬合結(jié)果

由圖1的擬合結(jié)果可知，M2與M1間的校正因子為1.53，即M2=1.53M1。

3 小結(jié)

(1)通過實驗得出，當(dāng)Fann潤滑儀檢測的潤滑劑的摩阻系數(shù)介于0.049和0.268之間時，兩種儀器的檢測結(jié)果相差較大；

(2)結(jié)合實驗現(xiàn)象分析了產(chǎn)生這一差異的主要原因為：兩種潤滑儀的滑塊和滑環(huán)的材質(zhì)不同，潤滑劑在不同潤滑儀的滑塊上的吸附能力不同，形成的極壓膜強(qiáng)度不同，導(dǎo)致檢測出的摩阻系數(shù)不同；

(3)當(dāng)M2介于0.098～0.20之間時，M2和M1存在線性關(guān)系為M2=1.53M1。