AR 
EN 
ES 
DE 
FR 
IT 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
PL المحفوظات الشهرية: السنة المالية
اختبار تآكل الصخور باستخدام مقياس تريبيومتر نانوفا
علم الاحتكاك الصخري:اختبار كشط الصخور باستخدام مقياس الاحتكاك NANOVEA
أُعدت بواسطة
دوانجي لي ، دكتوراه
مقدمة
تتكون الصخور من حبيبات معدنية. ويحدد نوع هذه المعادن ووفرتها، بالإضافة إلى قوة الترابط الكيميائي بين الحبيبات المعدنية، الخواص الميكانيكية والترايبولوجية للصخور. اعتمادا على دورات الصخور الجيولوجية، يمكن للصخور أن تخضع للتحولات وتصنف عادة إلى ثلاثة أنواع رئيسية: النارية والرسوبية والمتحولة. تظهر هذه الصخور تركيبات معدنية وكيميائية مختلفة، ونفاذية، وأحجام جسيمات، وتساهم هذه الخصائص في تنوع مقاومتها للتآكل. يستكشف علم ترايبولوجيا الصخور سلوكيات التآكل والاحتكاك للصخور في مختلف الظروف الجيولوجية والبيئية.
أهمية اختبار الكشط الصخري
تحدث أنواع مختلفة من التآكل ضد الصخور، بما في ذلك التآكل والاحتكاك، أثناء عملية حفر الآبار، مما يؤدي إلى خسائر مباشرة وتابعة كبيرة تعزى إلى إصلاح واستبدال لقم الحفر وأدوات القطع. ولذلك، فإن دراسة قابلية الحفر، وقابلية التحمل، وقابلية القطع، وكشط الصخور أمر بالغ الأهمية في صناعات النفط والغاز والتعدين. تلعب أبحاث علم ترايبولوجيا الصخور دورًا محوريًا في اختيار استراتيجيات الحفر الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، وبالتالي تعزيز الكفاءة الشاملة والمساهمة في الحفاظ على المواد والطاقة والبيئة. بالإضافة إلى ذلك، يعد تقليل الاحتكاك السطحي مفيدًا للغاية في تقليل التفاعل بين لقمة الحفر والصخور، مما يؤدي إلى تقليل تآكل الأداة وتحسين كفاءة الحفر/القطع.
هدف القياس
في هذه الدراسة، قمنا بمحاكاة ومقارنة الخصائص الترايبولوجية لنوعين من الصخور لإظهار قدرة مقياس الاحتكاك NANOVEA T50 في قياس معامل الاحتكاك ومعدل التآكل للصخور بشكل محكم ومراقب.
نانوفيا T50 المدمج
مقياس الاحتكاك الحر
العينات
إجراء الاختبار
تم تقييم معامل الاحتكاك وCOF ومقاومة التآكل لعينتين من الصخور بواسطة مقياس Tribometer NANOVEA T50 باستخدام وحدة ارتداء Pin-on-Disc. تم استخدام كرة Al2O3 (قطرها 6 مم) كمادة مضادة. تم فحص مسار التآكل باستخدام مقياس ملف تعريف عدم الاتصال NANOVEA بعد الاختبارات. تم تلخيص معلمات الاختبار أدناه.
تم تقييم معدل التآكل، K، باستخدام الصيغة K=V/(F×s)=A/(F×n)، حيث V هو الحجم البالي، F هو الحمل الطبيعي، s هي مسافة الانزلاق، A هي مساحة المقطع العرضي لمسار التآكل، وn هو عدد الثورات. تم تقييم خشونة السطح ومسارات التآكل باستخدام مقياس التعريف البصري NANOVEA، وتم فحص مورفولوجيا مسار التآكل باستخدام المجهر الضوئي.
يرجى ملاحظة أنه تم استخدام كرة Al2O3 كمادة مضادة كمثال في هذه الدراسة. يمكن تطبيق أي مادة صلبة بأشكال مختلفة باستخدام أداة تثبيت مخصصة لمحاكاة حالة التطبيق الفعلية.
معلمات الاختبار
| عينات | الحجر الجيري والرخام |
| ارتداء نصف قطر الحلقة | 5 ملم |
| قوى طبيعية | 10 شمال |
| مدة الاختبار | 10 دقائق |
| سرعة | 100 دورة في الدقيقة |
النتائج والمناقشة
تتم مقارنة الصلابة (H) والمعامل المرن (E) لعينات الحجر الجيري والرخام في الشكل 1، وذلك باستخدام وحدة المسافة البادئة الدقيقة في جهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي. أظهرت عينة الحجر الجيري قيمًا أقل لـ H وE، حيث بلغت 0.53 و25.9 GPa، على التوالي، على عكس الرخام، الذي سجل قيم 1.07 لـ H و49.6 GPa لـ E. وقد لوحظ التباين الأعلى نسبيًا في قيم H وE في يمكن أن تعزى عينة الحجر الجيري إلى عدم تجانس سطحها بشكل أكبر، وذلك بسبب خصائصها الحبيبية والمسامية.
يظهر الشكل 2 تطور COF أثناء اختبارات التآكل لعينتي الصخور. يواجه الحجر الجيري في البداية زيادة سريعة في COF إلى حوالي 0.8 في بداية اختبار التآكل، مع الحفاظ على هذه القيمة طوال مدة الاختبار. يمكن أن يعزى هذا التغيير المفاجئ في COF إلى اختراق كرة Al2O3 في العينة الصخرية، نتيجة للتآكل السريع وعملية الخشونة التي تحدث عند وجه التلامس داخل مسار التآكل. في المقابل، تُظهر عينة الرخام زيادة ملحوظة في COF إلى قيم أعلى بعد حوالي 5 أمتار من مسافة الانزلاق، مما يدل على مقاومتها الفائقة للتآكل عند مقارنتها بالحجر الجيري.
شكل ١: مقارنة الصلابة ومعامل يونغ بين عينات الحجر الجيري والرخام.
الشكل 2: تطور معامل الاحتكاك (COF) في عينات الحجر الجيري والرخام أثناء اختبارات التآكل.
يقارن الشكل 3 الملامح المقطعية لعينات الحجر الجيري والرخام بعد اختبارات التآكل، ويلخص الجدول 1 نتائج تحليل مسار التآكل. ويبين الشكل 4 مسارات تآكل العينات تحت المجهر الضوئي. يتماشى تقييم مسار التآكل مع ملاحظة تطور COF: تظهر عينة الرخام، التي تحافظ على COF منخفض لفترة أطول، معدل تآكل أقل يبلغ 0.0046 مم مكعب / نيوتن متر، مقارنة بـ 0.0353 مم مكعب / نيوتن متر للحجر الجيري. تساهم الخصائص الميكانيكية الفائقة للرخام في مقاومة التآكل بشكل أفضل من الحجر الجيري.
الشكل 3: ملامح المقطع العرضي لمسارات التآكل.
الجدول 1: ملخص نتائج تحليل مسار التآكل.
الشكل 4: قم بارتداء المسارات تحت المجهر الضوئي.
خاتمة
تم في هذه الدراسة عرض قدرة جهاز NANOVEA Tribometer في تقييم معامل الاحتكاك ومقاومة التآكل لعينتين صخريتين، وهما الرخام والحجر الجيري، بطريقة مضبوطة ومراقبتها. تساهم الخصائص الميكانيكية الفائقة للرخام في مقاومته الاستثنائية للتآكل. هذه الخاصية تجعل من الصعب الحفر أو القطع في صناعة النفط والغاز. وعلى العكس من ذلك، فهو يزيد من عمره الافتراضي بشكل ملحوظ عند استخدامه كمادة بناء عالية الجودة، مثل بلاط الأرضيات.
توفر أجهزة قياس الاحتكاك NANOVEA إمكانات دقيقة ومتكررة لاختبار التآكل والاحتكاك، مع الالتزام بمعايير ISO وASTM في كل من الوضعين الدوراني والخطي. بالإضافة إلى ذلك، فهو يوفر وحدات اختيارية للتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية، والتشحيم، والتآكل الثلاثي، وكلها مدمجة بسلاسة في نظام واحد. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطبقات الرقيقة أو السميكة، الناعمة أو الصلبة، والأفلام، والركائز، وعلم احتكاك الصخور.
