鉆井液用無熒光植物油潤滑劑的研制與應用

郭建彬　劉　鋒　魏　云　張玉萍　馬　智（．新疆貝肯能源工程股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；．新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

鉆井液用無熒光植物油潤滑劑的研制與應用

郭建彬1劉鋒1魏云2張玉萍2馬智1
（1．新疆貝肯能源工程股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；
2．新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著克拉瑪依油田的不斷開發，鉆井技術越來越先進，鉆井助劑也日新月異，但其中的潤滑劑在現場應用過程中由于自身結構或者配伍性不強等諸多原因導致石油勘探復雜增多、投入成本增大。為保證克拉瑪依油田開采技術的持續發展，新型無熒光植物油潤滑劑的開發研究既環保，又能解決常規水基潤滑劑起泡率高、油基潤滑持效性短等問題。

植物油；潤滑劑；無熒光；鉆井液

隨著石油勘探開發技術的不斷發展，鉆井工程中面臨的復雜情況日益突出，大位移水平井﹑定向井和長裸眼深井﹑復雜結構井逐漸增多，在降低摩擦阻力和提高機械鉆速方面對鉆井液性能尤其是水基鉆井液提出了更高的要求，尤其在鉆大位移和水平井時，鉆屑在重力作用下，往往會向井眼底部聚沉，同樣鉆柱也會向底邊靠近，這樣鉆柱與井眼底部鉆屑接觸面積增大，摩阻也會大幅度增加，導致扭力過大，甚至會引起井壁不穩定﹑卡鉆等事故，嚴重時會導致無法鉆至目的層或井報廢，造成巨大的經濟損失，而目前使用的鉆井液潤滑劑主要存在著以下問題：（1）易引起鉆井液起泡；（2）容易引起鉆井液粘度﹑切力升高，不利于鉆井液現場維護；（3）超過一定時間有發酵現象；（4）抗鹽﹑抗鈣不理想；（5）潤滑劑極壓膜強度低，難以滿足定向井高側壓力條件下的要求；（6）對環境有不良影響。

1 實驗部分

表1 L9（34）正交實驗結果

1.1 主要實驗設備﹑儀器及試劑

Fann五軸高速攪拌器﹑GJ-1型高速攪拌機﹑萬用加熱爐﹑紫外分析儀﹑極壓潤滑儀﹑高溫滾子爐﹑高剪

切乳化機﹑恒溫水浴鍋。

碳酸鈉（分析純）；植物油，克拉瑪依市個體；催化劑DL-1，實驗室自制；兩親非離子表面活性劑EL-40，江蘇省海安石油化工廠；鉆井液試驗用鈉膨潤土，符合SY/T 5490；26#礦物油，克石化。

1.2 鉆井液用無熒光植物油潤滑劑的制備

表2對鉆井液模擬漿流變和失水性能的影響

稱取一定體積的植物油，在不斷攪拌下升溫至預定溫度，滴加催化劑DL-1混合均勻。轉移至三口燒瓶并置于帶攪拌裝置的恒溫水浴鍋中，一定溫度下恒溫攪拌反應一定時間。緩慢加入一定體積的26#礦物油，攪拌均勻并進行冷卻。冷卻至一定溫度后邊以一定攪拌速度攪拌邊加入兩親非離子表面活性劑EL-40得預乳液。將預乳液經高剪切乳化劑乳化完畢后制得鉆井液用無熒光植物油潤滑劑。

1.3 鉆井液基漿的配制

各基漿均高速攪拌5min，在室溫下養護24h。

潤滑劑基漿 1000mL水+40g鉆井液試驗用鈉膨潤土+3g無水碳酸鈉

淡水漿 1000mL水+40g OCMA級膨潤土+2g無水碳酸鈉

表3溫度的影響（高溫）

2 反應條件的確定

主要因素的確定：以在潤滑劑基漿中加入1%反應產物后潤滑系數降低率作為評價指標，選擇如表1所示的L9（34）正交實驗表進行了室內評價實驗。

采用極差分析法分析表1中的數據得到潤滑劑合成反應優化條件為A3B2C2D3，即反應溫度為80℃，反應時間為12h，DL-1用量為0.3%，EL-40用量為1%.其中，DL-1用量對目標產物的潤滑系數降低率影響最顯著，其后依次為恒溫溫度﹑反應時間和EL-40用量。為進一步確定產品的反應條件，又進行了以下單因素評價實驗（由于EL-40用量對實驗結果幾乎沒有影響，但實驗表明加量過大會導致泥漿起泡和成本增加，因此固定為1%即可）。

表4溫度的影響（低溫）

3 性能評價

3.1對鉆井液模擬漿流變和失水性能的影響

由表2可知多數潤滑劑對模擬井漿的流變有所影響，表現為增加了表觀粘度和塑性粘度，使得泥漿性能維護成本增高。由于成膜效應，除3#外都有一定的降濾失效果。

3.2 耐溫性實驗

3.2.1 耐高溫實驗（相應溫度熱滾16h后測定，表3）

3.2.2 耐低溫實驗（冰柜中相應溫度靜置24h后觀察，表4）

可見目前在用的潤滑劑（1#﹑2#﹑3#﹑4#﹑5#）初期潤滑效果較好，但持效性不強；耐溫效果不夠理想，高溫下容易起泡，對潤滑系數降低率產生不良影響；低溫容易出現凝析﹑分層甚至凝固的現象，在北方諸如新疆﹑東北等地區限制了潤滑劑的儲存和應用范圍；加量大，粘度上升率較大，導致泥漿體系維護困難。

4 現場應用

鉆井液用無熒光植物油潤滑劑在克拉瑪依油田的瑪22井﹑TD10504等6口直井﹑大斜度井﹑定向井進行了現場應用。以環瑪湖瑪22井為例，介紹本文所述潤滑劑的現場應用情況?，?2井是克拉瑪依的一口直井預探井，位于新疆維吾爾自治區和布克賽爾蒙古自治縣境內，設計井深3920m。目的層為：主探三疊系百口泉組（T1b），兼探三疊系克拉瑪依組（T2k）﹑侏羅系（J）。該井在下鉆過程中，二開井段（500-3580m）的T3b地層泥頁巖中，粘土礦物以伊蒙混層為主，易水化膨脹，鉆進中易發生嚴重縮徑阻卡甚至卡鉆；三開井段（3580-3920m）易塌﹑易阻卡。通過分析，該井安全鉆井的主要技術難點是：防塌﹑防卡﹑防漏。二開和三開采用鉀鈣基泥漿體系，通過加入本文所述產品合計1噸，API濾失量下降1～2mL，摩阻較小，起下鉆和完井作業正常，技術套管下入順利。現場取樣檢測鉆井液在加入潤滑劑前后熒光級別一致，加入后摩阻系數為0.042～0.066，潤滑系數為0.12～0.20. 鉆時70天，完鉆井深3880m。實踐表明，該潤滑劑對鉆井液熒光級別無影響，可有效降低摩阻﹑潤滑效果好且持效性強，減輕了鉆機負荷，并可降低鉆井液濾失量。

結語

（1）通過正交實驗并應用極差分析法，確定出鉆井液用無熒光植物油潤滑劑的適宜反應條件為：反應溫度為80℃，恒溫反應時間為12h，DL-1用量為0.3%，EL-40用量為1%。

（2）與同類產品相比較，目標產物對鉆井液的潤滑效果及其持效性具有較大優勢，且對溫度不敏感。其無熒光的特性對錄井﹑測井不會產生任何影響。

（3）目標產物在鉆井液中可作為主要潤滑材料，也兼具降濾失材料的特性，對鉆井液的流變影響較小，和其它助劑的配伍性較好。

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TE254.4

A

克拉瑪依市指導性科技項目（編號SK2014-45）的研究成果。

郭建彬，1985年生，2009年畢業于西南石油大學應用化學專業。現在一直從事油田化學工作液技術研究工作。