一種新型水基高效液體潤滑劑性能評價及應(yīng)用

李麗，曾穎峰，劉偉，任茂，陳智暉

（1.中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽 618000；2.中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京100083；3.中國石化西南油氣分公司鉆井工程處，四川 成都 610041）

一種新型水基高效液體潤滑劑性能評價及應(yīng)用

李麗1，曾穎峰2，劉偉3，任茂1，陳智暉1

（1.中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽 618000；2.中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京100083；3.中國石化西南油氣分公司鉆井工程處，四川 成都 610041）

石油鉆探過程中需大量使用鉆井液潤滑劑降低鉆井摩阻，由于地質(zhì)和鉆井施工條件復(fù)雜，需要潤滑劑具備強潤滑性、低起泡率、強抗溫性和抗鈣污染能力等，現(xiàn)有潤滑劑存在多種性能不能同時兼顧的缺點。通過基礎(chǔ)油篩選、多功能添加劑優(yōu)選復(fù)配以及與其他添加劑一起優(yōu)選優(yōu)配出新型水基高效液體潤滑劑RIP-1。RIP-1常溫下淡水基漿老化前后潤滑系數(shù)降低率由86.3%下降到84.2%，起泡率由3.3%上升至13.3%，較其他潤滑劑綜合性能最優(yōu)；鹽水基漿老化前后潤滑系數(shù)由71.1%上升至95.3%，起泡率由11.7%上升至12%，同時抑制鹽水漿起泡；鈣離子對RIP-1潤滑效率未產(chǎn)生明顯影響，RIP-1中多種表面活性劑復(fù)配協(xié)同效應(yīng)使?jié)櫥禂?shù)變化率僅9.2%。RIP-1在川西和元壩氣藏的X8-1H井和YB272H井中進行了現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明，RIP-1能有效降低鉆柱扭矩，同時抗溫性能強，鉆井液密度應(yīng)用范圍寬，適用于陸相和海相氣藏的勘探開發(fā)要求。

液體潤滑劑；潤滑效率；現(xiàn)場應(yīng)用；水基；氣藏

0　引言

在石油鉆探過程中，需要大量使用鉆井液用潤滑劑，以降低鉆井過程中的摩擦阻力、提高鉆速和降低井下事故，從鉆井工藝著手，可通過添加合適潤滑劑來改善鉆井液潤滑性能，以達到降低鉆井摩阻的目的［1］。鉆具在井眼中的運動和井壁所產(chǎn)生的摩擦屬于混合摩擦（包括邊界摩擦、流體摩擦和干摩擦）。其中，邊界摩擦由于2個接觸面間有一極薄的潤滑膜，摩擦副的磨損不取決于潤滑劑的黏度，而與摩擦表面和潤滑劑的特性有關(guān)。處于極其復(fù)雜摩擦狀態(tài)的鉆柱對潤滑劑提出了極高的要求；如果鉆井液中含有重晶石等加重材料時，則存在磨粒磨損影響潤滑效率。針對上述問題，可主要通過功能添加劑來提高潤滑劑極壓性，增強摩擦副的表面油膜厚度來改善潤滑劑潤滑性［2-3］。

通過選擇適宜的基礎(chǔ)油，復(fù)配改性動植物油脂或合成潤滑劑、表面活性劑、其他功能添加劑，研制出一種新型水基高效液體潤滑劑RIP-1。該液體潤滑劑潤滑性優(yōu)異，起泡率低，同時能滿足160℃的工況需求，在多口氣井中進行了現(xiàn)場應(yīng)用。實鉆應(yīng)用表明，新型潤滑劑能有效降低鉆井液摩擦系數(shù)和鉆柱扭矩。

1　室內(nèi)研制

1.1基礎(chǔ)油篩選

基礎(chǔ)油作為鉆井液潤滑劑最主要成分，不僅可作為各類添加劑的載體，本身也具備潤滑作用。選擇基礎(chǔ)油的指標主要為運動黏度、閃點、芳烴含量等。通常，高黏度礦物油潤滑性能優(yōu)于低黏度礦物油，但前者乳液穩(wěn)定性差，且難調(diào)制；閃點低的基礎(chǔ)油，揮發(fā)性高，容易著火，安全性較差?；A(chǔ)油中芳烴含量越低，則產(chǎn)品的熒光級別越低，同時基礎(chǔ)油中的芳烴含量會影響傾點、苯胺點、溶解能力、氧化安定性以及添加劑感受性等方面［4-6］（見表1）。

表1　不同基礎(chǔ)油的各項性能比較

表1中列出了不同基礎(chǔ)油的各項性能指標。各類油品均為低黏度油品，綜合考慮油品的閃點和對添加劑的溶解性能，選定基礎(chǔ)油B作為RIP-1的基礎(chǔ)油。

1.2功能添加劑研制與復(fù)配

功能添加劑主要指極壓劑、油性劑和其他具有抗泡效果的添加劑等。在一定量的基礎(chǔ)油和表面活性劑中加入相同質(zhì)量分數(shù)的不同功能添加劑，配成鉆井液潤滑劑基礎(chǔ)配方。將所配的鉆井液潤滑劑按1%的添加量加入到基漿中，評價其在160℃高溫16 h老化前后的極壓潤滑性（見表2）。

表2　基漿中不同功能添加劑老化前后極壓潤滑系數(shù)值

1號和4號功能添加劑老化前后鉆井液極壓潤滑系數(shù)降低率可達95%以上。從功能添加劑的潤滑性能、與鉆井液配伍性評價2方面，選擇1號功能添加劑，該1號功能添加劑具有黏附性強、抗高溫、耐水解等特性。

將B基礎(chǔ)油、1號功能添加劑和表面活性劑優(yōu)選復(fù)配，和其他改善劑一起配制出RIP-1。

2　性能評價

2.1淡水基漿中潤滑系數(shù)測定

極壓潤滑儀可以評價潤滑劑降低扭矩的效果［7］。室內(nèi)配制淡水基漿和4%鹽水基漿。采集取樣多種國內(nèi)外常用液體潤滑劑，進行室內(nèi)性能評價（見表3）。

表3　淡水基漿潤滑性能測定

一般而言，液體潤滑劑中的表面活性劑類物質(zhì)易使鉆井液起泡，不利于鉆井液性能維護，因此鉆井液要求潤滑劑能將起泡率控制在較低水平，減少對鉆井液性能的負面影響。從多種潤滑劑在基漿中的性能測定來看，RIP-1跟其他常用潤滑劑相比，展現(xiàn)出最優(yōu)的綜合性能，不僅老化前后潤滑系數(shù)降低率高，且起泡率值低，同時對基漿的性能影響較小。

2.2鹽水基漿中潤滑系數(shù)測定

從表4中可以看出：鹽水實驗漿自身常溫下起泡率為10.0%，高溫老化后起泡率升高；鹽水漿中加入1%RIP-1后，常溫下起泡率為11.7%，而高溫老化后起泡率僅為12.0%。這顯示出RIP-1抗鹽性能優(yōu)異，同時還能抑制鹽水漿自身的起泡。2.3不同密度實驗漿潤滑性測定

室內(nèi)在不同密度聚磺實驗漿中進行潤滑性能和流變、濾失性能測定。室內(nèi)實驗基礎(chǔ)漿配方為：4%NV-1+ 0.2%MMAP+1%SMP-1+2%SMC+2%SPNH+3%FGL+重晶石，實驗條件為常溫和160℃，16 h（見表5）。

表4　鹽水基漿潤滑性能測定

表5　實驗漿性能測定

從室內(nèi)評價結(jié)果來看，3%RIP-1加量下，聚磺實驗漿密度不同，但潤滑系數(shù)降低率相似。由于RIP-1中極壓潤滑組分能優(yōu)先、充分吸附在極壓潤滑系數(shù)測定儀的摩擦副表面上，快速形成一層堅韌的邊界膜，當(dāng)大量重晶石進入摩擦界面后，對吸附邊界膜厚度和強度影響不大，因此，不同密度對RIP-1潤滑效率影響較小。

室內(nèi)結(jié)果也顯示，當(dāng)聚磺實驗漿密度不同時，實驗漿的泥餅黏附系數(shù)降低率差異顯著。因為泥餅黏附系數(shù)值直接表征泥餅的潤滑性，隨重晶石含量增加，沉積在泥餅中的重晶石顆粒增加，使泥餅變厚，韌性變差，因此，對RIP-1而言，在實際現(xiàn)場應(yīng)用中，隨著鉆井液密度增高，需要提高潤滑劑用量來抵消重晶石大量沉積對泥餅潤滑性的侵害。

2.4鈣組分對潤滑劑效率的影響

一般而言，鉆井液潤滑劑的表面活性劑鉆遇膏鹽層或地層水時，其中的二價金屬離子鈣、鎂離子易于使表面活性劑沉淀失效，從而潤滑劑乳狀液破乳。

在聚磺漿中加入0.5%CaCl2后鉆井液的潤滑系數(shù)有所增加，變化率為9.2%，說明鈣離子的存在對RIP-1的潤滑效率存在影響，但較小的潤滑系數(shù)變化率顯示出RIP-1中多種表面活性劑的復(fù)配協(xié)同效應(yīng)使RIP-1的抗鈣能力較強，該潤滑劑能應(yīng)用在某些含鹽、鈣的地層。

2.5溫度對潤滑劑效率的影響

從現(xiàn)場取回井漿樣品，井漿為聚磺漿，密度為1.55～1.56 g/cm3，在井漿中加入2.2%RIP-1，在常溫、85℃和125℃老化后，測試井漿的流變參數(shù)、濾失性和潤滑性（見表6）。

表6　潤滑劑抗溫實驗

從測試實驗數(shù)據(jù)來看，不同溫度下，測試井漿的動切適量降低，濾失量輕微上升，說明隨著溫度升高，井漿中某些處理劑性能發(fā)生變化，引起動切力和濾失量的變化，從潤滑性能來看，隨著溫度的升高，泥餅黏附系數(shù)反而下降，顯示在實驗溫度范圍內(nèi)，RIP-1保持著良好的潤滑效率，能夠適應(yīng)現(xiàn)場的比較寬的溫度變化。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

3.1X8-1H井

X8-1H井是四川盆地川西坳陷新場氣藏的一口以須二段為目的層的水平井，該井完鉆斜深5 815.00 m，最大井斜角91.20°，水平段巖性為灰白色中、細、粗粒（巖屑）石英砂巖。采用聚磺鉆井液體系，為降低施工摩阻，在水平井段應(yīng)用了RIP-1，應(yīng)用井段284.77 m。

潤滑劑現(xiàn)場應(yīng)用過程中，鉆井液密度為1.57～1.58 g/cm3。將X8-1H井與鄰井1#井（一口須二段水平井）進行潤滑性能對比。從2口井相同井段泥餅黏附系數(shù)趨勢對比圖（見圖1）可以看出，X8-1H井試驗井段泥餅黏附系數(shù)均低于鄰井1#井相同井段。

X8-1H井應(yīng)用井段鉆進和起下鉆施工過程順利。在未加入RIP-1時，起鉆摩阻120.9～137.2 kN；當(dāng)RIP-1加量1.5%時，起鉆摩阻107.8～117.6 kN，降低9.8～19.6 kN，且入井試驗井段起鉆摩阻變化不大，保持穩(wěn)定，顯示出RIP-1加入井漿后，能有效提升鉆井液的潤滑性，降低鉆井扭矩和起下鉆摩阻。

圖1　試驗井與鄰井泥餅黏附系數(shù)趨勢對比

3.2YB272H井

YB272H井是川東北巴中低緩構(gòu)造上一口以海相長興組氣藏為目的層的超深水平井，水平段完鉆垂深6 693.55 m，完鉆斜深7 580.00 m，長興組巖性為灰?guī)r。在該井五開井段造斜段進行RIP-1試驗應(yīng)用，試驗井段約853.00 m。

入井應(yīng)用期間，RIP-1提升鉆井液潤滑性能明顯。將YB272H井與鄰井進行潤滑性能對比（見圖2），可以看出YB272H井試驗井段泥餅黏附系數(shù)均低于鄰井（1#，2#，3#井）相同井段的泥餅黏附系數(shù)值。

YB272H井井底最高溫度從150℃上升至160℃，在井漿中加入新型潤滑劑后，泥餅黏附系數(shù)穩(wěn)定在0.06～0.07，試驗井段未出現(xiàn)明顯托壓、卡鉆等井下復(fù)雜情況。該井應(yīng)用井段井斜角從55.90°增大至93.10°再增大至93.80°，水平段井眼軌跡復(fù)雜，呈現(xiàn)三增兩降一臺階，垂直投影呈“W”形，垂深落差達80.00 m，水平位移1 148.52 m，最大狗腿度46.44°/100 m。新型潤滑劑應(yīng)用過程中，上提實際摩阻137.2～156.8 kN，在正常范圍內(nèi)，顯示出新型潤滑劑高井溫條件的穩(wěn)定性和潤滑性。

圖2　試驗井與鄰井泥餅黏附系數(shù)趨勢對比

4　結(jié)論

1）該新型潤滑劑具備優(yōu)良的潤滑性能，能夠有效增強鉆井液的潤滑性，降低鉆柱扭矩，同時抗溫性能優(yōu)秀?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該潤滑劑具備抗160℃的地層溫度和鉆井需求。

2）該新型潤滑劑密度和溫度適用范圍寬，能在陸相和海相氣藏中發(fā)揮高潤滑作用。

3）目前新型潤滑劑僅應(yīng)用于聚磺鉆井液體系，需開展在其他鉆井液體系中的應(yīng)用研究。

［1］胥豪，唐洪林，張曉明，等.新沙21-27H長水平段水平井鉆井實踐［J］.斷塊油氣田，2013，20（1）：111-114.

［2］蔡利山，趙素麗.井液潤滑劑潤滑能力影響因素分析與評價［J］.石油鉆探技術(shù)，2003，31（1）：44-46.

［3］周風(fēng)山，蒲春生，倪文學(xué)，等.鉆井液潤滑性的合理評價［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1999，14（1）：22-25.

［4］田相元，王相磊，曹慶和，等.小井眼卡鉆現(xiàn)象分析［J］.斷塊油氣田，2002，9（6）：79-82.

［5］吉永忠，施恩剛.改性菜籽油腳潤滑劑的初步研究［J］.鉆采工藝，1998，21（4）：70-71.

［6］王怡迪，丁磊，張艷軍，等.改性聚糖類鉆井液防塌潤滑劑的合成與評價［J］.斷塊油氣田，2013，20（1）：108-110.

［7］霍勝軍，賈萬瑾，張萍，等.一種新型鉆井液用液體潤滑劑性能研究［J］.石油鉆采工藝，2007，29（增刊1）：40-42.

（編輯付麗麗）

Performance evaluation of new water-based efficient liquid lubricant and field application

Li Li1，Zeng Yingfeng2，Liu Wei3，Ren Mao1，Chen Zhihui1（1.Engineering Technology Research Institute，Southwest Oil and Gas Company，SINOPEC，Deyang 618000，China；2.Research Institute of Petroleum and Processing，SINOPEC，Beijing 100083，China；3.Drilling Engineering Department，Southwest Oil and Gas Company，
SINOPEC，Chengdu 610041，China）

A lot of drilling fluid lubricants are used in oil drilling development to reduce friction.Because of complicated geological and drilling conditions，fluid lubricant should have strong lubrication，low foaming rate，high temperature resistance，calcium contamination resistance and so on，but now many lubricants do not have good multiple performance at the same time.RIP-1 is a new water-based efficient liquid lubricant.After and before high temperature ageing，lubricating coefficient of Water based slurry with RIP-1 decrease slightly from 86.3%to 84.2%，foaming rate has a small increase from 3.3%to 13.3%，so compared with other fluid lubricant，RIP-1 has an optimal comprehensive performance.Lubricating coefficient of salt water-based slurry with RIP-1 has increased greatly from 71.1%to 95.3%，foaming rate has a slight increase from 11.7%to 12%，and can inhibit the foam of salt water base slurry.Because of various surfactants in RIP-1，synergistic effect can ensure that RIP-1 has a calcium contamination resistance.RIP-1 has been already used in X8-1H of west Sichuan gas reservoir and YB272H of Guangyuan gas reservoir.In field application，RIP-1 can effectively reduce the drill string torque，and has a strong high temperature resistance and a wide range of application of drilling fluid density，so it can be used in marine and continental gas reservoir exploration and development.

liquid lubricant；lubricant efficiency；field application；water base；gas reservoir

中國石化集團石油工程管理部項目“元壩超深水平井高溫高壓鉆井液潤滑劑先導(dǎo)試驗”（SG11061）

TE6；TE3

A

10.6056/dkyqt201503028

2014-11-11；改回日期：2015-03-11。

李麗，女，1978年生，工程師，2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)研究生院環(huán)境工程專業(yè)，現(xiàn)從事鉆井液設(shè)計與研究。E-mail：ilovemyfamiliy@163.com。

引用格式：李麗，曾穎峰，劉偉，等.一種新型水基高效液體潤滑劑性能評價及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2015，22（3）：398-401.

Li Li，Zeng Yingfeng，Liu Wei，et al.Performance evaluation of new water-based efficient liquid lubricant and field application［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2015，22（3）：398-401.