钻井液用无荧光植物油润滑剂的研制与应用

郭建彬　刘　锋　魏　云　张玉萍　马　智（．新疆贝肯能源工程股份有限公司，新疆 克拉玛依 834000；．新疆油田公司实验检测研究院，新疆 克拉玛依 834000）

钻井液用无荧光植物油润滑剂的研制与应用

郭建彬1刘锋1魏云2张玉萍2马智1
（1．新疆贝肯能源工程股份有限公司，新疆 克拉玛依 834000；
2．新疆油田公司实验检测研究院，新疆 克拉玛依 834000）

随着克拉玛依油田的不断开发，钻井技术越来越先进，钻井助剂也日新月异，但其中的润滑剂在现场应用过程中由于自身结构或者配伍性不强等诸多原因导致石油勘探复杂增多、投入成本增大。为保证克拉玛依油田开采技术的持续发展，新型无荧光植物油润滑剂的开发研究既环保，又能解决常规水基润滑剂起泡率高、油基润滑持效性短等问题。

植物油；润滑剂；无荧光；钻井液

随着石油勘探开发技术的不断发展，钻井工程中面临的复杂情况日益突出，大位移水平井﹑定向井和长裸眼深井﹑复杂结构井逐渐增多，在降低摩擦阻力和提高机械钻速方面对钻井液性能尤其是水基钻井液提出了更高的要求，尤其在钻大位移和水平井时，钻屑在重力作用下，往往会向井眼底部聚沉，同样钻柱也会向底边靠近，这样钻柱与井眼底部钻屑接触面积增大，摩阻也会大幅度增加，导致扭力过大，甚至会引起井壁不稳定﹑卡钻等事故，严重时会导致无法钻至目的层或井报废，造成巨大的经济损失，而目前使用的钻井液润滑剂主要存在着以下问题：（1）易引起钻井液起泡；（2）容易引起钻井液粘度﹑切力升高，不利于钻井液现场维护；（3）超过一定时间有发酵现象；（4）抗盐﹑抗钙不理想；（5）润滑剂极压膜强度低，难以满足定向井高侧压力条件下的要求；（6）对环境有不良影响。

1 实验部分

表1 L9（34）正交实验结果

1.1 主要实验设备﹑仪器及试剂

Fann五轴高速搅拌器﹑GJ-1型高速搅拌机﹑万用加热炉﹑紫外分析仪﹑极压润滑仪﹑高温滚子炉﹑高剪

切乳化机﹑恒温水浴锅。

碳酸钠（分析纯）；植物油，克拉玛依市个体；催化剂DL-1，实验室自制；两亲非离子表面活性剂EL-40，江苏省海安石油化工厂；钻井液试验用钠膨润土，符合SY/T 5490；26#矿物油，克石化。

1.2 钻井液用无荧光植物油润滑剂的制备

表2对钻井液模拟浆流变和失水性能的影响

称取一定体积的植物油，在不断搅拌下升温至预定温度，滴加催化剂DL-1混合均匀。转移至三口烧瓶并置于带搅拌装置的恒温水浴锅中，一定温度下恒温搅拌反应一定时间。缓慢加入一定体积的26#矿物油，搅拌均匀并进行冷却。冷却至一定温度后边以一定搅拌速度搅拌边加入两亲非离子表面活性剂EL-40得预乳液。将预乳液经高剪切乳化剂乳化完毕后制得钻井液用无荧光植物油润滑剂。

1.3 钻井液基浆的配制

各基浆均高速搅拌5min，在室温下养护24h。

润滑剂基浆 1000mL水+40g钻井液试验用钠膨润土+3g无水碳酸钠

淡水浆 1000mL水+40g OCMA级膨润土+2g无水碳酸钠

表3温度的影响（高温）

2 反应条件的确定

主要因素的确定：以在润滑剂基浆中加入1%反应产物后润滑系数降低率作为评价指标，选择如表1所示的L9（34）正交实验表进行了室内评价实验。

采用极差分析法分析表1中的数据得到润滑剂合成反应优化条件为A3B2C2D3，即反应温度为80℃，反应时间为12h，DL-1用量为0.3%，EL-40用量为1%.其中，DL-1用量对目标产物的润滑系数降低率影响最显著，其后依次为恒温温度﹑反应时间和EL-40用量。为进一步确定产品的反应条件，又进行了以下单因素评价实验（由于EL-40用量对实验结果几乎没有影响，但实验表明加量过大会导致泥浆起泡和成本增加，因此固定为1%即可）。

表4温度的影响（低温）

3 性能评价

3.1对钻井液模拟浆流变和失水性能的影响

由表2可知多数润滑剂对模拟井浆的流变有所影响，表现为增加了表观粘度和塑性粘度，使得泥浆性能维护成本增高。由于成膜效应，除3#外都有一定的降滤失效果。

3.2 耐温性实验

3.2.1 耐高温实验（相应温度热滚16h后测定，表3）

3.2.2 耐低温实验（冰柜中相应温度静置24h后观察，表4）

可见目前在用的润滑剂（1#﹑2#﹑3#﹑4#﹑5#）初期润滑效果较好，但持效性不强；耐温效果不够理想，高温下容易起泡，对润滑系数降低率产生不良影响；低温容易出现凝析﹑分层甚至凝固的现象，在北方诸如新疆﹑东北等地区限制了润滑剂的储存和应用范围；加量大，粘度上升率较大，导致泥浆体系维护困难。

4 现场应用

钻井液用无荧光植物油润滑剂在克拉玛依油田的玛22井﹑TD10504等6口直井﹑大斜度井﹑定向井进行了现场应用。以环玛湖玛22井为例，介绍本文所述润滑剂的现场应用情况。玛22井是克拉玛依的一口直井预探井，位于新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县境内，设计井深3920m。目的层为：主探三叠系百口泉组（T1b），兼探三叠系克拉玛依组（T2k）﹑侏罗系（J）。该井在下钻过程中，二开井段（500-3580m）的T3b地层泥页岩中，粘土矿物以伊蒙混层为主，易水化膨胀，钻进中易发生严重缩径阻卡甚至卡钻；三开井段（3580-3920m）易塌﹑易阻卡。通过分析，该井安全钻井的主要技术难点是：防塌﹑防卡﹑防漏。二开和三开采用钾钙基泥浆体系，通过加入本文所述产品合计1吨，API滤失量下降1～2mL，摩阻较小，起下钻和完井作业正常，技术套管下入顺利。现场取样检测钻井液在加入润滑剂前后荧光级别一致，加入后摩阻系数为0.042～0.066，润滑系数为0.12～0.20. 钻时70天，完钻井深3880m。实践表明，该润滑剂对钻井液荧光级别无影响，可有效降低摩阻﹑润滑效果好且持效性强，减轻了钻机负荷，并可降低钻井液滤失量。

结语

（1）通过正交实验并应用极差分析法，确定出钻井液用无荧光植物油润滑剂的适宜反应条件为：反应温度为80℃，恒温反应时间为12h，DL-1用量为0.3%，EL-40用量为1%。

（2）与同类产品相比较，目标产物对钻井液的润滑效果及其持效性具有较大优势，且对温度不敏感。其无荧光的特性对录井﹑测井不会产生任何影响。

（3）目标产物在钻井液中可作为主要润滑材料，也兼具降滤失材料的特性，对钻井液的流变影响较小，和其它助剂的配伍性较好。

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TE254.4

A

克拉玛依市指导性科技项目（编号SK2014-45）的研究成果。

郭建彬，1985年生，2009年毕业于西南石油大学应用化学专业。现在一直从事油田化学工作液技术研究工作。