陳 磊，張小平，藺文潔

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710018；2.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安 710018）

近年來，隨著油氣勘探中深井水平井開發(fā)規(guī)模不斷擴大，水平段不斷延伸，鉆進過程中摩阻、扭矩急劇增加，施工過程對潤滑劑的抗溫性能和環(huán)保性能要求日益提高。隨著新環(huán)保法的實施，包括石油行業(yè)在內的各個領域都在積極推進清潔化生產及廢棄物資源化利用。本技術針對新形勢下的環(huán)保要求，研發(fā)出以生物基礎油（植物油與動物油）為原料的潤滑劑，不但可以解決深井及長水平段水平井的安全鉆進技術難題，而且可以為實現(xiàn)廢棄食用油資源化再利用提供關鍵技術支撐[1-3]。

1 技術難點

生物油脂（地溝油脂）作為基礎油制備潤滑劑主要存在以下技術難題：（1）穩(wěn)定性不強：隨著放置時間的增長，尤其是夏季高溫下放置，潤滑劑穩(wěn)定性變差、易分層；（2）易皂化：由于其羧酸脂的結構，對鈣鎂離子等的抵抗性比較差，在使用中易產生皂化現(xiàn)象；（3）易發(fā)泡：生物油潤滑劑受到高溫、現(xiàn)場循環(huán)中氧化等作用下分解，常規(guī)的生物油潤滑劑僅適用于低密度、低堿性、較低溫的鉆井液中，為將生物油潤滑劑更好應用于國內外深井（及超深井）、高溫井，需要解決潤滑劑原材料選擇、抗溫、抗鹽抗鈣和成本控制等技術難題[4-6]。

2 研制思路及基礎油參數(shù)確定

2.1 研制思路

（1）原料綠色化、低成本：采用無毒無害和可生物降解的生物油脂（地溝油）為原料，其無毒、來源廣泛、黏度指數(shù)適中、生物降解性好。

（2）提高生物油高溫分散與穩(wěn)定：選擇表面活性劑時，既要保證生物油在水基泥漿中的有效分散，又要具有好的抗溫穩(wěn)定性，無毒環(huán)保。

（3）提高潤滑劑穩(wěn)定性與抗鹽抗鈣性能：為克服原生物油水基潤滑劑，乳液穩(wěn)定性問題（產品長期儲存，存在乳液生霉，變質分層），將原水基乳液產品優(yōu)化為全油基生物油潤滑劑產品，優(yōu)選抗鹽性好的乳化劑和分散劑。

（4）利用添加劑改善生物油性能：一是選擇合適的高溫穩(wěn)定劑，提高生物油的高溫穩(wěn)定性，二是通過對部分生物油的改性，合成潤滑添加劑，提高生物油本身的穩(wěn)定性及潤滑性，達到抗溫的目的。

2.2 基礎油的優(yōu)選及參數(shù)確定

根據前期研究基礎，綜合考慮作為全油基鉆井液用潤滑劑基礎油的生物油技術要求，通過室內驗證，確定出鉆井液用潤滑劑生物油的基本技術指標（見表1）。

2.3 生物油潤滑劑的制備

2.3.1 配方組成 全油基生物油潤滑劑是以用地溝油制備的可生物降解的生物燃料油為基礎油，主要成分為帶吸附基團的長鏈酯化物等組成的鉆井液用潤滑劑。主要組成配方（見表2）。

表2 基本組成配方

2.3.2 制備工藝

（1）在密閉反應釜中加入一定量的生物油開始攪拌，攪拌速度100 r/min，并且逐漸開始升溫至120 ℃，加溫至目標溫度后繼續(xù)攪拌0.5 h；

（2）調整攪拌速度至200 r/min，0.5 h 內加入催化劑，然后緩慢加入抗氧劑，加入完畢后繼續(xù)攪拌反應0.5 h；

（3）加入潤濕劑繼續(xù)攪拌0.5 h；

（4）攪拌降低反應釜溫度至70 ℃，然后緩慢加入殺菌劑及極壓劑，繼續(xù)攪拌1 h；

（5）降低攪拌速度至100 r/min，直至反應釜內溫度降低至常溫。

最終形成的棕黃色黏稠狀液體即為制備的全油基生物油潤滑劑產品。

3 生物油潤滑劑的評價

按照相關標準及評價方法對全油基生物油潤滑劑（G316）進行了評價實驗。

3.1 在基漿中的評價實驗

按標準配制水化膨潤土漿，分別測試G316 產品在120 ℃，150 ℃、170 ℃和180 ℃下的潤滑效果（見表3～表6）。

表3 120 ℃熱滾前后的潤滑性能評價

表4 150 ℃熱滾前后的潤滑性能評價

表5 170 ℃熱滾前后的潤滑性能評價

表6 180 ℃熱滾前后的潤滑性能評價

由實驗結果可以看出，生物油潤滑劑樣品在50～170 ℃熱滾后的潤滑系數(shù)明顯提高，在180 ℃熱滾后的全油基生物油潤滑劑樣品有明顯的異味，且熱滾后的潤滑效果有明顯降低，表明該潤滑劑抗溫不超過180 ℃。

3.2 在鉆井液體系中的效果評價

3.2.1 在長慶區(qū)域二開強抑制聚磺鉆井液體系中的評價 潤滑劑加量1.0%～3.0%時，加入潤滑劑RYH 樣品后，熱滾前平均潤滑系數(shù)降低率為35.54%，熱滾后為41.08%；加入全油基生物油潤滑劑G316 樣品后，熱滾前平均潤滑系數(shù)降低率為42.1%，熱滾后為68.26%，且加量2%時潤滑系數(shù)降低率達到80%以上（見表7）。

表7 全油基生物油潤滑劑G316 聚磺加重體系中性能評價

潤滑劑的加入提高了聚磺加重鉆井液體系熱穩(wěn)定性，同時也說明研發(fā)的全油基生物油潤滑劑在高堿性條件下熱滾后，其應用效果不但沒有降低，反而增強了。

3.2.2 在長慶區(qū)域水平井無土相鉆井液中實驗 根據現(xiàn)場常用鉆井液體系的組成、密度、pH 等性能，并與現(xiàn)用的植物油潤滑劑RYH 進行比較（見表8～表10）。

表8 全油基生物油潤滑劑G316 與RYH 潤滑效果對比

表9 AV 實驗數(shù)據分析

表10 API FL 實驗數(shù)據分析

兩種潤滑劑的潤滑效果相當，加量2%時潤滑系數(shù)降低率均達到70%以上，且G316 熱滾后對體系有一定的穩(wěn)定和降失水的作用。

3.2.3 環(huán)保指標檢測 全油基生物油潤滑劑G316 的生物毒性為無毒，熒光級別為2 級，不影響地質錄井，生物降解性具有良好的環(huán)保性能（見表11）。

表11 鉆井液用潤滑劑環(huán)保指標

4 全油基生物油潤滑劑現(xiàn)場試驗應用

2020-2021 年生物油潤滑劑G316 在殼牌長北CB-1 井、CB-2 等28 口井進行了現(xiàn)場試驗。與現(xiàn)場鉆井液配伍性良好，加入后現(xiàn)場鉆井液無絮凝、結塊現(xiàn)象?，F(xiàn)場應用加量維持在1.0%～3.0%，泥餅滑塊摩阻系數(shù)實際控制在0.026 2～0.061 2，極壓潤滑系數(shù)低于0.05，扭矩、摩阻、泥餅潤滑系數(shù)得到有效降低，扭矩平均降低率達到58.3%，摩阻降低率達41.2%，滑塊摩阻系數(shù)降低率達到58.6%，無熒光，保持了巖屑真實性，應用效果良好。

4.1 CB-1 井水平段應用情況

該井從三開水平段3 411 m 開始加入全油基生物油潤滑劑G316，現(xiàn)場加量0.5%～3.0%，使之在井壁及鉆具表面形成抗壓潤滑膜，有效降低摩阻、扭矩。在第一分支1 300 m 水平段和第二分支1 920 m 的鉆進期間的扭矩控制在31 kN·m 以內（見表12、圖1）。

圖1 CB-1 井G316 加量與扭矩關系

表12 CB-1 井生物油潤滑劑加量數(shù)據

4.2 CB-2 井二開井段應用情況

該井從二開斜井段2 420 m 開始加入全油基生物油潤滑劑G316，現(xiàn)場加量0.3%～0.5%，加入鉆井液后平均潤滑系數(shù)降低率大于40.2%，扭矩在13～19 kN·m，鉆井液性能穩(wěn)定，無發(fā)泡等現(xiàn)象（見圖2）。

圖2 CB-2 井G316 加量與扭矩關系

5 結論與建議

（1）全油基生物油潤滑劑G316 抗溫達170 ℃，生物毒性無毒，可降解，環(huán)保性和潤滑效果良好。

（2）全油基生物油潤滑劑G316 在聚磺鉆井液體系和無土相鉆井液體系中潤滑效果明顯好于現(xiàn)用的低熒光潤滑劑RYH，說明相對高溫條件下更有利于潤滑劑G316 的分散，更能發(fā)揮其潤滑等應用效果。

（3）全油基生物油潤滑劑G316 與現(xiàn)場鉆井液配伍性好，在大斜度井段和長水平段施工中扭矩平均降低率達58.3%，摩阻降低率達41.2%，滑塊摩阻系數(shù)降低率58.6%，潤滑減阻效果顯著，可以為深井超深井及長水平段水平井的施工提供關鍵技術支撐。