Буровой графит
- от объёма, заполните заявку
Буровой графит — порошкообразный углеродный материал, применяемый в качестве смазочной и противоизносной добавки к буровым растворам при бурении нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин. Представляет собой мелкодисперсный порошок от серебристо-серого до тёмно-серого цвета с характерным металлическим блеском и жирный на ощупь. Графит химически инертен, не растворяется в воде и большинстве кислот, устойчив к высоким температурам.
Свойства графита, определяющие его применение в бурении
Графит — природный минерал, аллотропная модификация углерода со слоистой кристаллической структурой. Именно слоистое строение обеспечивает ключевое свойство, востребованное при бурении, — низкий коэффициент трения между слоями. При механическом воздействии чешуйки графита легко скользят друг относительно друга, образуя на контактных поверхностях тонкую смазочную плёнку.
Основные физические характеристики природного графита:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность | 2,08–2,23 г/см³ |
| Твёрдость по Моосу | 1–2 |
| Температура начала окисления на воздухе | около 400 °C |
| Растворимость в воде | нерастворим |
| Электропроводность | высокая (проводник) |
Графит гидрофобен — не впитывает воду и не набухает в растворе. Это свойство позволяет частицам графита равномерно распределяться в буровом растворе, не нарушая его реологические и фильтрационные параметры.
Назначение графита в буровом растворе
Графитовый порошок вводится в состав бурового раствора как смазочная и противоприхватная добавка. Его основные функции при бурении скважин:
Снижение коэффициента трения
Графитовые частицы создают смазочную плёнку на поверхности бурильного инструмента и стенках скважины. Это уменьшает трение между бурильной колонной и горной породой, снижает крутящий момент и осевые нагрузки. Особенно актуально при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин, где контакт колонны со стенками ствола максимален.
Противоприхватное действие
Смазочная плёнка графита на поверхности бурового инструмента и обсадных труб препятствует прихвату — заклиниванию колонны в стволе скважины. Графит заполняет микронеровности контактных поверхностей, минимизируя площадь контакта металл–порода.
Антикоррозионная защита
Тонкая графитовая плёнка на металлических поверхностях бурового оборудования создаёт барьер, ограничивающий доступ агрессивных компонентов раствора к металлу. Это способствует защите бурильных труб и долота от коррозии.
Сохранение проницаемости продуктивного пласта
Графитовый порошок, проникая в трещины и поры призабойной зоны, способен кольматировать каналы, не ухудшая при этом проницаемость пласта критически, поскольку при освоении скважины легко вымывается обратным потоком.
Марки графита для бурения
В буровой практике применяется несколько марок графита. Выбор конкретной марки определяется условиями бурения, типом раствора и техническими требованиями проекта. Ниже рассмотрены марки, наиболее распространённые в нефтегазовой отрасли.
Графит литейный ГЛ-1 по ГОСТ 5279-74
Кристаллический графит ГЛ-1 — наиболее широко применяемая марка в буровых растворах. По стандарту это графит литейный, предназначенный для припыла форм и стержней в литейном производстве, однако его физико-химические свойства делают его пригодным и для бурения.
| Показатель | Норма для ГЛ-1 (ГОСТ 5279-74) |
|---|---|
| Зольность, %, не более | 13 |
| Массовая доля влаги, %, не более | 1,0 |
| Остаток на сите 016, %, не более | 40 |
ГЛ-1 совместим с буровыми растворами как на водной, так и на углеводородной основе. Не оказывает негативного влияния на реологические и фильтрационные свойства раствора. Имеет сертификат для применения в нефтяной отрасли.
Графит специальный буровой ГСБ
Марки ГСБ-1 и ГСБ-3 (графит специальный буровой) выпускаются по техническим условиям. В отличие от марок, регламентированных ГОСТ 17022-81, марки ГСБ разрабатывались целенаправленно для буровой отрасли и имеют оптимизированный гранулометрический состав для применения в скважинных условиях.
Графит смазочный марки П по ГОСТ 8295-73
Графит смазочный марки П — кристаллический графит с содержанием углерода не менее 91 %. Основное назначение по стандарту — изготовление изделий специального назначения. Ключевые характеристики:
| Показатель | Норма для марки П (ГОСТ 8295-73) |
|---|---|
| Зольность, %, не более | 7 |
| Массовая доля влаги, %, не более | 1,0 |
| Массовая доля серы, %, не более | 0,2 |
| Массовая доля углерода (С°), %, не менее | 91 |
| pH водной вытяжки | 6,0–8,2 |
Низкая зольность и высокое содержание углерода обеспечивают хорошие смазочные свойства. Нейтральный pH позволяет применять данную марку без риска нарушения кислотно-щелочного баланса бурового раствора.
Графит смазочный ГС-4 по ГОСТ 8295-73
Марка ГС-4 предназначена для изготовления консистентных смазок для высоконагруженных узлов трения (прокатные станы, рессоры). В буровой практике может применяться в составе смазочных композиций для резьбовых соединений бурильных труб. Зольность марки ГС-4 — не более 5 %, что указывает на относительно высокое содержание углерода.
Нормативная документация на графит для бурения
Основные стандарты, регламентирующие качество графитовых материалов, применяемых при бурении:
| Стандарт | Наименование | Регулируемые марки |
|---|---|---|
| ГОСТ 17022-81 | Графит. Типы, марки и общие технические требования | Все стандартные марки (ГСМ, ГАК, ГС, ГЛ, ГТ и др.) |
| ГОСТ 8295-73 | Графит смазочный. Технические условия | ГС-1, ГС-2, ГС-3, ГС-4, П |
| ГОСТ 5279-74 | Графит кристаллический литейный. Технические условия | ГЛ-1, ГЛ-2, ГЛ-3 |
Марки ГСБ (графит специальный буровой) не входят в ГОСТ 17022-81 и выпускаются по техническим условиям конкретных производителей. При закупке ГСБ необходимо запрашивать паспорт качества с указанием ТУ и фактических результатов испытаний.
Методы испытаний графитового порошка регламентированы серией стандартов ГОСТ 17818: определение зольности (ГОСТ 17818.4-90), влаги (ГОСТ 17818.1-90), гранулометрического состава (ГОСТ 17818.2-90), летучих веществ (ГОСТ 17818.3-90).
Дозировка графита в буровом растворе
Концентрация графитового порошка в буровом растворе зависит от конкретных горно-геологических условий и типа раствора. Общие рекомендации по дозировке:
| Условия применения | Рекомендуемая концентрация |
|---|---|
| Стандартные условия бурения | 5–15 кг на 1 м³ раствора |
| Повышенное трение, наклонно-направленное бурение | до 20 кг на 1 м³ раствора |
Содержание графита, как правило, не превышает 1–2 % от общего объёма раствора. Превышение рекомендуемой дозировки нецелесообразно: избыток графита может загустить раствор и затруднить его очистку. Конкретная дозировка определяется лабораторными испытаниями и регламентом бурения.
Технология ввода графита в буровой раствор
Графитовый порошок вводится в буровой раствор через воронку или гидроэжекторный смеситель при непрерывном перемешивании. Порядок работ:
Перед вводом графита проверяют исходные параметры бурового раствора: плотность, условную вязкость, показатель фильтрации, pH. Графитовый порошок засыпают в работающий смеситель равномерно, не допуская образования комков. После ввода расчётного количества раствор перемешивают не менее 1–2 циклов циркуляции. Затем повторно измеряют параметры раствора и при необходимости корректируют состав.
Графит совместим с большинством химических реагентов, применяемых при приготовлении буровых растворов на водной (РВО) и углеводородной основе (РУО). Не вступает в химическое взаимодействие с бентонитом, полимерами, утяжелителями.
Совместимость графитового порошка с буровыми растворами
Графит применяется в различных типах буровых растворов:
Растворы на водной основе (РВО)
Графитовый порошок равномерно диспергируется в водных растворах благодаря мелкому помолу и чешуйчатой форме частиц. Не влияет на показатели фильтрации и структурные свойства раствора при соблюдении рекомендуемых концентраций.
Растворы на углеводородной основе (РУО)
В инвертно-эмульсионных и безводных буровых растворах графит проявляет высокую совместимость с углеводородной дисперсионной средой. Гидрофобность графита способствует его стабильному распределению в масляной фазе.
Формы поставки графита для буровых работ
Графитовый порошок для бурения поставляется в следующих вариантах упаковки:
| Вид упаковки | Масса нетто |
|---|---|
| Многослойные бумажные мешки (НМ по ГОСТ 2226) | до 30 кг |
| Мягкие контейнеры (биг-бэги) типа МК с полиэтиленовым вкладышем | 500–1000 кг |
Транспортировка осуществляется всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах. При перевозке по железной дороге в мягких контейнерах допускается использование открытого подвижного состава.
Хранение графитового порошка
Графит хранят в заводской упаковке в сухих крытых складских помещениях, защищённых от атмосферных осадков. Материал не гигроскопичен, но при длительном хранении без упаковки может загрязняться пылью и посторонними включениями, что снижает его эффективность.
Класс опасности по степени воздействия на организм — 4 (малоопасные вещества). При работе с графитовым порошком необходимо применять средства индивидуальной защиты органов дыхания (респиратор) и зрения (защитные очки), так как мелкодисперсная графитовая пыль при высокой концентрации в воздухе способна раздражать дыхательные пути.
Критерии выбора марки графита для буровых работ
При выборе конкретной марки графитового порошка для бурения специалисту-технологу следует учитывать:
Зольность. Чем ниже зольность, тем выше содержание углерода и, соответственно, лучше смазочные свойства. Для ответственных операций (бурение горизонтальных скважин, спуск обсадных колонн) предпочтительны марки с зольностью не более 13 % (ГЛ-1, марка П).
Гранулометрический состав. Размер частиц влияет на способность графита проникать в зону контакта металл–порода. Слишком крупные частицы не пройдут в зону трения, слишком мелкие будут вымываться потоком.
Содержание влаги. Повышенная влажность порошка ведёт к комкованию и затрудняет равномерный ввод в раствор. Норма для большинства марок — не более 1 %.
Совместимость с типом раствора. Природный кристаллический графит пригоден для растворов на водной и углеводородной основе. Для специальных условий бурения рекомендуется предварительное лабораторное тестирование.
