極性吸附鉆井液潤滑劑的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢

李公讓，王承俊

（中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000）

0 引言

隨鉆井深度不斷增加，深井、超深井、大斜度井、定向井及水平井等復(fù)雜井不斷增多，高摩阻對于水基鉆井液的潤滑性能提出了更高的要求[1-4]。高密度鉆井液導(dǎo)致鉆井液與地層壓力之間的壓差增大，砂巖區(qū)域井壁虛厚，鉆具與泥餅接觸面積增大，多種因素的作用導(dǎo)致鉆桿與井壁之間摩擦力增大，容易引起壓差卡鉆事故[5-6]。長位移水平井區(qū)域或者鉆桿扭曲會導(dǎo)致鉆桿與井壁之間的接觸面積增大，增加鉆進(jìn)過程中的摩擦力。通過加入潤滑劑能夠有效降低鉆桿與井壁之間的摩擦系數(shù)，減少2 者之間的摩擦力，降低扭矩，可以預(yù)防甚至解決壓差卡鉆事故，提高鉆井效率[7-8]。另一方面，鉆具在套管中鉆進(jìn)過程中，兩金屬面之間緊密接觸形成極壓條件，造成潤滑油層失效。加入含有極壓反應(yīng)基團(tuán)的潤滑劑在極壓條件下與金屬發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，從而形成極壓潤滑膜，增強鉆具的耐磨性[9-10]。

目前鉆井液潤滑劑種類多樣，主要有固體潤滑劑、油基潤滑劑及水基潤滑劑。水基潤滑劑按潤滑劑化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可分為聚合醇或聚醚類潤滑劑，植物油脂及其衍生物類潤滑劑，長鏈烷基葡萄糖苷類潤滑劑等。鉆井液潤滑劑結(jié)構(gòu)大量采用低極性長鏈烷基用于提供潤滑過程中的外層疏水保護(hù)膜，潤滑劑在摩擦面的吸附能力往往要依賴于其結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)種類。筆者將對具有極性吸附功能鉆井液潤滑劑的研究進(jìn)展進(jìn)行介紹，并著重對鉆具表面吸附潤滑劑及多吸附點潤滑劑方面的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期對鉆井液研究人員提供參考。

1 極性吸附鉆井液潤滑劑的研究進(jìn)展

具有極性吸附功能的潤滑劑與摩擦面的吸附形式主要有物理吸附膜、化學(xué)吸附膜及化學(xué)反應(yīng)膜。物理吸附膜成膜較弱，成膜形式是潤滑劑分子利用范德華力吸附于摩擦面，一般存在于低極性的烴類與油脂類潤滑劑的潤滑過程。能夠形成化學(xué)吸附膜的潤滑劑，其結(jié)構(gòu)中通常含有大極性的基團(tuán)，例如羥基、氨基、羧基等，其形成潤滑膜的強度較物理吸附膜高?；瘜W(xué)反應(yīng)膜形成于極壓潤滑劑的潤滑過程中，主要是利用潤滑劑結(jié)構(gòu)中的極壓潤滑基團(tuán)與金屬在極壓條件下發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，從而在表面形成牢固的吸附膜[11-13]。

1.1 烷基醇醚類潤滑劑

烷基醇醚類化合物是由醇類化合物與環(huán)氧化物縮合反應(yīng)得到，其結(jié)構(gòu)中不僅包含疏水性的長鏈烷基，同時還有一組親水性的極性基團(tuán)多元醇或多醚結(jié)構(gòu)。目前，在鉆井液潤滑劑的研究方面，烷基醇醚類化合物利用其親水、親油結(jié)構(gòu)通常用作乳化劑。由于常見的潤滑基礎(chǔ)油白油、植物油及礦物油難以與水混溶，限制了它們在水基鉆井液中的使用。采用醇醚類乳化劑與潤滑基礎(chǔ)油進(jìn)行復(fù)配，使?jié)櫥湍軌蛞匀橐旱男螒B(tài)在水中分散，并根據(jù)需要加入極壓劑、固體抗磨劑等助劑與潤滑油進(jìn)行復(fù)配，以提高潤滑劑的極壓潤滑性和抗磨性，形成復(fù)配型鉆井液潤滑劑。利用這一思路，李小瑞[14]等人采用烷基醇醚結(jié)構(gòu)的非離子表面活性劑XP-1 作為乳化劑與廢棄植物油脂復(fù)配，并加入非硫磷有機硼酸酯極壓劑YJP-1 與油溶性熒光屏蔽劑YP-1，對潤滑劑進(jìn)行改性，最終形成高性能環(huán)保型鉆井液潤滑劑HPRH。HPRH 的潤滑性能優(yōu)于國內(nèi)外同類型潤滑劑。在HPRH 加量為0.5%時，潤滑劑在淡水基漿與鹽水漿中的潤滑系數(shù)降低率分別達(dá)到93.75%與80.64%，同時潤滑劑能夠抗溫160 ℃，起泡率低，抗磨效果顯著，潤滑持效性好，與現(xiàn)場常用復(fù)合潤滑劑相比，HPRH 潤滑性能突出，潤滑持效性良好，能夠節(jié)約用量，并且有效避免了托壓、卡鉆等井下復(fù)雜事故，起到了顯著的降本增效作用。劉云峰[15]等人利用常見的烷基醇醚類化合物司盤80 組合變性酒精形成乳化劑，與MVO-3 改性植物油復(fù)配，并加入改性石墨和分散劑PMA、CMC 形成潤滑劑SDL-1。淡水基漿與鹽水漿中分別加入0.5%SDL-1時，其潤滑系數(shù)降低率分別達(dá)到了85%與70%以上。SDL-1 與現(xiàn)場鉆井液的配伍性良好，抗溫能夠達(dá)到150 ℃，起泡率低，熒光級別小。

烷基醇醚類化合物是一種非離子表面活性劑，自身作為潤滑劑時，具有非常明顯的“濁點效應(yīng)”[16-17]。利用這一特性，烷基醇醚類化合物可以在高于濁點溫度時形成一種類似于油滴的疏水液體，黏附在井壁與鉆具表面，從而改善鉆井液體系的潤滑性能。因此醇醚類潤滑劑的潤滑效果受溫度影響較大。然而，烷基醇醚類潤滑劑結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)醚或羥基極性較弱，在摩擦表面的吸附能力較弱。同時，醇醚結(jié)構(gòu)容易被降解，一般烷基醇醚類化合物使用溫度不超過120 ℃。目前，文獻(xiàn)報道的具有醇醚結(jié)構(gòu)的鉆井液潤滑劑有以下3 種。許明標(biāo)[18]等人報道的一種天然物質(zhì)與烷氧基化合物縮合而成的多元醇醚潤滑劑，其具有優(yōu)良的抗鹽性，加量2%時，在淡水基漿中的潤滑系數(shù)降低率能夠達(dá)到97.06%，在15%鹽水基漿以及海水鉆井液中的潤滑系數(shù)降低率分別能夠維持在71.83%、71.43%，耐溫120 ℃。另一方面，作為醇醚類非離子表面活性劑，潤滑劑的濁點效應(yīng)非常明顯，潤滑系數(shù)降低率隨溫度升高持續(xù)上升，在30～60 ℃內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的潤滑效果。其次是呂開河等人[19]報道的聚醚多元醇潤滑劑SYT-2，其潤滑性能優(yōu)異，在加量1%時，潤滑系數(shù)降低率達(dá)到93%。潤滑劑具有一定的抗鹽性，在4%鹽水基漿中潤滑系數(shù)降低率略有降低，但仍然維持在72.9%。潤滑劑能夠耐溫120 ℃，不起泡，生物毒性低，易生物降解，并成功用于降低長位移水平井的扭矩與起下鉆阻力。肖穩(wěn)發(fā)等人[20]研制的脂肪醇醚磷酸酯（AEP）潤滑劑，具有優(yōu)異的潤滑性能、井眼清潔、保護(hù)儲層、抗海水侵污能力以及環(huán)境保護(hù)性質(zhì)，潤滑劑已經(jīng)被成功用于海上鉆井。

1.2 植物油脂類潤滑劑

植物油對環(huán)境毒性低，能夠被環(huán)境所降解，來源豐富且可再生。其結(jié)構(gòu)中的極性酯基能夠使?jié)櫥瑒┪接谀Σ帘砻?。采用低成本的廢棄植物油或油脂工業(yè)下腳料來制備植物油基鉆井液潤滑劑不僅可以節(jié)約成本，提供持續(xù)可再生的鉆井液潤滑劑制備的原料來源，而且能夠緩解廢棄油脂給環(huán)境污染帶來的壓力，減少植物油脂后處理帶來的損耗。因此，最直接的植物油脂基潤滑劑的構(gòu)建策略是在水分散能力低的植物油中混入乳化劑、極壓劑、消泡劑等助劑，復(fù)配形成的潤滑劑在兼顧植物油脂潤滑性能的同時，具有非常優(yōu)良的環(huán)境相容性以及環(huán)境可降解度。夏小春等人[21]采用易降解、生物相容性好的植物油脂為內(nèi)相，低凝固點的多元醇水溶液為外相，以聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯/失水山梨醇三油酸酯為復(fù)合乳化劑，制備出環(huán)保潤滑劑GreenLube。GreenLube 潤滑劑易生物降解，無毒，96 h 半致死濃度LC50高達(dá)35 981 mg/L，達(dá)到了I級海域排放標(biāo)準(zhǔn)，BOD5/COD值為0.95，說明該潤滑劑具備良好的生物降解性能，在現(xiàn)場應(yīng)用中，加入該潤滑劑后，泥餅?zāi)Σ料禂?shù)以及鉆具扭矩均得到顯著降低。

單純的植物油酯類化合物水溶性太低，熱穩(wěn)定性仍有待提升。一方面，其結(jié)構(gòu)中的酯基容易在高溫堿性硅酸鹽、鈣基等高pH 值體系中被分解皂化，形成的長鏈烷基羧酸鹽容易使鉆井液起泡；另一方面，植物油烷基鏈結(jié)構(gòu)中的不飽和雙鍵容易在光照、高溫及酶促反應(yīng)下被氧化斷鍵，從而造成植物油降解。這2 方面的協(xié)同作用直接降低了植物油的抗溫、抗氧化能力，使?jié)櫥瑒┑臐櫥Ч痪邆涑中?。從另一個角度，植物油脂中含有的高反應(yīng)活性酯基及活潑雙鍵也給植物油脂的進(jìn)一步改性提供了反應(yīng)修飾可能性。在這一方面，酯基容易發(fā)生酯交換反應(yīng)與氨解反應(yīng)，雙鍵容易被硫或氯加成。多個修飾位點以及多種反應(yīng)形式使植物油脂的改性具有非常大的靈活度，結(jié)合植物油脂價廉易得，種類多樣，環(huán)保的特點，多種基于植物油改性的鉆井液潤滑劑產(chǎn)品被研究開發(fā)出來并成功用于現(xiàn)場鉆井潤滑。

目前常見的植物油改性的方式是酯交換反應(yīng)，采用醇類化合物取代植物油脂中的甘油，形成脂肪酸酯類化合物。劉娜娜等人[22]采用二乙二醇通過酯交換反應(yīng)醇解地溝油酯，得到潤滑劑雙脂肪酸二乙二醇酯。再對潤滑劑進(jìn)行輕度硫化并添加石墨與油溶性樹脂進(jìn)行復(fù)配，潤滑劑的潤滑系數(shù)降低率持續(xù)上升，得到最終潤滑劑配方。潤滑劑具有優(yōu)異的潤滑性能，不起泡，耐溫200 ℃，能夠在海水基漿及高密度鉆井液中有效潤滑。陳馥等人[23]采用植物油脂下游產(chǎn)物脂肪酸與多羥基醇酯化得到合成酯類潤滑劑HCZ，其在較低加量下，具有較高的潤滑效果，且具有耐高溫，抗鹽效果，對環(huán)境所產(chǎn)生的負(fù)面影響小，與聚合物、有機鹽、聚磺鉆井液體系的配伍性良好，滿足現(xiàn)場鉆井應(yīng)用需要。

天然植物油脂或者合成酯結(jié)構(gòu)中的酯基極性較弱，其酯基提供的吸附能力仍然有待提升。采用胺類化合物對油脂進(jìn)行氨解具有眾多的應(yīng)用優(yōu)勢。首先是反應(yīng)活性，氨基的親核性較強，氨解所需的胺類原料相較于酯交換反應(yīng)較少，反應(yīng)條件更為溫和。其次是熱穩(wěn)定性與環(huán)保效果，氨解植物油脂所得產(chǎn)物的連接方式是酰胺鍵，其耐高溫能力要遠(yuǎn)優(yōu)于酯鍵，同時，植物油酰胺結(jié)構(gòu)中包含植物油酸片段以及類似于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的“肽鍵”片段，潤滑劑分子具有優(yōu)異的生物相容性以及生物可降解度。最后，酰胺化后引入酰胺鍵與氨基可提高潤滑劑極性基團(tuán)與摩擦面的吸附能力，有利于潤滑劑形成牢固潤滑保護(hù)膜，同時，氨基的引入也為進(jìn)一步地功能化修飾提供了反應(yīng)位點，使?jié)櫥瑒┓肿拥臉?gòu)建更具有靈活度。目前，基于植物油酰胺結(jié)構(gòu)的潤滑劑已經(jīng)得到了廣泛的報道。例如，逯貴廣等人[24]采用聚醚胺與油酸酰胺化反應(yīng)得到的雙油酰聚醚胺潤滑劑NH-HPL。這一潤滑劑具有非常獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，潤滑劑分子中含有大量親水性的醚鍵，使?jié)櫥瑒┚哂袃?yōu)良的水分散能力。潤滑劑結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)醚鍵與酰胺鍵，能夠使?jié)櫥瑒├喂涛接阢@具以及井壁表面，尤其是酰胺鍵，具有在金屬表面形成誘導(dǎo)偶極，并依托自身永久偶極的性質(zhì)，形成牢固的吸附。最后，分子結(jié)構(gòu)中的醚和酰胺容易形成分子間氫鍵，使?jié)櫥瑒┪接谀Σ撩婧竽軌蛐纬筛鼮橹旅艿臐櫥?。在實際性能評價中，向淡水基漿中加量1%潤滑劑，潤滑系數(shù)降低率達(dá)到了92%，并且潤滑劑能夠耐溫160 ℃，具有不起泡，配伍性好的優(yōu)點。張文等人[25]采用四乙烯五胺來氨解植物油脂，形成雙油酰多胺后，再用低碳酸對殘余氨基進(jìn)行再次酰胺化，從而構(gòu)建乳液型鉆井液潤滑劑。這種多酰胺結(jié)構(gòu)的潤滑劑能夠牢固地吸附于金屬鉆桿表面，從而降低鉆具與井壁之間的摩擦，展現(xiàn)出非常優(yōu)良的潤滑功能，在淡水基漿中加量0.5%后，潤滑系數(shù)降低率達(dá)到87.9%，能夠耐溫170 ℃以上，并且具有良好的耐鹽性能。將皂化后的蓖麻油與醇胺反應(yīng)，再與硼酸形成油酸酰胺硼酸酯，從而使?jié)櫥瑒┚哂袃?yōu)良的極壓潤滑性能。又如王琳等人[6，26]以具有雙鍵結(jié)構(gòu)的長鏈脂肪酸與多元醇通過酯化反應(yīng)制備出含有不飽和雙鍵的大分子酯，進(jìn)一步通過化學(xué)反應(yīng)在大分子酯結(jié)構(gòu)上修飾具有極壓抗摩能力的基團(tuán)，加入復(fù)合乳化劑、消泡劑等助劑與之復(fù)配，制得深棕紅色高密度鉆井液用極壓潤滑劑SMJH-1。SMJH-1 在不同密度的鉆井液中均保持良好的潤滑效果，抗鹽達(dá)到30%，抗溫高達(dá)180℃。SMJH-1 能夠利用物理化學(xué)吸附作用聚集于鉆具表面，分子內(nèi)的碳?xì)滏溚ㄟ^側(cè)向黏附力在金屬表面形成固態(tài)膜，增強鉆具表面的疏水性，降低摩擦阻力。

1.3 長鏈烷基葡萄糖苷類潤滑劑

長鏈烷基糖苷類潤滑劑最早被開發(fā)出來用作非離子表面活性劑，由于化合物含有葡萄糖結(jié)構(gòu)，這類化合物最顯著的特征是可降解。長鏈烷基葡萄糖苷的合成方法主要有轉(zhuǎn)糖苷法，直接苷化法，Koenigs-Knorr 法，酶催化法，醇解法等[27]。作為一種非離子表面活性劑，長鏈烷基葡萄糖苷結(jié)構(gòu)中固然含有一個長鏈烷基，其另一端糖環(huán)結(jié)構(gòu)上富含的極性多羥基結(jié)構(gòu)不僅為長鏈烷基葡萄糖苷提供了足夠的極性吸附能力，而且也提高了烷基糖苷的可修飾性。作為一種具有親膚、無毒、易降解優(yōu)點的表面活性劑，長鏈烷基葡萄糖苷已經(jīng)在清潔劑、化妝品、食品、紡織、涂料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[28]。長鏈烷基葡萄糖苷結(jié)構(gòu)上含有多個極性親水基團(tuán)羥基，通過半透膜效應(yīng)，降滲透作用，去水化作用，封堵作用展現(xiàn)出優(yōu)良的抑制防塌能力。而多羥基結(jié)構(gòu)的存在也使長鏈烷基葡萄糖苷可修飾性增強，通常引入季銨鹽，聚醚胺、磺基等基團(tuán)可以進(jìn)一步強化糖苷的親水能力以及抑制防塌性能[29]。另一方面，長鏈烷基葡萄糖苷中的多羥基結(jié)構(gòu)以及極性基團(tuán)修飾產(chǎn)物所提供的強極性環(huán)境可以進(jìn)一步提升其在摩擦面的吸附能力，從而可以用于鉆具與井壁之間的摩擦。針對高pH 值鉆井液體系（甲基硅酸鉀體系），Pober K W 等人[30]設(shè)計了一種耐堿的長鏈烷基糖苷潤滑劑，潤滑劑和脂肪醇復(fù)配后形成的潤滑劑組合物能夠在高pH 值（4～7）鉆井液體系中發(fā)揮良好的潤滑效果，避免了常規(guī)潤滑劑在高pH值環(huán)境下因水解而導(dǎo)致潤滑性能減弱的問題。Albrecht M S 等人[31]將十六烷基糖苷與脂肪醇聚醚、淀粉復(fù)配后形成潤滑劑，并成功用于硅酸鹽鉆井液體系中的潤滑。司西強等人[32]研制的烷基糖苷類潤滑劑—聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）具有較好的潤滑效果，加量3%時，在鉆井液中的極壓潤滑系數(shù)低至0.041。研究表明，聚醚胺基烷基糖苷具有優(yōu)良的抑制性、降濾失性、抗鹽抗鈣以及儲層保護(hù)性能。陽離子長鏈烷基葡萄糖苷自身帶有正電性，在井壁通過靜電吸附成膜，嵌層去水，降低水活度，在增強潤滑效果的同時具有優(yōu)良的抑制防塌能力[33]。

1.4 極壓潤滑劑

極壓潤滑劑是最典型的極性吸附功能的潤滑劑。極壓潤滑劑是一類含有氯、磷酸酯、硼酸酯、硫等極壓反應(yīng)基團(tuán)的潤滑劑，這一類潤滑劑能夠在極壓條件下以化學(xué)鍵合的形式吸附于金屬表面，形成潤滑保護(hù)膜，從而減少金屬器件之間因機械擠壓造成的黏合劑磨損以及潤滑油層失效，并阻止器件之間的摩擦磨損。

二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）作為一種重要極壓抗磨劑，用作潤滑酯、齒輪油以及機油的抗磨添加劑。這種潤滑油添加劑可能的作用機理是ZDDP 受熱分解后，在摩擦表面自組裝形成一層交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機金屬磷酸鹽。Chang Z Y 等人[34]嘗試將ZDDP 作為添加劑與其它鉆井液潤滑劑（包括脂肪酸酯，植物油，聚α 烯烴，石墨，硫化烯烴等）混合后，并將混合后的潤滑劑加入到硅酸鹽鉆井液體系中，研究發(fā)現(xiàn)混合ZDDP 后，潤滑劑的極壓抗磨性能得到顯著提升。機理研究表明，ZDDP 能夠在鉆桿形成一層抗壓、抗剪切、具有一定韌性的化學(xué)反應(yīng)膜，從而產(chǎn)生極壓潤滑效果。另一方面，鑒于ZDDP 優(yōu)良的極壓潤滑效果同時整體結(jié)構(gòu)水溶性低的問題，羅春芝等人[35]開發(fā)了一種類似于ZDDP 結(jié)構(gòu)的水基鉆井液極壓潤滑劑烷基聚氧乙烯醚硫代磷酸鋅XCR，由于親水基團(tuán)聚氧乙烯醚的引入，該潤滑劑的水分散能力得到有效的改善。機理研究表明，潤滑劑能夠在摩擦面形成有機膜、無機膜、聚合物膜，從而具有非常優(yōu)良極壓潤滑功能。潤滑劑加量為3%后，潤滑系數(shù)降低率能夠達(dá)到70%，同時，XCR 具有持效潤滑以及一定的防塌效果。目前，潤滑劑已經(jīng)成功被用于現(xiàn)場鉆井。

除此之外，長鏈烷基硼酸酯類化合物也具有非常優(yōu)異的極壓潤滑性能，在潤滑過程中，長鏈烷基通過物理吸附的作用附著在摩擦表面，隨著器件之間的咬合壓力增大，物理吸附膜逐漸破裂，結(jié)構(gòu)中的硼酸酯進(jìn)入摩擦區(qū)，在摩擦表面通過摩擦化學(xué)反應(yīng)形成具有抗極壓，高承載的極壓潤滑膜。例如，吳超、孟祥濤等人[36，37]以月桂酸、油酸為原料，以醇酰胺為橋接基團(tuán)形成硼酸酯，在增強潤滑劑水解穩(wěn)定性的同時，提供牢固的潤滑吸附膜，提高潤滑劑的抗磨性。Saffari H R M 等人[38]研制出適用于水基鉆井液的納米硼酸鹽潤滑添加劑，研究表明，將這種納米硼酸鹽加入到水基鉆井液后，潤滑添加劑會在摩擦面形成堅固的潤滑膜，能夠顯著降低鉆井液的潤滑系數(shù)。

2 極性吸附鉆井液潤滑劑的發(fā)展趨勢

目前，采用極性基團(tuán)修飾潤滑劑，提升潤滑劑的吸附能力，增強形成潤滑膜的強度已經(jīng)成為鉆井液潤滑劑開發(fā)過程中廣泛使用的策略。但是，盲目地增加潤滑劑的極性往往會造成潤滑劑極性過大，使?jié)櫥瑒┐罅扛街阢@屑表面，隨著鉆井液循環(huán)，潤滑劑損耗嚴(yán)重。通過降低潤滑劑的極性，提升潤滑劑在鉆具金屬表面吸附能力，從而在金屬表面形成潤滑膜的同時，能夠降低潤滑劑附著于鉆屑表面而造成的損耗。另一方面，單一吸附基團(tuán)修飾的潤滑劑所產(chǎn)生的吸附強度要遠(yuǎn)低于多個吸附基團(tuán)修飾的潤滑劑，具有多吸附位點的潤滑劑能夠形成更為牢固的潤滑膜。

2.1 鉆具表面吸附潤滑劑

研究表明，含雜原子的化合物特別是含氮雜環(huán)化合物能夠在金屬表面形成牢固的吸附，從而可以用于抗磨減摩。含氮雜環(huán)類化合物整體電負(fù)性高，原子半徑小，分子結(jié)構(gòu)緊湊，相對于胺類化合物，極性較低。能夠利用結(jié)構(gòu)中氮原子上的孤對電子與金屬原子的空d 軌道絡(luò)合或者與金屬表面的正電荷位點結(jié)合，形成較穩(wěn)定的絡(luò)合吸附保護(hù)膜。這種吸附作用隨著氮原子數(shù)增多，與金屬表面的結(jié)合點增多，形成的表面膜更牢固，抗磨性能也更好[39–41]。鑒于此，利用含氮雜環(huán)化合物作為潤滑劑的吸附基團(tuán)，在此結(jié)構(gòu)上進(jìn)行脂溶性修飾，形成潤滑劑具有一定的極壓潤滑性質(zhì)，甚至于可以替代原先的硫磷類極壓潤滑劑。例如，吳超等人[42]在苯并三氮唑的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行硬脂酰修飾，所形成的潤滑劑具有一定的極壓抗磨性能，尤其是在低實驗力的條件下表現(xiàn)出更高的抗磨能力。又如，歐陽平等人[43]在苯并嘧啶衍生物的結(jié)構(gòu)上面修飾長鏈烷基，所形成的潤滑劑NLMWPS 可以吸附于摩擦表面，形成以FeO、有機氮化物和含氮金屬配合物等為主要成分的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，從而有效降低摩擦副的磨損，減小摩擦因數(shù)，縮短摩擦跑合時間。另一方面，金屬緩蝕劑的作用機理是利用緩蝕劑在金屬表面形成一層致密牢固的保護(hù)膜，減少金屬表面腐蝕，這與金屬表面潤滑劑的作用機理具有相通之處。因此，緩蝕潤滑功能日益成為國內(nèi)外鉆井液潤滑劑研究開發(fā)的著眼點。例如，斯倫貝謝公司開發(fā)的桿輕松（ROD EASE）潤滑劑能夠在保護(hù)鉆桿、降低扭矩的同時，具有優(yōu)良的緩蝕防垢效果。瑞孚公司開發(fā)的BIO-ADD 系列潤滑劑，能夠附著在金屬鉆具表面，具有一定緩蝕防潮性能。在國內(nèi)，王正等人[44]研制了一種噻吩類緩蝕潤滑劑，它能吸附于N80鋼管表面，延緩N80 鋼管在高濃度鹽酸溶液中的腐蝕，不僅如此，潤滑劑在鉆井液中的潤滑系數(shù)降低率達(dá)到了80.67%。因此，這種噻唑類潤滑劑具有緩蝕與潤滑2 種功能，能夠提高水基鉆井液的極壓潤滑能力。

2.2 多吸附位點潤滑劑

“多吸附位點”概念主要是用在金屬緩蝕劑的研究中，具有多個吸附基團(tuán)的緩蝕劑能夠在金屬表面形成更為致密的緩蝕膜，減少緩蝕劑的脫附[45-48]。在潤滑劑上修飾多個鉆具金屬吸附基團(tuán)有效增強潤滑劑的成膜強度。這方面最具代表性的工作是錢曉琳等人[49]研究的多元醇酯類SMLUB-E 潤滑劑，潤滑劑結(jié)構(gòu)上修飾了多個極壓潤滑基團(tuán)（二硫鍵、磷酸），因此潤滑劑具有優(yōu)良的極壓潤滑性質(zhì)，形成的潤滑膜強度高，能夠耐溫160 ℃以上，無毒環(huán)保。熊麗萍等人[50]報道的一種含硫磷的水溶性三嗪潤滑添加劑，其結(jié)構(gòu)中含有硫、磷結(jié)構(gòu)以及含氮雜環(huán)，能夠在金屬表面形成多個吸附位點，提高基礎(chǔ)液的極壓潤滑性能，從而表現(xiàn)出良好的抗磨減摩的作用。廖俊旭等人[51]開發(fā)的含有硫與苯并三氮唑的潤滑添加劑，能夠在金屬表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的保護(hù)膜，具有優(yōu)異的極壓、抗磨、減摩甚至于緩蝕作用。

3 結(jié)論

1.鉆井液潤滑劑的潤滑能力與結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)以及疏水烷基鏈具有密不可分的關(guān)系，其中潤滑劑在摩擦面的吸附強度以及形成潤滑膜的牢固程度取決于其結(jié)構(gòu)中極性吸附基團(tuán)的種類與特性。

2.氨基或酰胺基的極性要強于羥基或醚鍵，含有氨基或酰胺基結(jié)構(gòu)的潤滑劑能夠在鉆具或井壁表面形成更為牢固的潤滑膜。極壓潤滑基團(tuán)硫、硼酸酯以及磷酸酯能夠在極壓條件下通過化學(xué)反應(yīng)的形式吸附于鉆具金屬表面，從而展現(xiàn)出抗磨減摩的潤滑效果。

3.不同于氨基化合物，含氮雜環(huán)化合物相對極性較低，但是其結(jié)構(gòu)中氮原子上的孤對電子能夠有效地與金屬結(jié)合，從而牢固地吸附于金屬的表面，形成緩蝕潤滑膜。另一方面，具有多個極性吸附基團(tuán)的潤滑劑能夠在摩擦表面形成多吸附位點吸附，可以有效地增強潤滑劑形成潤滑膜的強度。由此可見，采用含氮雜環(huán)化合物作為潤滑劑的極性基團(tuán)，增強了潤滑劑在鉆具金屬表面的吸附強度，減少潤滑劑在鉆屑表面的吸附，降低了潤滑劑損耗，同時，采用多吸附位點修飾的潤滑劑，增強潤滑劑與摩擦面的結(jié)合強度，也是目前鉆井液潤滑劑的重要研究方向。