水基和油基钻井液在金刚石-岩石接触中的摩擦学性能比较

水基和油基钻井液在金刚石-岩石接触中的摩擦学性能比较

        通常认为，与水基替代品相比，油基钻井液提供的摩擦更低。然而，这方面的明确证据仅针对钢-岩石和钢-钢接触，它们代表了钻柱与钻孔或套管之间的界面。钻孔过程中需要润滑的另一个关键界面是刀具（通常是金刚石）和岩石之间的界面。在这里，我们介绍了销盘式摩擦计实验，该实验表明正十六烷润滑的金刚石-花岗岩接触比空气和水润滑的接触具有更高的边界摩擦。使用单晶金刚石尖端在α-石英上滑动的非平衡分子动力学模拟，我们显示出与实验中相同的摩擦增加趋势，其顺序为：水 < 空气 < 正十六烷。对模拟结果的分析表明，这些系统之间的摩擦差异是由两个因素造成的：（i）金刚石尖端进入α-石英基底的压痕深度和（ii）界面结合的量。正十六烷体系的压痕深度最高，其次是空气，最后是水。这表明，与水相比，正十六烷分子降低了α-石英表面的硬度。正十六烷体系的尖端和基底之间的界面结合量最大，其次是空气和水。这是因为水分子通过形成表面羟基来钝化α-石英上界面键的潜在反应位点。对于所有系统，界面结合形成的速率随着法向应力呈指数增长。对于每个系统，平均摩擦力随着形成的界面键的平均数量线性增加。我们的研究结果表明，对于刀具-岩石界面，油基钻井液的预期摩擦学效益并不一定实现。应使用完全配制的钻井液进行进一步的实验研究，以评估其在一系列岩石类型上的摩擦学性能。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11249-023-01818-0?utm_source=xmol&utm_medium=affiliate&utm_content=meta&utm_campaign=DDCN_1_GL01_metadata