江 華，楊 洋，由福昌，杜佳琪，鄧 聰

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北荊州 434000）

大位移井一般是指水平位移與垂直深度之比大于2 的定向井和水平井。目前為了開發(fā)邊際油田、減少海上鉆井平臺(tái)和提高投資效益，大位移水平井作業(yè)需求不斷增長，水平位移不斷延長，目前水平位移已突破10 000 m，水平位移與垂直深度之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2。與直井相比，大位移井完井作業(yè)中最大的難點(diǎn)是生產(chǎn)管柱下入過程中，由于重力影響，管柱貼近井眼低邊一側(cè)，完井管柱與井壁接觸面積增大，摩阻增加，導(dǎo)致完井管柱下入困難，完井管柱也會(huì)因此產(chǎn)生摩擦損傷，嚴(yán)重影響完井作業(yè)的進(jìn)行［1-2］。

含固相完井液存在以下問題：（1）含固相完井液靜止時(shí)凝膠強(qiáng)度高，開泵時(shí)易引起壓力波動(dòng)，停泵時(shí)固相易沉降，增加了井下復(fù)雜事故發(fā)生的可能性［3-5］；（2）黏度大，固相含量高，增加井下工具摩阻，引起井筒中高摩擦壓力損失［6-8］；（3）固相會(huì)增加作業(yè)過程中的鉆井液當(dāng)量密度［9-10］；（4）容易對(duì)儲(chǔ)層帶來固相傷害［11-12］。而無固相完井液或清潔鹽水完井液具有以下優(yōu)點(diǎn)［13-14］：（1）固相含量低，對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果好；（2）礦化度高，抑制能力強(qiáng)；（3）黏度低，摩阻壓力損失小，完井管柱下入過程中的摩阻要小于含固相完井液，降低完井管柱及工具的磨損破壞。因此，無固相完井液或清潔鹽水完井液更適合大位移井的完井作業(yè)。

無固相完井液或清潔鹽水完井液本身的潤滑性較好，但在現(xiàn)場完井作業(yè)中，僅僅依靠完井液自身的潤滑性并不能滿足完井作業(yè)中的降摩減阻要求，需要加入一定量的潤滑劑。但是目前常用潤滑劑多為油溶性潤滑劑，含油量較多，在無固相完井液或者清潔鹽水完井液中容易產(chǎn)生浮油或者油珠，給儲(chǔ)層帶來傷害。針對(duì)這一情況，本文以潤滑劑主劑、植物油脂酸乙酯、二烷基二硫代氨基甲酸鉬、脂肪醇醚磷酸酯鉀鹽、單丁醚為主要原料研發(fā)了一種完井液水溶性潤滑劑CR301，研究了加有該潤滑劑的KCl鹽水完井液體系降摩減阻性、抗磨能力、配伍性、對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果及水鎖效應(yīng)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

甘油脂肪酸酯GMS、丙二醇單月桂酸酯BPML、油酸二乙醇酰胺ODEA、椰油酸二乙醇酰胺6501（1∶2）、磷酸酯TXP-4、脂肪醇醚磷酸酯鉀鹽MOA3PK、表面活性劑OP-10，江蘇省海安石油化工廠；納米石墨001，青島東凱石墨有限公司；乙醇，工業(yè)級(jí)，濟(jì)南雙盈化工有限公司；植物油脂酸乙酯，廣州鎂洛迪生物化工科技有限公司；二烷基二硫代氨基甲酸鉬F1510，杭州施特安化工有限公司；單丁醚，濟(jì)南麥豐化工有限公司；消泡劑DEL，荊州嘉華科技有限公司；KCl，工業(yè)級(jí)；緩蝕劑ZJ，河南森瑞化工有限公司；潤滑劑JX-108，毅嘉新材料（山東）有限公司；潤滑劑-1（鉆井液用水基潤滑劑），濮陽市豪然化工有限公司；潤滑劑-2（鉆井液用潤滑劑），天津雄冠科技發(fā)展有限公司；潤滑劑lube，荊州嘉華科技有限公司；潤滑劑DX621，德旭新材料（廣州）股份有限公司。去離子水；模擬海水，礦化度35000 mg/L、pH值7.6；實(shí)驗(yàn)采用人造模擬巖心（荊州嘉華科技有限公司），巖心滲透率為10×10-3～20×10-3μm2。

Fann21200 型極壓潤滑儀，F(xiàn)ann 儀器公司；KMY201-1A 抗磨試驗(yàn)機(jī)，成都浩宇馳儀器儀表有限公司；WZT-2 型光電濁度計(jì)，上海平軒科學(xué)儀器有限公司；HKY-1 型多功能巖心驅(qū)替裝置，荊州塔林儀器設(shè)備公司；QBZY系列全自動(dòng)表界面張力儀，上海方瑞儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 潤滑劑CR301研制

室溫下，將75 份脂肪酸酯（甘油脂肪酸酯和丙二醇單月桂酸酯的質(zhì)量比1∶1）加入反應(yīng)釜中，然后在攪拌的條件下加入10份表面活性劑（油酸二乙醇酰胺和椰油酸二乙醇酰胺的質(zhì)量比1∶1）和210份去離子水，攪拌升溫至180 ℃后，負(fù)壓到0.1～0.2 MPa的條件下充分反應(yīng)3 h，冷卻并恒溫至60 ℃后加入混合均勻的5份磷酸酯和10份納米石墨，在溫度為60～80 ℃時(shí)，負(fù)壓到0.1～0.2 MPa，反應(yīng)2 h，然后用10 份乙醇洗滌，分離出過濾層；降溫后得到黃色液體即為鉆井液潤滑劑CR301的主劑。

將潤滑劑主劑、植物油脂酸乙酯、二烷基二硫代氨基甲酸鉬、脂肪醇醚磷酸酯鉀鹽、單丁醚、OP-10和消泡劑按一定比例在一定條件下混合得到潤滑劑CR301。

1.2.2 完井液體系的配制

取一定量的配方為模擬海水+25%KCl+2%緩蝕劑ZJ的KCl基礎(chǔ)完井液，加入一定量的潤滑劑，用磁力攪拌器以1000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 min，備用。

1.2.3 評(píng)價(jià)方法

（1）CR301降摩減阻效果評(píng)價(jià)

按照Q/SH 1025 0512—2007《鉆井液用潤滑劑通用技術(shù)條件》，用Fann21200極壓潤滑儀在150 ln.lb 的扭矩下測(cè)定了加入潤滑劑前后完井液的摩阻系數(shù)。

使用KMY201-1A 抗磨試驗(yàn)機(jī)，主要工作部件由一個(gè)隨主軸旋轉(zhuǎn)的磨環(huán)以及壓在磨環(huán)上的固定磨柱構(gòu)成，試驗(yàn)時(shí)在不同壓力條件下，磨環(huán)磨柱之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，試驗(yàn)機(jī)通過砝碼及杠桿構(gòu)成的加力系統(tǒng)，可以測(cè)試出潤滑劑的油膜強(qiáng)度以及由潤滑劑在金屬摩擦接觸表面所形成的抗磨保護(hù)層的強(qiáng)度，在不斷加砝碼的過程中，磨環(huán)與磨柱抱死卡停，通過加壓砝碼（砝碼一塊重約837 g）的塊數(shù)來評(píng)價(jià)潤滑劑抗磨減阻能力，可以很好地模擬完井液存在的情況時(shí)下管柱過程中金屬管材之間的磨損情況。

（2）與完井液的配伍性

將加有一定量潤滑劑CR301 的KCl 完井液體系在90 ℃的水浴鍋或150 ℃恒溫加熱箱中加熱養(yǎng)護(hù)，然后使用光電濁度計(jì)測(cè)定不同溫度下養(yǎng)護(hù)2 h后的加入潤滑劑前后的完井液體系的濁度，以判斷潤滑劑與完井液的配伍性。

（3）儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

采用HKY-1 型多功能巖心驅(qū)替裝置對(duì)巖心進(jìn)行滲透率的測(cè)定，并根據(jù)滲透率恢復(fù)值來判定儲(chǔ)層保護(hù)效果。實(shí)驗(yàn)正向氣驅(qū)測(cè)定傷害前滲透率，利用完井液反向污染60 min后，正向氣驅(qū)測(cè)定傷害后巖心的滲透率，計(jì)算滲透率恢復(fù)率。

（4）水鎖效應(yīng)評(píng)價(jià)

采用QBZY 系列全自動(dòng)表界面張力儀在60 ℃下測(cè)定加入潤滑劑前后完井液體系的表面張力，以判定完井液體系發(fā)生水鎖效應(yīng)的概率。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤滑劑CR301的降摩減阻效果

2.1.1 潤滑劑CR301加量對(duì)KCl完井液摩阻系數(shù)的影響

不同潤滑劑CR301 加量的KCl 完井液體系的摩阻系數(shù)見表1。隨著CR301 加量的增大，完井液的摩阻系數(shù)減小，當(dāng)CR301加量為3%時(shí)，摩阻系數(shù)為0.032，摩阻系數(shù)降低率達(dá)58%。摩阻系數(shù)越小，潤滑性越好，金屬間的摩擦阻力越小，在完井作業(yè)中管柱下入過程中的阻力越小，管柱的摩擦損傷越小。由此可見，CR301 可明顯改善KCl 完井液體系的潤滑性。

表1 CR301加量對(duì)KCl完井液體系摩阻系數(shù)的影響

2.1.2 潤滑劑CR301加量對(duì)KCl完井液抗磨能力的影響

抗磨試驗(yàn)機(jī)主要模擬的是在完井液存在的情況下，金屬與金屬之間的摩擦，砝碼加重的外力可以很好地模擬摩擦阻力。如果完井液的抗磨能力差，則在砝碼加重的外力很小的情況下，試驗(yàn)機(jī)就會(huì)卡停。不同CR301 加量的完井液體系的抗磨能力見表2。從表2可以看出，KCl完井液不加潤滑劑時(shí)，在4塊砝碼的外力下即會(huì)卡停；潤滑劑CR301為2%時(shí)，完井液體系的抗磨能力明顯增強(qiáng)，在10塊砝碼的外力下才會(huì)卡停；潤滑劑CR301 加量大于2%時(shí)，在10 塊砝碼的外力下也不會(huì)卡停。此外，還可以從磨柱磨痕的狀態(tài)來推斷完井液體系的抗磨能力。在未加CR301 的完井液中的磨柱磨痕的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在CR301加量為2%的完井液中鋼球的磨痕。加入CR301 后完井液體系的抗磨能力大大提高，CR301 可明顯改善完井管柱下入過程中的磨損傷害。

表2 不同CR301加量下完井液體系的抗磨能力

2.1.3 不同潤滑劑對(duì)KCl完井液潤滑性能的對(duì)比

室內(nèi)評(píng)價(jià)了潤滑劑CR301 與其他幾種潤滑劑對(duì)KCl 完井液體系潤滑性能的改善效果，結(jié)果見表3，潤滑劑加量為2%。在相同加量下，加入潤滑劑CR301和潤滑劑-2的KCl完井液體系體系的抗磨能力相當(dāng)，均為10塊砝碼卡停。加入潤滑劑-2的KCl完井液體系的摩阻系數(shù)降低率為43.59%，略高于加入潤滑劑CR301的KCl完井液體系的（41.03%），但潤滑劑-2在完井液體系中以油珠的形式均勻分散，在儲(chǔ)層中容易附著在地層巖石上而封堵巖石孔隙，給儲(chǔ)層帶來傷害。加入潤滑劑Lube 的KCl 完井液體系的摩阻系數(shù)降低率也在40%左右，但抗磨能力比加入CR301的KCl完井液體系的差，且完井液表面有油花，在儲(chǔ)層中容易附著在地層巖石上而封堵巖石孔隙，給儲(chǔ)層帶來傷害。

表3 相同加量下不同潤滑劑對(duì)KCl完井液潤滑性能的影響

綜上，在KCl 完井液中加入潤滑劑CR301 后可以大大降低完井液的摩阻，提高完井液的抗磨性能，減小金屬之間的磨損，從而在完井液作業(yè)中降低管柱下入的摩擦阻力，減小管柱摩擦損傷。此外，加入潤滑劑CR301的完井液體系清澈透明無油花，不會(huì)給儲(chǔ)層帶來傷害。

2.2 其他性能

2.2.1 潤滑劑CR301與KCl完井液的配伍性

加有不同量潤滑劑CR301 的KCl 完井液體系分別在室溫、90 ℃、150 ℃下放置2 h后的濁度見表4。潤滑劑CR301 對(duì)KCl 完井液體系的濁度影響不大，不管是在室溫還是在150℃高溫下均沒有不溶物產(chǎn)生，外觀清澈透明。這說明潤滑劑CR301 與KCl 完井液體系具有良好的配伍性，不會(huì)在完井液作業(yè)中給儲(chǔ)層帶來傷害。

表4 CR301加量對(duì)完井液濁度的影響

2.2.2 對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)性能

采用HKY-1 型多功能巖心驅(qū)替裝置對(duì)完井液體系進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)，結(jié)果如表5 所示。從表5 可以看出，KCl 完井液體系對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度較小，巖心滲透率恢復(fù)值為75.4%；加入2%的潤滑劑CR301 后，巖心滲透率恢復(fù)值由75.4%提高至85.4%。這說明潤滑劑CR301對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)效果很好，可一定程度上減小完井液體系對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

2.2.3 水鎖效應(yīng)評(píng)價(jià)

表面張力越大，越容易產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，越容易帶來儲(chǔ)層傷害。從儲(chǔ)層保護(hù)效果考慮，完井液的表面張力越小越好。加有不同量潤滑劑CR301的KCl完井液體系的表面張力見表6。加入CR301后，KCl完井液體系的表面張力明顯降低，加量為2%和3%時(shí)表面張力可降至30 mN/m 以下。加入潤滑劑CR301 可以減小KCl 完井液體系水鎖效應(yīng)的發(fā)生，降低儲(chǔ)層傷害，這與儲(chǔ)層保護(hù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

表6 不同加量CR301下KCl完井液體系的表面張力

3 結(jié)論

水溶性潤滑劑CR301 可大大改善KCl 完井液的潤滑性能，降低完井液的摩阻，減小完井管柱下入阻力，降低完井管柱的摩擦損傷。與空白KCl 完井液相比，加入2% CR301 的KCl 完井液體系的摩阻系數(shù)降低率可達(dá)41.03%，抗磨能力可以承受10塊砝碼的重量，且磨痕明顯變小。

CR301 與KCl 完井液具有很好的配伍性，外觀清澈透明，表面無油花。CR301 可改善完井液體系的儲(chǔ)層保護(hù)性能，減小水鎖效應(yīng)，減低對(duì)儲(chǔ)層傷害。CR301 可作為完井液的潤滑劑用在大位移井完井作業(yè)中。