水基钻井液强吸附多元醇酯键合润滑剂及作用机理

常用水基钻井液润滑剂在金属摩擦界面上的吸附力弱,难以形成致密、且耐剪切的润滑膜,导致钻井摩阻、扭矩高,引发阻卡、卡钻等井下事故。为提高润滑剂在金属钻具表面的吸附能力,以多元醇和长链脂肪酸为原料,通过脱水缩合制备了一种多元醇酯键合润滑剂,其极压摩擦、滤饼黏附及“点对点”摩擦的润滑性能均优于国内外同类产品,抗温达150 ℃;通过四球摩擦实验、扫描电镜观察、X射线光电子能谱等研究了键合润滑剂的作用机理,表明其多羟基结构可与Fe元素形成强于普通物理吸附的键合吸附,从而可在金属钻具表面形成厚度约45 nm的致密、抗剪切润滑膜;同时也可吸附在重晶石表面,利于降低钻井液内摩擦。      

ZR极压多性润滑剂的研究

介绍了一种新型的钻井液添加剂——ZR 极压多性润滑剂,对该剂进行了室内性能评定和矿场应用试验。ZR 极压润滑剂是一种低荧光,降阻效果良好,对钴井液的其它性能影响不大的化学添加剂。     

JLX水基防塌润滑剂的吸附特性研究

ＪＬＸ水基防塌润滑剂是一种环境可接受的非离子型水基钻井液处理剂、实验室考察了这种防塌润滑剂在粘土颗粒表面上的吸附特性。实验从吸附速度、吸附等温线形状，无机盐种类及氯化钾加量的变化对吸附量的影响等方面，获得了一些规律性的认识，加动态平衡的吸附时间为２ｈ，ＪＬＸ的吸附量随无机盐加量的增加而增加，吸附等温线形状基本符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附，ＪＬＸ在水溶液中与ＫＣｌ复配有利于前者的吸附等。这些认识为进     

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明:流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。      

高效聚合物钻井液泥饼润滑剂的研制及其作用机理分析

为改善井壁泥饼在水平井和大位移井钻进至中后期的润滑性,研发了一种能有效降低水平段摩阻的固体粉末状高效聚合物水基钻井液泥饼润滑剂RHGXJ-3（羧酸共聚物、针状硅酸盐、聚丙烯微粉质量比为10∶11∶2）,通过测定泥饼黏滞系数、温度敏感性和钻井液配伍性,明确泥饼润滑剂RHGXJ-3 的作用效果和适用条件,并结合SEM和XRD微观表征技术分析该泥饼润滑剂的润滑机理。研究结果表明,将泥饼润滑剂以0.9%的加量加入井浆并制得泥饼,静置1 min 后测得的泥饼黏滞系数相较于加剂前从0.0966 降为0.0496,泥饼润滑性提高了48.65%。温度敏感性测试结果表明该泥饼润滑剂的适用温度为30～120 ℃。该泥饼润滑剂与钻井液的配伍性良好,0.9%的加量下可将井浆的漏斗黏度由55 s 降至39 s,井浆流动能力提升29.1%。该润滑剂够在泥饼表面和内部生成溶剂化水膜和凝胶类物质,通过填充空隙、提升压缩性等途径提高泥饼的润滑性,降低泥饼摩阻。与石墨和球状固体润滑剂相比,润滑剂RHGXJ-3 的泥饼润滑效果更佳,是其它固体润滑剂的1.6～2.2 倍,而使用成本则降低约50%。     

XCR水基极压润滑剂的研制及应用

针对油基润滑剂对环境造成污染和常规水基润滑剂极压润滑持效性差的问题,室内合成了一种新型的水基极压润滑剂XCR。XCR极压润滑剂是一种含S、P、Zn等活性元素的润滑剂,能在金属表面形成无机、有机、聚合物多层复合膜,将金属与金属之间的摩擦转化为金属与多层复合膜间的摩擦。对其性能评价表明,该剂润滑效果好,加量为2%时极压润滑系数降低率在65%以上,而且极压润滑持效性强;抗温为150℃;对钻井液流变性基本无影响,略有降滤失作用,有一定的抑制性,可使钻井液钻屑回收率提高7%以上。该剂已在河南、中原、四川、江汉等油田应用。     

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明：流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。     

钻井液用新型极压抗磨润滑剂SDR的研制及评价

针对目前钻井液用常规润滑剂极压膜强度低、润滑持效性差、荧光级别高、抗温性能差等问题,首先在植物油提取物中引入硫、磷、硼等活性元素,合成出一种钻井液用极压抗磨添加剂,然后将其与表面活性剂按一定比例添加到基础油中,制备出了润滑剂SDR.性能评价结果表明,SDR加量为1.5％时,极压润滑系数降低率大于75％、极压润滑持效性强,抗温达180℃;对钻井液流变性和滤失性无明显影响,与不同钻井液体系配伍性良好;有较高的负荷磨损指数和烧结负荷,较低的磨斑直径以及较高的极压膜强度;荧光级别在1～2级,无毒、易生物降解.作用机理分析结果表明,SDR能在金属表面形成无机-有机-聚合物多层复合膜,将钻杆与井壁之间的摩擦转化为钻杆与多层复合膜之间的摩擦.     

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。      

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。      

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。      

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。      

钻井液用极压润滑剂JM-1的制备与应用

针对目前钻井液常规润滑剂极压膜强度低、抗温性能差、润滑持效性差等问题,首先将植物油和含硫、磷、钼等活性元素的有机钼化合物反应,合成出有机钼减摩剂,然后将其与10#白油进行复配,制备出了极压润滑剂JM-1。性能评价结果表明,JM-1加量为1.5%时,极压润滑系数降低率大于65%,有较高的极压膜强度,润滑持效性好,抗温达150℃,无毒,无污染,荧光级别较低,与钻井液体系配伍性良好,不引起钻井液发泡。该润滑剂在大斜度定向井腰1-1HF井和北港1井进行了现场应用。在腰1-1HF井使用了该润滑剂后,水平段提升摩阻降低50%,全井起下钻、下套管顺利。北港1井后期划眼复杂期间使用该润滑剂,钻井液的润滑性能得到了明显改善,井眼垮塌现象也得到了有效抑制。      

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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）之间的磨擦，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。文章根据目前使用的白油钻井液润滑剂存在的不足，提出研制一种新型白油钻井液润滑剂。通过正交实验优选了润滑剂配方。经室内实验和现场实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。     

一种高性能环保型钻井液润滑剂的研究与应用

随着钻井地质条件的日益苛刻,长水平段高摩阻扭矩、深井高温等复杂环境对钻井液润滑剂的润滑性、抗温能力及环保性等提出了较高的技术要求,现有的钻井液润滑剂通常难以同时满足上述需求。笔者通过对环保基础油、润滑改性剂的优选及制备条件优化,研制出了一种高性能环保型钻井液润滑剂HPRH。室内评价结果表明,当其加量为0.5%时,HPRH在淡水基浆及4% NaCl盐水浆中的润滑系数降低率分别达到93.75%及80.64%;可抗温160℃,起泡率低,且无荧光;室内销-盘式摩擦磨损试验结果表明,HPRH的抗磨耐磨效果显著,润滑持效性好,长磨60 min后盘的体积磨损量仅为6.92×10-13 mm3/（N·m）。HPRH在塔里木油田LN区块2口评价井水平井段进行了现场试验,应用结果表明,与现场常用复合润滑剂相比,HPRH表现出显著的高性能特点,润滑持效性良好,用量减少了50%以上,且有效避免了托压、卡钻等井下复杂事故,起到了显著的降本增效效果。      

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。      

GCY-X体膨型堵漏剂的研制与性能评价新方法

用水溶液聚合法合成了一种具有膨胀可变形性的堵漏剂GCY-X,并对其性能进行了评价.评价结果表明,该堵漏剂在室温下的吸蒸馏水倍数为303倍(m/m),在须五段现场钻井液中的吸液倍数为20倍,抗温可达100℃.通过对现有仪器改造,形成了体膨型堵漏剂产品的封堵性能评价实验方法.封堵评价结果表明,GCY-X与钻井液的配伍性好,配伍钻井液针对宽度为1.2～2.5 mm的岩心模拟裂缝的封堵能力可达100％,承压能力为6MPa.形成的GCY-X产品封堵性能评价实验方法可行有效,弥补了目前针对体膨型堵漏剂封堵性能评价方法存在的不足.     

清洁润滑快钻剂CLSD的研制及性能评价

清洁润滑快钻剂CLSD以废弃油脂为原料,在确定其合成工艺和技术参数基础上而制得,室内性能评价结果表明其具有优良的综合性能:配伍性良好,基本不影响流变性,能适当降低中压滤失量;接触角为170.5°,亲油疏水性强,清洁润湿性好,容易吸附在金属表面铺展形成油膜;0.4%浓度时表面张力降低率为68.69%,使钻井液更容易渗入钻头冲击井底岩石时所形成的微裂缝中,降低储层水锁伤害;极压润滑系数降低率为91.83%,泥饼黏附系数降低率为62.67%,且随着温度的升高,润滑性增强,能降低扭矩及钻井液摩擦力;抑制性强,抗饱和NaCl;抗温达160℃,而且高温热滚后基本不起泡,随着井深增加钻井液性能稳定,适用于深井或超深井;能减小压持效应,提高钻速,室内钻井模拟其机械钻速提高率可达35.2%。