Fann型和EP-B型潤滑儀檢測差異性分析

嚴 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現，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，經常出現用Fann型潤滑儀檢測的結果不合格，但是用EP-B型潤滑儀檢測的結果合格。針對這一現象，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規范》，分別用Fann型潤滑儀和EP-B型潤滑儀檢測其潤滑性，并結合極壓膜理論[1-4]和檢測過程中的現象分析產生這一現象的原因，以Fann型潤滑儀檢測的結果為準，對EP-B型潤滑儀的檢測結果進行校正。

1 室內實驗

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規定)、無水碳酸鈉(化學純)、蒸餾水(三級)。

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

1.2 摩阻系數測定方法

將摩擦塊、摩擦環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、摩擦環安裝到位。接通電源，開啟儀器使其在300 r/min下空轉15min，然后調節轉速在70 r/min，待轉速穩定后關閉電機。

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浸沒其中，開啟儀器空轉5min；調節扭力搬手于0位，用扭力搬手加壓至16.95 N·m并調節轉速為60 r/min，待轉速穩定后，松開扭力搬手去掉壓力，調節儀表讀數為0；用扭力搬手加壓至16.95 N·m并調節轉速為60 r/min，儀器運轉5min，儀表讀數應在31～37之間(偏差在±3內)，記下儀表讀數為KH2O。否則，應將摩擦塊與摩擦環進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，關閉電機，倒去蒸餾水；擦干摩擦塊、摩擦環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浸沒其中，開啟儀器，用扭力搬手加壓至16.95 N·m并調節轉速為60 r/min，儀器運轉5min，記下儀表讀數為K(或K基)。松開扭力搬手去掉壓力，關閉電機，倒去樣品；洗凈擦干摩擦塊、摩擦環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℃下密閉養護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；按摩阻系數測定方法(1.2)測定基漿及加入試樣后的摩阻系數(基漿及加入試樣后的測試條件應完全一致)。

2 結果與討論

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，實驗結果見表2。

表2 不同潤滑儀對1#～15#潤滑劑的檢測結果

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之前檢測蒸餾水的潤滑系數，K為基漿或樣品漿的潤滑系數。M1為EP-B型潤滑儀測得的摩阻系數，η1為EP-B型潤滑儀測得的潤滑系數降低率，M2為Fann型潤滑儀測得的摩阻系數，η2為Fann型潤滑儀測得的潤滑系數降低率。

由表2可知，以M2(Fann型潤滑儀檢測的摩阻系數，下同)為基準，當摩阻系數M2小于0.049或大于0.268時，兩臺儀器檢測的摩阻系數相差較小；當摩阻系數M2在0.098至0.205之間時，兩臺潤滑儀檢測的數值相差較大，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)的1.5倍；檢測蒸餾水時，兩臺儀器檢測的潤滑系數相差較小。

2.2 引起M1和M2差別的原因分析

當潤滑劑的的摩阻系數M2小于0.05時，在檢測過程中，加壓后，摩阻系數迅速降低，并穩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，清洗滑塊時發現潤滑儀滑塊和滑環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沒有直接接觸，此時兩種儀器檢測的數值受儀器滑塊和滑環材質的影響較小，兩種潤滑儀檢測的摩阻系數較為接近。

當潤滑劑摩阻系數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的接觸面發現，其滑塊和滑環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上的吸附能力較小，在反復摩擦過程中，極壓膜容易從滑塊和滑環上脫落，從而形成斑塊狀的極壓膜，摩阻系數較大；觀察EP-B型潤滑儀的滑塊和滑環時發現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，當反復摩擦時，極壓膜不容易從滑塊和滑環上脫落下來，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。

當潤滑劑摩阻系數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的接觸表面均無極壓膜生成，摩阻系數較大，兩種儀器的檢測值較接近。

當檢測蒸餾水的潤滑系數時，滑塊和滑環之間只有水，無極壓膜產生，因此兩種潤滑儀檢測的潤滑系數較為接近。

2.3 M1和M2差異的解決方案

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

圖1 M2與M1的擬合結果

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

3 小結

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

(2)結合實驗現象分析了產生這一差異的主要原因為：兩種潤滑儀的滑塊和滑環的材質不同，潤滑劑在不同潤滑儀的滑塊上的吸附能力不同，形成的極壓膜強度不同，導致檢測出的摩阻系數不同；

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