安進，肖超國，楊童，吳超，袁海兵

（揚州潤達油田化學(xué)劑有限公司，江蘇 揚州 225000）

極壓潤滑劑，主要是指為了防止磨損而用的添加劑，常用 B、S、N、P、Cl 等極壓元素。在潤滑界面處，潤滑劑中極壓元素與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成化學(xué)反應(yīng)膜，或抗磨劑及其分解物覆在金屬外面成膜，具有一定的保護作用。

有機金屬鹽類極壓潤滑劑是一種運用廣泛的抗磨添加劑，主要分4 種類型：二烷基二硫代氨基甲酸金屬鹽、二烷基二硫代磷酸金屬鹽、含金屬活性元素的高聚物、表面修飾的納米金屬顆粒。有機鉬就是典型表面修飾的納米金屬顆粒添加劑[1-2]。本文通過在油酸改性酰胺引入有機鉬鹽，制備高效潤滑的鉆進乳液鉬潤滑劑LUB-HM，研究LUB-HM 潤滑性、抗溫耐鹽性、熒光級別和生物毒性，考察其對鉆井液流變性影響，并在江蘇油田進行現(xiàn)場應(yīng)用。同時提出一種環(huán)保鉆井液鹽漿體系用乳液鉬潤滑劑制備法，專用油田鉆井領(lǐng)域。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

油酸二乙醇酰胺硼酸酯（B-ODEA）、聚乙二醇月桂酸酯、三乙醇胺油酸酯，工業(yè)級，江蘇省海安石油化工廠；消泡劑，工業(yè)級，江蘇維也安化工有限公司；氯化鈉、鉬酸鈉，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

小型高壓反應(yīng)罐，型號CGS299-100-40，成都鉑鑫氣體設(shè)備有限公司；恒溫水浴槽，型號HHW21.600AII，1 臺，天津泰斯特儀器有限公司；GJS-B12K 型高速變頻攪拌機、GW300 型高溫滾子加熱爐，青島海通達石油儀器有限公司；Fann21200極壓潤滑儀，美國FANN 公司；LH-YG1500 地質(zhì)熒光儀，山東中煤工礦物資有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 潤滑性

按照中國石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鉆井液用水基潤滑劑技術(shù)要求》（Q/SHCG 4—2011），采用極壓潤滑儀測試加入1% LUB-HM前后淡水漿和鹽水漿潤滑系數(shù)，計算潤滑系數(shù)降低率。

1.2.2 抗溫性和耐鹽性

在4%和15%的氯化鈉鹽水漿、淡水漿中加人1% LUB-HM，在120 ℃下用高溫滾子加熱爐熱滾16 h，用極壓潤滑儀測定潤滑系數(shù)，計算潤滑系數(shù)降低率。

1.2.3 起泡性

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鉆井液用液體潤滑劑通用技術(shù)要求》（Q/SH 1500 0031—2013）評價LUB-HM 的起泡性。室溫下，在300 mL 淡水漿或4%和15%的氯化鈉鹽水漿中加入1% LUB-HM，在 11 000 r·min-1下高速攪拌5 min 后開始計時，在20 s 內(nèi)將泥漿倒人1 000 mL 量筒，30 s 內(nèi)讀取泥漿體積，計算起泡率[1-2]。

1.2.4 熒光級別

在潔凈烘干100 mL 燒杯中加入20 mL 氯仿和1 g LUB-HM，搖勻靜置，待澄清倒出部分清液于干凈試管中，在地質(zhì)熒光儀下觀察熒光顏色并與江蘇油田原油配制的標(biāo)準(zhǔn)色系對比確定熒光級別[1-2]。

1.2.5 生物毒性

根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6788—2010、SY/T6787—2010 進行生物毒性、生物降解性、重金屬和芳烴含量檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗合成

2.1.1 實驗原理

目前，關(guān)于潤滑劑降低摩擦原理有3 個觀點：①在摩擦界面處，潤滑劑中有效組分在高溫高壓下表現(xiàn)強吸附性，在金屬接觸面形成沉積膜，提高承壓能力；②在摩擦界面處，潤滑劑中有效組分的粒子晶格滑移或粒子本身球狀，在金屬接觸面起到“滾珠效應(yīng)”，將滑動摩擦變成部分滾動摩擦，形成滑動和滾動的復(fù)合摩擦，達到減小摩阻；③在摩擦界面處潤滑劑有效組分的粒子在金屬外表面結(jié)合成化學(xué)反應(yīng)膜，并自修復(fù)摩擦副表面，提高其潤滑性能[1-5]。

利用改性后油酸酰胺與有機鉬酸反應(yīng)，生成含極壓鉬的油酸胺，經(jīng)表面活性劑橋接，在界面附著，產(chǎn)生減摩效果。高溫高壓作用下，極壓鉬表現(xiàn)強吸附力，形成層膜結(jié)構(gòu)，降低摩擦阻力[2,6-7]。

2.1.2 合成步驟

LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑是由揚州潤達油田化學(xué)劑有限公司自主研制的重要產(chǎn)品，主要由B-ODEA 和表面活性劑和稠化劑合成。稱取5 份B-ODEA、2 份鉬酸鈉水溶液，放置于實驗用小型高壓反應(yīng)罐中，然后加入0.5 份的鹽酸作為催化劑，密閉高壓反應(yīng)罐，給罐中液體通N2除氧，排氧時間30 min，升溫至145 ℃，增壓至0.2 MPa，關(guān)閉N2閥門，密封攪拌反應(yīng)60 min 后，緩慢釋放罐內(nèi)氣壓至0.1 MPa，降溫低于至45 ℃后，加入聚乙二醇月桂酸酯、三乙醇胺油酸酯、消泡劑、稠化劑和水，調(diào)配制得LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑。

對比江蘇油田現(xiàn)場井中主要常用 KD-21C、KD-51 和固體潤滑劑RH-102 三種潤滑劑。

2.2 性能與評價

2.2.1 潤滑性

采用符合Q/SHCG 4—2011 指標(biāo)測定，參照技術(shù)要求，室溫下在淡水漿、4%鹽水漿、15%鹽水漿中加入1% LUB-HM，檢測其潤滑系數(shù)，結(jié)果見表1。

從表1中數(shù)據(jù)分析得出，以淡水漿為例，對比KD-21C、KD-51、RH-102 和LUB-HM 的潤滑系數(shù)降低率，從高到低排序為LUB-HM、KD-21C、KD-51、RH-102，說明LUB-HM 更適用于淡水漿體系。以4%和15%鹽水漿為例，對比KD-21C、KD-51、RH-102 和LUB-HM 的潤滑系數(shù)降低率，從高到低排序為LUB-HM、KD-21C、RH-102、KD-51，說明LUB-HM 更適用于不同濃度的鹽水漿體系。LUB-HM的潤滑系數(shù)降低率高于江蘇油田常用的潤滑劑，潤滑性能優(yōu)異。

表1 不同潤滑劑在不同漿中的潤滑性能

其潤滑機理主要通過化學(xué)沉積和物理覆膜來解釋。潤滑能力取決于液體的表面性能，借助于該性能，它能降低相互作用物體的界面剪切強度，同時阻止這些物體的相互靠近，只有在這兩種作用同時出現(xiàn)時，潤滑能力才得以體現(xiàn)。LUB-HM 中的改性后的油酸酰胺與有機鉬酸反應(yīng)，生成含極壓鉬的油酸胺，經(jīng)表面活性劑橋接，在界面穩(wěn)定附著，產(chǎn)生減摩效果。在高溫高壓作用下，納米極壓鉬表現(xiàn)出很強的吸附力和自修復(fù)能力，又形成片層膜結(jié)構(gòu)，對摩擦副表面自修復(fù)，進一步降低摩擦阻力；同時，納米極壓鉬晶格滑移，在金屬接觸面起到“滾珠效應(yīng)”，可將滑動摩擦變成部分滾動摩擦，形成滑動和滾動的復(fù)合摩擦，提高了其潤滑性能[1-2]。

2.2.2 抗溫抗鹽性

隨著井深和井溫增加，脫附增強，在水平井、大位移井中井壁與鉆具的摩擦增大，因此對泥漿潤滑劑的抗溫性能更高。采用符合Q/SHCG 4—2011中的性能指標(biāo)測定，參照標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，120 ℃下在淡水基漿、4%鹽水基漿、15%鹽水基漿中加入1%LUB-HM，熱滾16 h 后，冷卻降溫至25 ℃，檢測其高溫?zé)釢L后的潤滑系數(shù)，結(jié)果見表2。

從表2中數(shù)據(jù)分析得出，120 ℃高溫?zé)釢L16 h后，以淡水漿為例，對比KD-21C、KD-51、RH-102和LUB-HM 的潤滑系數(shù)降低率，從高到低排序為LUB-HM、KD-21C、KD-51、RH-102，說明LUB-HM更適用于高溫鉆井的淡水泥漿體系。以4%和15%鹽水漿為例，對比KD-21C、KD-51、RH-102 和LUB-HM 的潤滑系數(shù)降低率，從高到低排序為LUB-HM、KD-21C、RH-102、KD-51，說明LUB-HM更適用于不同濃度的高溫鉆井的鹽水泥漿體系。

表2 不同潤滑劑在不同漿中的抗溫抗鹽潤滑性能

2.2.3 起泡性

泥漿起泡和增黏會給鉆井帶來較大影響，致使泥漿密度下降，對泥漿液柱壓產(chǎn)生影響，地表泥漿黏度切力上升，流動差。因此泥漿潤滑劑添進鉆井液中，需達到不起泡或起泡不明顯的要求[8-10,17-35]。

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鉆井液用液體潤滑劑通用技術(shù)要求》（Q/SH 1500 0031—2013）評價LUB-HM 的起泡性。室溫下，在300 mL 淡水漿或4%和15%的氯化鈉鹽水漿中加入1% LUB-HM，在 11 000 r·min-1下高速攪拌5 min 后開始計時，在20 s 內(nèi)將泥漿倒人1 000 mL 量筒，30 s 內(nèi)讀取泥漿體積，計算起泡率，結(jié)果見表3。

表3 不同潤滑劑在不同漿中的起泡性能

從表3分析，LUB-HM 比江蘇油田常用潤滑劑KD-21C、KD-51 和RH-102 更適用不同泥漿體系，起泡率低于標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 15000031—20l3 中要求的起泡率≤10%指標(biāo)，因此LUB-HM 起泡率低，滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求[2]。

2.2.4 熒光級別在探井鉆探中，地質(zhì)錄井要求泥漿添加劑及泥漿本身熒光強度低，原因是勘探井和地質(zhì)錄井經(jīng)觀察返出巖屑在紫外光下熒光顏色和強度判斷鉆遇油層[1-2]。以江蘇油田原油為基準(zhǔn)檢測LUB-HM 無熒光，對探井、地質(zhì)錄井無影響[11-13]。

2.2.5 生物毒性

根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6788—2010、SY/T6787—2010 進行生物毒性、生物降解性、重金屬和芳烴含量檢測[36-45]，定量取LUB-HM 潤滑劑檢測，結(jié)論表明LUB-HM 的生物毒性為無毒，符合環(huán)保要求[1-2,14-16,53]，數(shù)據(jù)見表4。

表4 LUB-HM 的生物毒性分析

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

2.3.1 真11-16 井。

采用真11-16 井的2 550 m 井漿對潤滑劑進行鉆井液配伍性評價，本井段巖性主要為棕紅色泥巖和暗棕色泥巖，地層易造漿。井漿主要由膨潤土、純堿、聚合物PMHA 和Na-HPAN 組成，同時含有地層中已造漿的泥巖水化物[46-48]。

在井深2 550 m 時，測井斜角24°，由于鉆具提升摩阻大，鉆臺滑動困難，2021年10月30日8:00井隊開始短起下30 組鉆桿，15:00 結(jié)束。該井泥漿設(shè)計密度大，現(xiàn)場實際搬含較高，為保證試驗的準(zhǔn)確性，于14:30 開始通過液堿和鉆井液用稀釋劑調(diào)整流變性，打開雙除和離心機，清除井漿中劣質(zhì)固相和循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的沉砂，循環(huán)時間3 h。調(diào)整后的井漿密度1.35 kg·L-1，漏斗黏度68 s，鉆具提升摩阻18 kN，黏附摩阻5 kN。在井深2 550 m 時，按照井漿實際循環(huán)量100 m3計算，17:30 開始投加1.2 t 的LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑，17:45 時LUB-HM高效鉆進乳液鉬潤滑劑已均勻分散在井漿中，到達鉆頭局部位，經(jīng)環(huán)空旁通約50 min 后，18:35 循環(huán)返至井口，取井口返漿測得漏斗黏度70 s。19:00 取井口返漿測得井漿密度1.35 kg·L-1，鉆具提升摩阻14 kN，黏附摩阻3 kN，摩阻均下降。

2.3.2 鹽城601 斜井

采用屬于油氣井的鹽城 601 斜井鹽水漿對LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑進行鉆井液配伍性評價。鹽城601 斜，油氣井，設(shè)計井深4 000 m，50765HD 鉆井隊承擔(dān)，泥漿體系為15%的氯化鉀鹽水漿[49-53]。

2021年11月13日，10 點30 分已鉆井深3 665 m，井漿220 m3，井斜30.01°，泥漿黏度60 s，泥漿密度1.35 g·cm-3。13日中午12 點，未投加LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑，上提17～18 t，下放15～16 t。13日下午3 點30 分投加1.57 t LUB-HM高效鉆進乳液鉬潤滑劑，在泥漿體系中加量為0.7%，用2 號罐投加，在4 點投加完LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑。通過計算，LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑到達鉆頭的時間在30 min 左右，從環(huán)空返回大約需要2 h。下午6 點10 分，檢測泥漿，其黏度61 s，密度1.35 g·cm-3，未對泥漿產(chǎn)生影響，上提磨阻14～15 t，下放磨阻11～12 t，均得到有效下降。

3 結(jié) 論

LUB-HM 具有優(yōu)異的極壓減磨性和潤滑性能，常溫下可使基漿潤滑系數(shù)降低率達到85%以上，抗溫120 ℃，抗15% NaCl 鹽漿，有效降低淡水泥漿和鹽水泥漿的潤滑；無熒光，對勘探井、地質(zhì)錄井無影響；無生物毒性，符合環(huán)保要求。通過加入LUB-HM 高效鉆進乳液鉬潤滑劑前后的井漿物性分析，其對鉆具提升摩阻和黏附摩阻均有良好的潤滑性和流變性能，不起泡，不影響井漿的密度，對井漿的黏度影響小，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著。