新型钻井液润滑剂HML-1的配方优选与性能评价

根据目前使用的钻井液润滑剂存在的不足，提出了研制一种新型钻井液润滑剂的必要性。通过正交实验优选了润滑剂配方。经室内实验和现场试验证明该产品润滑性能好，与粘井液配伍性好，且无毒性，对环境影响小。     

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近海钻井过程中产生的钻屑通常直接向海洋排放以致形成一个钻屑堆,海底探测发现,使用油基钻井液的钻井过程中所产生的钻屑上残余的矿物油降解速率非常慢,岩屑堆下的动植物被窒息,而且还影响到岩屑堆周围的海洋生命,因为残余的矿物油许多年内都在进行缓慢的有氧生物降解过程,耗尽了油周围水中的氧,因而需要研究既不污染环境又具有优良特性的新型钻井液,文章首先对酯基液的制备和性能以及乳状液配方的优选进行了简单描述,然后对优选出的酯基钻井液配方进行了系统的评价试验,研究结果表明,所研制的酯基钻井液体系具有优良的润滑性和储层保护性,其页岩抑制性介于柴油基和水基钻井液之间,适用于井底温度不超过120℃的钻井条件。     

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钻井过程中,由于钻井滤液的侵入,地层中的粘土矿物发生水化,膨胀,分散,削弱了岩石的力学强度,导致井壁失稳的发生,文中简述了聚乙二醇钻井液页岩抑制机理;浊点行为,协同作用,渗透作用,结合室内实验分析了影响聚乙二醇钻井液抑制作用的因素,当温度达到聚乙二醇的浊点温度后,聚乙二醇从溶液中析出封堵页岩裂缝,当在聚乙二醇钻井液中加入合适的无机盐后,无机盐与聚乙二醇起协同作用,提高了聚乙二醇的页岩抑制性能,达到稳定页岩的目的。     

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章首先介绍了弹性石墨无毒，无味，性能稳定的特点。并介绍了将弹性石墨作为固体润滑剂应用于水基钻井液所进行的系列实验研究，包括弹性石墨对钻井液滤失性及流变性的影响，对钻井液润滑性能的改善等，以及通过对不同加量下的弹性石墨对钻井液性能的改善效果确定其合理加量。研究结果表明，弹性石墨与实验用水基钻井液相容性良好，地流变性影响很小，具有降低钻井液滤失量的作用，并且能明显地改善钻井液润滑性能，是抗温性能优良的钻井液润滑剂；在钻井液中加入0．3％弹性石墨后，在150℃高温条件下老化16h后，可以将钻井液的润滑系数降低30．4％，滤饼粘滞系数降低30．1％。     

新型钻井液润滑剂配方优选与性能评价

钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂。它的作用是改善钻井液润滑性，降低井壁与钻具（或套管）之间的摩擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力，从而减少卡钻事故的发生。根据目前使用钻井液润滑剂存在的不足，提出研制一种新型钻井液润滑剂，通过正交实验优选了润滑剂配方，经室内实验和现场试验证明该产品润滑性能好，与钻井液配伍性好，无毒性，对环境影响小。     

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随着油气田勘探开发向纵深发展，钻遇的硬地层越来越多，地层的岩石可钻性级值及硬度增高。冲击旋转钻井技术这一被认为是破碎坚硬岩石最有效的方法目前在石油钻井界得到了普遍重视。冲击旋转钻进是冲击式钻进和旋转钻进结结合的一种钻进方法，在钻遇坚硬地层时，以其钻速快，钻井成本低、岩屑大、钻压低和井斜程度轻等优点受到油气田的普遍欢迎。文章通过对背压式液动冲击器进行室内试验研究，得出了各种冲击参数（冲击频率、振动幅值、冲击力大小）对其使用性能的影响；为科学调整和设计背压式冲击器提供了一定的依据，同时也为背压式冲击器的现场试验及应用奠定了基础。     

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在钻井作业中，钻头与岩石的作用产生的振动实际上是随机振动，是造成整个钻柱系统振动的根源，也使得钻头与井底间的实际钻压产生较大范围的波动。由于钻头的横向振动使钻头中心实际运动轨迹偏离井眼中心，当钻头横向振动的振幅较大时，钻头将与井壁发生碰撞，这是造成钻头损坏的重要原因之一。文章利用较为简单的室内试验初步确定了钻头与井壁发生碰撞时恢复系数及碰撞力的大小。实验结果表明，牙轮钻头与J2s^2砂岩碰撞的恢复系数约为0．1；碰撞力与碰撞速度呈近似的线性关系，碰撞发生的时间较短。实验结果对于完善钻柱动力学研究，以及改善钻头的设计均有着重要的意义。     

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恒定部分水解聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ）、聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）浓度时,ＰＶＰ／ＳＤＢＳ混合溶液的粘度随ＳＤＢＳ浓度的增加在一浓度（Ｃ１）处陡然增大,到另一更高浓度（Ｃ２）后粘度不再增加,出现一个平台,相应混合溶液的表面张力曲线出现有两个明显的转折点Ｔ１和Ｔ２,Ｔ１处ＳＢＢＳ浓度与Ｃ１处ＳＤＢＳ浓度相同,ＳＤＢＳ浓度小于Ｔ１时,混合溶液表面张力低于单独ＳＤＢＳ溶液表面张力,从Ｔ开始,混合溶液表面张力小     

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欠平衡钻井作为一项为油气田勘探开发服务的新技术,在国内外已迅速发展。然而,国内在井底负压差设计理论与控制工艺方面的研究较少。文章讨论了欠平衡钻井井底负压差的确定因素和合理钻井液密度的计算方法。同时,着重论述了几种切实可行的井底负压差控制方法。文章所提出的有关理论模型和方法经过多口井的现场应用具有很高的参考价值,为今后的欠平衡钻井实践提供了借鉴。     

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模拟井底应力条件测量岩石的可钻性是非常困难的，而常压下岩石可钻性与井底围压下岩石可钻性相差较大，远不能满足工程需要；章通过室内试验，建立了岩石可钻性级值与岩石力学参数的相关模型，再把井底围压下的岩石力学参数代入此模型中计算，可以得到井底应力条件下的岩石可钻性级值，通过在油气田的实际应用，取得了较好效果，能很好解决钻头选型和钻速预测这一问题。     

钻井液用微乳液润滑剂NE的研究与应用

当前钻井液用液体润滑剂存在抗温性能差、制备工艺复杂、起泡率及荧光级别高等难题,制约了水平井钻井井眼的有效延伸,降低了钻井效率。结合胶体与界面化学基础理论,以液态石蜡、Span80及Tween80等为原料,研发出一种微乳液润滑剂NE,并通过室内实验评价了其性能,分析了其主要润滑机理。研究结果表明,NE稀释后形成的纳米液滴呈正电性,平均粒径在187～258 nm之间;加入2.0% NE后膨润土浆的润滑系数降低率为83.8%,泥饼黏附系数降低率为74.2%;NE可抗160℃高温,耐温性良好,荧光级别为2级,起泡率低,与钻井液配伍性良好;基于吸附作用与纳米效应,NE可良好地吸附在矿物与金属钻具表面,大幅提高润滑效率。现场应用结果表明,NE可大幅降低钻柱扭矩与摩阻,减少卡钻事故发生频率,满足水平井段钻井液润滑性的技术要求。      

一种钻井液用高效抗磨润滑剂

长水平井段高摩阻扭矩及深井高温高压环境,对钻井液润滑剂的润滑抗磨能力提出了更高的要求。传统钻井液用润滑剂难以满足上述技术要求。基于“固-液”协同高效润滑技术思路,优选改性植物油MVO-3、改性可膨胀石墨GIC,结合分散剂、乳化剂的优选及制备条件的优化,研制出了一种高效抗磨润滑剂SDL-1。评价结果表明,5%淡水基浆、4%盐水浆中加入0.5% SDL-1时,其润滑系数降低率分别为不小于85%、大于70%。SDL-1与现场钻井液的配伍性良好,抗温达150℃,起泡率低,且荧光级别小于5级。销-盘式摩擦磨损实验结果表明,SDL-1的抗磨耐磨效果优良,润滑持效性较好,可有效缓解或解决复杂井高摩阻扭矩技术难题,具有良好的推广应用价值。      

新型植物油钻井液润滑剂的研究与应用

以废弃植物油脂为原料,通过将废弃植物油脂与相对分子量较小的醇类进行酯化或者酯交换反应,生成长链的脂肪酸酯,并经过表面活性剂和抗高温处理,制得一种新型植物油钻井液润滑剂。在常温下,6%膨润土浆中加入1%该润滑剂后,极压润滑系数可降低85%~88%,黏附系数可降低78%~86%;该润滑剂抗温达140℃,抗盐达10%,荧光级别为3级,EC50值在50 000 mg/L以上,与聚合物、聚磺钻井液的配伍性好。该润滑剂在胜利油田桩23、莱87区块进行了现场应用,降低了钻井摩阻,缩短了钻井周期。桩23区块使用该润滑剂后,原油用量减少了一半以上,甚至可完全不用原油,井深3 900 m的试验井平均建井周期从33.55 d缩短为29.11 d,缩短了10%以上;莱87区块井深为3 100 m的井,平均建井周期缩短了22.1%,钻井液成本降低了9.8%。废弃植物油的利用,节约了能源,有利于环境保护。     

水基钻井液用润滑剂SDL-1的研制与评价

高摩阻高扭矩问题是制约水基钻井液在大位移长水平段井应用的因素之一。针对这一问题,利用长链脂肪酸、小分子多元醇等原料,合成出了多元醇合成酯主剂,然后与极压添加剂复配形成水基钻井液用润滑剂SDL-1。性能评价结果表明,4%淡水基浆中加入1%润滑剂SDL-1,润滑系数的降低率为85.2%,泥饼的黏附系数降低率为59.3%;在150℃下老化16 h后,润滑系数的降低率可达94.0%,泥饼的黏附系数降低率为62.3%;在180℃下老化16 h后,润滑系数降低率仍可达90%,因此润滑剂SDL-1可抗温180℃;此外还能抵抗30% NaCl和30% CaCl₂的污染。四球摩擦实验表明,经30 min摩擦后,SDL-1能有效减少划痕,降低表面磨损,抗磨效果优于国外润滑剂DFL。在2.0 g/cm3无土相钻井液体系和2.2 g/cm3环保钻井液体系中加入2%的SDL-1润滑剂后对体系的流变性影响较小,并能将体系的润滑系数降至0.08。整体而言,SDL-1具有良好的润滑性能和抗温抗盐污染性能,在深层大位移井中具有一定的应用前景。      

新型水基钻井液用极压抗磨润滑剂的研制

合成了一种有机硫型极压抗磨剂,对其进行结构表征和极压抗磨性评价,结果表明,合成的有机硫化物为饱和烷烃,含硫量高达35.49%,具有良好的极压抗磨性。以改性植物油为基础油,添加有机硫型极压抗磨剂、表面活性剂等环境友好型组分,研制出一种钻井液用极压抗磨润滑剂MPA。性能评价结果表明,研制的MPA配伍性好,在清水或钻井液体系中能完全分散,能优化水基钻井液性能,具有优良的润滑性能。      

高密度钻井液用润滑剂SMJH-1的研制及性能评价

针对高密度钻井液对润滑性能的要求,采用多元醇、含双键的长链脂肪酸、矿物原料等为原料合成一种高密度钻井液用润滑剂SMJH-1,其为一种接入具有极压抗摩能力化学元素的大分子酯。性能评价结果表明,润滑剂SMJH-1加量为1%、2%和3%时,润滑系数降低率为24.2%、33.6%、38.3%,具有良好的润滑性,抗温达180℃,抗盐达30%,对密度为1.4~2.0 g/cm3的高密度钻井液在150℃、16 h老化前后流变性能影响较小,并有助于高温高压滤失量的控制。SMJH-1通过物理化学吸附作用和侧向黏附力在钢质表面形成固态膜,增强表面的疏水性,控制流动界面内的固有涡流,减少摩阻压力。该润滑剂在元陆601H和元陆31井进行了试验应用,取得较好的润滑效果。      

环保型全白油基钻井液的研究与应用

随着油基钻井液在国内外的使用规模越来越大,室内优选出了2套密度达到2.0 g/cm3、抗温能力达到150℃的全白油基钻井液的基础配方,并于2009年率先在中国辽河油田沈307井3 709～4 146 m井段进行了现场应用.结果表明,该全油基钻井液具有较好的流变性、沉降稳定性、剪切稀释性以及优良的悬浮和携带固相的能力,滤失量低,满足了现场施工的要求;具有较强的抗水侵(20%水)和抗土污染能力(15%劣质土);该钻井液在沈307井三开井段的使用性能良好,机械钻速高.全白油基钻井液在沈307井的成功应用,为长城钻井液公司进一步拓展海外油基钻井液市场奠定了坚实的技术基础.     

润滑剂基础油在钻具表面吸附模拟

采用分子模拟方法考察了3种润滑剂基础油在铁钻具表面的吸附行为。蒙特卡洛模拟结果表明:甘油三C18脂肪酸酯具有空间变形能力,在铁表面吸附能为-48.7352 kJ·mol-1,吸附能为正构C18和C18脂肪酸甲酯两倍左右。动力学模拟结果表明:正构C18和C18脂肪酸甲酯在铁表面形成单分子层结构,油膜厚度约为0.35 nm;甘油三C18脂肪酸酯在铁表面吸附油膜厚度为1.5 nm左右。甘油三C18脂肪酸酯在铁钻具表面吸附能强,形成油膜厚,润滑能力优于正构C18和C18脂肪酸甲酯。      

双吸附基润滑剂SR-1的研制及其作用机理探讨

以高分子脂肪酸为亲油基,通过引入双吸附基亲水基团,合成了双吸附基润滑剂SR-1,使其在摩擦界面的吸附强度增加,从而降低了其他钻井液处理剂对其润滑能力的影响,在各类钻井液体系中均有较好的润滑性。室内评价结果表明,SR-1采用了双吸附基团,且吸附基团位于分子链同端,更易于在摩擦界面上的吸附,吸附层致密,吸附后不易脱附,因此具有较低的加量和良好的润滑能力,抗盐达20%,抗温达220℃,SR-1可将聚磺钻井液极压润滑系数降至0.06以内,润滑系数降低率为80.24%,p H值不大于12时不降效,与钻井液配伍性好,有利于降低滤失量,满足深井、定向井和水平井提高钻井液润滑性的需要。     

加重钻井液防重晶石沉降技术

重晶石沉降往往发生在钻井过程中,而在静置过程中由于钻井液凝胶强度的存在,沉降稳定性较好,而一直以来忽视了动态沉降问题。基于以上问题,提出采用老化罐静态沉降测试法和黏度计动态沉降测试法(改进VST法)来综合评价重晶石的沉降情况。并将重晶石的粒径与沉降稳定性的测试方法相结合,寻求出一种重晶石防沉降技术。实验结果表明:在常规重晶石中复配一定量的超细重晶石,能够较大程度地改善重晶石沉降的问题,尤其是重晶石的动态沉降问题,动态密度差由单一常规重晶石加重情况下的0.436 g/cm3下降为0.011 g/cm3,解决了重晶石沉降问题。