劉玉珍

摘要：在納米乳化劑的作用下，以羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為“吸附載體”，將吸附在載體表面的含蠟質(zhì)較高的輕質(zhì)原油乳化，形成水包油型的高效納米RH乳液。室內(nèi)評價結(jié)果表明，RH的潤滑性能優(yōu)良，具有比較理想的抗高溫穩(wěn)定性能，RH綜合性能優(yōu)于其他潤滑劑，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，鉆井施工順利，在防塌、防漏、防卡等方面見到了較好的效果，具有應(yīng)用推廣價值。

關(guān)鍵詞：鉆井液；潤滑劑；粘附系數(shù)；潤滑性能

前言

隨著油田勘探開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，定向井、大斜度大位移井、水平井及超深井不斷增加。如何有效提高鉆井液的潤滑性能，減少粘卡事故發(fā)生，確保鉆井施工順利進行，已成為鉆井液工藝中日益突出的問題。

作為鉆井液主要處理劑之一的潤滑劑為安全優(yōu)質(zhì)鉆井起關(guān)鍵作用。其功能就是降低鉆具旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的鉆柱與井壁之間的鈕矩及起下鉆時所產(chǎn)生的摩擦阻力。

目前常用的液體潤滑劑主要是以柴油、RT-001為主。這種潤滑劑由于本身結(jié)構(gòu)特點，在現(xiàn)場應(yīng)用中存在兩點不足：潤滑劑生物毒性高，污染環(huán)境；潤滑效果一般，用量較大。針對上述情況，為更好滿足鉆井要求，我們成功合成出一種新型納米RH乳液潤滑劑。

該潤滑劑的關(guān)鍵技術(shù)是在特定的溫度條件和納米乳化劑的作用下，以羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為“吸附載體”，將吸附在載體表面的含蠟質(zhì)較高的輕質(zhì)原油乳化，形成水包油型的乳狀液；由于利用了羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為載體，使得潤滑劑的吸附基增多而且吸附能力大大增強，在井壁及金屬表面的吸附由原來的“孤立的”油滴“點吸附”變成大面積的由羥基鋁和小陽離子季銨鹽相連網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的“片”狀油膜，因此，潤滑性能大幅度提高。同時由于羥基鋁、小陽離子季銨鹽抗溫效果好，與其緊密吸附的油膜得以穩(wěn)定，解決了以前液體潤滑劑在高溫條件下粘度降低失去潤滑效果的問題。起到了降低鉆具與井壁泥餅的摩擦力，提高鉆井液和泥餅的潤滑性的能力，從而降低鈕矩和阻力，達到提高鉆速和防止粘附卡鉆的目的。

當加入納米乳液的鉆井液鉆入油層時，由羥基鋁和小陽離子季銨鹽相連形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的油膜，可以有效阻止鉆井液中的固相顆粒和濾液侵入地層，從而避免鉆井液對油氣流通道的永久堵塞，起到較好的保護油氣層效果。

潤滑劑的潤滑效果用摩阻系數(shù)來表征。我們用EP潤滑儀及NF-2型泥餅粘附系數(shù)測定儀對鉆井液潤滑性能的優(yōu)劣進行綜合評價。

室內(nèi)研究結(jié)果表明該潤滑劑具有很高的潤滑降摩阻效果，對各種不同水基鉆井液體系性能基本無影響，RH無生物毒性，完全滿足環(huán)保要求，而且產(chǎn)品成本低，應(yīng)用價值高，可廣泛應(yīng)用于各種鉆井潤滑防卡需要。

1.納米RH乳液的室內(nèi)研究

1.1 原料的篩選及確定

對潤滑劑而言，所選用的原料油的潤滑性能是決定潤滑劑潤滑防卡效果的重要因素。因此，我們選擇不同類型的原料：蠟質(zhì)原料、白油、RT-862以及不同型號柴油，用NF-2型泥餅粘附系數(shù)測定儀測定其粘附系數(shù)f，優(yōu)選最佳原料。

表1實驗結(jié)果顯示，在上述5種原料中，柴油1#和蠟質(zhì)原料的潤滑效果最為顯著，綜合考慮原料的性價比，確定蠟質(zhì)原料為原料。

1.2納米RH乳液的最佳配方

優(yōu)選表面活性劑的種類和加量，以羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為“吸附載體”，在一定范圍內(nèi)反應(yīng)30min 后，在特定溫度下加入潤滑性能改進劑繼續(xù)反應(yīng)60min ，待反應(yīng)完畢后冷卻，制得樣品為納米RH乳液。

1.3納米RH乳液的配制工藝

高效納米RH乳液可直接加入到各種水基鉆井液體系中。納米RH乳液的配制工藝如下。

RH的配制工藝為：

晶核一定溫度

蠟質(zhì)原料 + 納米乳化劑-----------→ + 潤滑性能改進劑----------→RH

吸附載體 反應(yīng)60min

2.納米RH乳液的性能評價

2.1RH的潤滑性能測試

取預(yù)先配制好的白土漿分別加入FCLS 1.0%，用20%NaOH溶液12ml調(diào)PH值。以其中一罐作為基漿，其余分別加入1%的RH、RT-001、柴油攪拌60min 后，用NF-2型泥餅粘附系數(shù)測定儀測定其粘附系數(shù)f，結(jié)果見表2。

表2實驗結(jié)果顯示，RH的粘附系數(shù)降低率最高。當RH加量達3.0%時，潤滑效果達最佳值，故RH推薦加量為3%左右。

2.2RH的抗溫性能評價

向0#鉆井液中分別加入3.0%RH和3.0% RT-001，攪拌30min后，進行高溫高壓試驗, 測試其粘附系數(shù)，評價其抗溫性能，結(jié)果見表3。

表3結(jié)果顯示，高效納米RH乳液具有理想的抗溫效果，抗溫能達120℃以上。

2.3潤滑效果對比實驗

將RH與目前應(yīng)用較多的改性柴油，石墨、RT-862和RT-001進行潤滑效果對比測試。用EP潤滑儀測定其摩阻系數(shù)fk，結(jié)果見表4。

表4結(jié)果顯示，RH的摩阻系數(shù)降低率遠高于其他三種潤滑劑，由此可見，RH的高效潤滑效果明顯優(yōu)于柴油、石墨、RT-862和RT-001。

2.4RH與不同鉆井液體系的配伍性

分別向鐵鉻鹽漿，硅氟分散井漿，聚合物不分散井漿及分散井漿中加入3%RH，攪拌60min 后，測試鉆井液全套性能，結(jié)果顯示，高效納米RH乳液在FCLS 體系、硅氟體系、分散體系及不分散體系等不同鉆井液體系中均有良好的配伍性。

結(jié)論

① 納米RH乳液具有高效潤滑特點，完全滿足井下潤滑防卡要求。

② 納米RH乳液具有理想的配伍性能，適用于不同體系的鉆井液體系。

③ 納米RH乳液具有比較理想的抗高溫穩(wěn)定性能。

④ 納米RH乳液滿足環(huán)保要求。

參考文獻

[1]田永民，胡建國，藍強.納米防塌潤滑劑鉆井液體系在勝利油田孤北古100井的應(yīng)用.鉆井液與完井液.2005,22（6）

[2]崔永春，李家芬，蘇長明.鉆井液納米潤滑乳化劑的實驗研究.鉆井液與完井液.2008,25（6）

[3]張麒麟，龔保強，鄢捷年，李培海.中原油田特殊工藝井鉆井液的研究與應(yīng)用.鉆井液與完井液.2005,22（4）

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