鉆井液用極壓潤滑劑JM-1的制備與應(yīng)用

陳　亮，呂忠楷

（1.中石化華東石油工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司，江蘇鎮(zhèn)江212000；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083）

鉆井液用極壓潤滑劑JM-1的制備與應(yīng)用

陳亮1，呂忠楷2

（1.中石化華東石油工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司，江蘇鎮(zhèn)江212000；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083）

陳亮等.鉆井液用極壓潤滑劑JM-1的制備與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2016，33（5）：54-57.

針對目前鉆井液常規(guī)潤滑劑極壓膜強度低、抗溫性能差、潤滑持效性差等問題，首先將植物油和含硫、磷、鉬等活性元素的有機鉬化合物反應(yīng)，合成出有機鉬減摩劑，然后將其與10#白油進(jìn)行復(fù)配，制備出了極壓潤滑劑JM-1。性能評價結(jié)果表明，JM-1加量為1.5%時，極壓潤滑系數(shù)降低率大于65%，有較高的極壓膜強度，潤滑持效性好，抗溫達(dá)150 ℃，無毒，無污染，熒光級別較低，與鉆井液體系配伍性良好，不引起鉆井液發(fā)泡。該潤滑劑在大斜度定向井腰1-1HF井和北港1井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。在腰1-1HF井使用了該潤滑劑后，水平段提升摩阻降低50%，全井起下鉆、下套管順利。北港1井后期劃眼復(fù)雜期間使用該潤滑劑，鉆井液的潤滑性能得到了明顯改善， 井眼垮塌現(xiàn)象也得到了有效抑制。

鉆井液潤滑劑；有機鉬減摩劑；大斜度井；性能評價

0　引言

近年來，隨著定向鉆井技術(shù)的推廣應(yīng)用，特別是大斜度、大位移定向井和水平井的逐漸增多，鉆井摩阻問題尤為突出，對鉆井液潤滑劑性能提出了更高的要求［1-2］。

目前，常用的潤滑劑在現(xiàn)場實際應(yīng)用中存在極壓膜強度低、潤滑持效性差、熒光級別高、抗溫性能差等問題［3-4］，難以滿足定向井高側(cè)壓力條件下的要求，尤其是大斜度、大位移定向井和水平井的需求。因此，如何解決在極高的壓力條件下，保持高效的潤滑性能是至關(guān)重要的。

有機鉬化合物作為有效的極壓減摩劑，是一種重要的潤滑脂添加劑，在潤滑劑中得到了很好的應(yīng)用， 可提高潤滑劑的耐負(fù)荷能力，顯著降低鉆柱金屬表面的摩阻［5］， 尤其在定向鉆井的高側(cè)壓條件下，得到了廣泛的應(yīng)用。以有機鉬化合物為原料［6］，與植物油、有機胺反應(yīng)生成有機鉬減摩劑主劑，再和10#白油進(jìn)行復(fù)配，制備出抗高溫、抗高壓的鉆井液用極壓潤滑劑JM-1產(chǎn)品［7］。

1　極壓潤滑劑JM-1的制備

在裝有回流冷凝器、攪拌器和滴液漏斗的四口反應(yīng)燒瓶中，依次加入定量的植物油、有機胺，在規(guī)定的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)1～4 h；反應(yīng)結(jié)束后，加入有機鉬化合物與促進(jìn)劑，在一定的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)1～4 h，脫除反應(yīng)副產(chǎn)物后，加入稀釋劑，離心分離得有機鉬減摩劑。

將定量的有機鉬減摩劑和分散劑加入基礎(chǔ)油（10#白油）中，在50～60 ℃下，充分混勻即為極壓減摩劑JM-1產(chǎn)品。

2　極壓潤滑劑JM-1性能評價

2.1潤滑性能

配制5%膨潤土漿（1#）和現(xiàn)場常用的聚合物（2#）、聚磺（3#）、正電膠（4#）鉆井液體系，加入不同量的JM-1，測定各鉆井液在120 ℃熱滾16 h后的流變性、濾失量和極壓潤滑性，結(jié)果見表1，鉆井液配方如下。

1#5%膨潤土+0.2%Na2CO3

2#5%膨潤土+0.2%Na2CO3+0.3%DS-301+ 0.5%CMC+0.2%HPH+加重劑

3#5%膨潤土+0.2%Na2CO3+0.1%NaOH+2%雙聚銨鹽+0.1%SN樹脂+0.1%KJAN+加重劑

4#5%膨潤土+0.2%Na2CO3+0.7%MMH+1.5% DFD+0.1%LV-CMC+0.5%FLO+加重劑

從表1可以看出，隨著JM-1加量的增加，鉆井液極壓潤滑系數(shù)下降明顯，加量為1.5%時，各鉆井液潤滑系數(shù)降低率大于65%，表明JM-1具有良好的潤滑效果；隨著JM-1加量的增加，鉆井液塑性黏度、動切力影響不大， 濾失量略有下降，表明JM-1 與各種鉆井液體系的配伍性良好；JM-1加入各鉆井液后，體系的密度基本不變，說明JM-1不會引起鉆井液起泡。

表1　JM-1對鉆井液流變性、濾失量及潤滑性的影響

2.2極壓性能

極壓膜強度表示潤滑劑的極壓性能，極壓膜強度越大，潤滑劑的極壓性能越強。在5%預(yù)水化膨潤土漿中，加入不同量JM-1和市購潤滑劑B，利用E-P極壓潤滑儀測定極壓膜強度，結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，與市購潤滑劑B相比，JM-1加量為1%時，極壓膜強度已超過100 MPa，表明極壓潤滑劑JM-1的極壓性能良好。

圖1　極壓膜強度隨潤滑劑加量的變化曲線

2.3潤滑持效性能

目前常用的潤滑劑剛加到鉆井液中潤滑效果較好，但經(jīng)過幾個循環(huán)周或幾天后潤滑性下降，潤滑劑的潤滑持效性差，補充量大［8］。用E-P極壓潤滑儀測定了在4類鉆井液中加入1.5%JM-1前后，不同極壓摩擦?xí)r間的潤滑系數(shù)，結(jié)果見表2。從表2可以看出，不加JM-1時，隨著極壓摩擦?xí)r間的增加，鉆井液潤滑系數(shù)不斷上升， 滑塊發(fā)熱，表明所形成的潤滑膜強度低，潤滑持效性差；加入1.5%JM-1后，鉆井液潤滑系數(shù)基本保持不變，滑塊不發(fā)熱。表明JM-1在金屬表面所形成的極壓潤滑膜強度高，潤滑持效性好。

表2　加有JM-1的鉆井液極壓摩擦不同時間的潤滑系數(shù)

2.4抗溫性能

測定加有1.5%極壓潤滑劑JM-1的不同鉆井液老化后的極壓潤滑系數(shù)，結(jié)果見表3。由表3可以看出，隨著溫度的升高，極壓潤滑系數(shù)略有上升，表明在150 ℃以內(nèi)，溫度對JM-1的潤滑效果無明顯影響，說明該產(chǎn)品具有較強的抗溫能力。

2.5與常規(guī)鉆井液潤滑劑的性能對比

用5%膨潤土漿，在常溫下對不同潤滑劑潤滑性能進(jìn)行了評價，結(jié)果見表4。從表4可以看出，JM-1在淡水鉆井液中具有良好的潤滑性能，潤滑效果明顯優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

JM-1極壓潤滑劑在張家垛油田的腰1-1HF、北港1井等大斜度井定向井、水平井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。

表3　溫度對鉆井液潤滑劑性能影響

表4　淡水鉆井液潤滑劑性能評價

3.1腰1-1HF井

腰1-1HF井是部署在金湖凹陷石港斷裂帶上升盤腰灘構(gòu)造金湖區(qū)塊的一口探井［9］，該井井眼軌跡復(fù)雜（實際井眼軌跡為直-增-降-增-降-穩(wěn)），完鉆井深為3 566 m（垂深為2 872.65 m），水平位移大，為918 m，最大井斜達(dá)88.6°，是大位移水平井，鉆柱側(cè)壓力大，摩擦力大，對鉆井液的潤滑性和極壓抗磨性能提出了嚴(yán)格的要求，鉆進(jìn)超過井深2 800 m后，提升摩阻平均在30 t左右，加入1.5 t極壓潤滑劑JM-1，提升摩阻降為15 t左右，極壓潤滑系數(shù)從0.054 9降至0.026 2。測井和下套管前適當(dāng)加大極壓潤滑劑的用量，保證了下套管和測井作業(yè)順利進(jìn)行。另外，JM-1對現(xiàn)場使用的聚胺鉆井液流變性能影響不大，濾失量稍微降低，泥餅質(zhì)量也有所改善；全烴值及熒光級別低，整個三開鉆井施工中，通過對入井極壓潤滑劑全烴值和熒光級別的密切監(jiān)測，全烴值和熒光背景值都很好地滿足了錄井要求，有利于發(fā)現(xiàn)油氣層。

3.2北港1井

北港1井也是部署在金湖凹陷石港斷裂帶上升盤腰灘構(gòu)造金湖區(qū)塊的一口探井，完鉆井深為3 871 m（垂深為2 436.54 m），水平位移為867 m。該井為27°左右定向井。北港1井鉆進(jìn)過程中使用的潤滑劑為普通潤滑劑KD-21C，測井后出現(xiàn)了阜寧段失穩(wěn)劃眼的井下復(fù)雜，損失了144 h的時間，延誤了正常的工期，增加了鉆井成本。在后期劃眼期間，及時引入了新型鉆井液極壓潤滑劑JM-1，鉆井液的潤滑性能得到了明顯改善，井眼垮塌現(xiàn)象也得到了有效抑制；縮短了鉆井周期，提高鉆井速度，降低鉆井綜合成本。

4　結(jié)論與建議

1.研制出的鉆井液極壓潤滑劑JM-1潤滑性能優(yōu)異，加量為1.5%時極壓潤滑系數(shù)降低率大于65%，可抗150 ℃高溫；極壓膜強度高，潤滑持效性好，無毒，無污染，熒光級別低。

2.極壓潤滑劑JM-1對鉆井液流變性能影響很小，不增稠，不起泡，使濾失量略有降低，具有一定的頁巖抑制作用，是一種多功能潤滑劑。

3.經(jīng)過現(xiàn)場驗證，在大斜度、大位移定向井和水平井中，極壓潤滑劑JM-1是一種高效的鉆井液處理劑，可以推廣使用。

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Development and Application of Drilling Fluid Extreme-Pressure Lubricant JM-1

CHEN Liang1， LYU Zhongkai2
（1. Drilling Fluid Technology Branch of East China Petroleum Engineering Co. Ltd.， Sinopec， Zhenjiang， Jiangsu 212000；2. China University of Geosciences （Beijing）， Beijing 100083）

Common drilling fluid lubricants have problems such as low film strengths at extreme pressure， poor stability at elevated temperatures， and short lubricity persistence in extreme conditions. An extreme pressure lubricant， JM-1， has been developed by mixing an organic molybdenum friction reducer and the 10# white oil. The organic molybdenum friction reducer was made by reacting vegetable oils with organicmolybdenum containing sulfur， phosphorus and molybdenum. The percent reduction in friction at extreme conditions was 65% at 1.5% JM-1 concentration. The evaluation showed that the film has high strength， the lubricity lasts long， and the lubricity remains stable at 150 ℃. JM-1 is non-toxic， pollution-free， and has low fluorescence. Drilling fluids treated with JM-1 do not foam. JM-1 has been tried in the highly deviated directional well Yao1-1HF， in which the friction in the horizontal section was reduced by 50%， and tripping and casing running were conducted smoothly， and well Beigang1， in which reaming was done much easier after using JM-1 treated drilling fluid.

Drilling fluid lubricant； Organic molybdenum friction reducer； Highly deviated well； Performance evaluaton

TE254.4

A

1001-5620（2016）05-0054-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.011

中石化華東石油工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司項目“極壓減摩劑在張家垛油田產(chǎn)能建設(shè)中的研究與應(yīng)用”（SG14-48X）。

陳亮， 1966年生，高級工程師，1988年畢業(yè)于南京大學(xué)地質(zhì)系找礦專業(yè)，現(xiàn)在從事油田化學(xué)的研究與應(yīng)用工作。E-mail：lpcl66@126.com。

（2016-7-1；HGF=1604N10；編輯王小娜）