一种新型水基高效液体润滑剂性能评价及应用

李丽，曾颖峰，刘伟，任茂，陈智晖

（1.中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳 618000；2.中国石化石油化工科学研究院，北京100083；3.中国石化西南油气分公司钻井工程处，四川 成都 610041）

一种新型水基高效液体润滑剂性能评价及应用

李丽1，曾颖峰2，刘伟3，任茂1，陈智晖1

（1.中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳 618000；2.中国石化石油化工科学研究院，北京100083；3.中国石化西南油气分公司钻井工程处，四川 成都 610041）

石油钻探过程中需大量使用钻井液润滑剂降低钻井摩阻，由于地质和钻井施工条件复杂，需要润滑剂具备强润滑性、低起泡率、强抗温性和抗钙污染能力等，现有润滑剂存在多种性能不能同时兼顾的缺点。通过基础油筛选、多功能添加剂优选复配以及与其他添加剂一起优选优配出新型水基高效液体润滑剂RIP-1。RIP-1常温下淡水基浆老化前后润滑系数降低率由86.3%下降到84.2%，起泡率由3.3%上升至13.3%，较其他润滑剂综合性能最优；盐水基浆老化前后润滑系数由71.1%上升至95.3%，起泡率由11.7%上升至12%，同时抑制盐水浆起泡；钙离子对RIP-1润滑效率未产生明显影响，RIP-1中多种表面活性剂复配协同效应使润滑系数变化率仅9.2%。RIP-1在川西和元坝气藏的X8-1H井和YB272H井中进行了现场应用，结果表明，RIP-1能有效降低钻柱扭矩，同时抗温性能强，钻井液密度应用范围宽，适用于陆相和海相气藏的勘探开发要求。

液体润滑剂；润滑效率；现场应用；水基；气藏

0　引言

在石油钻探过程中，需要大量使用钻井液用润滑剂，以降低钻井过程中的摩擦阻力、提高钻速和降低井下事故，从钻井工艺着手，可通过添加合适润滑剂来改善钻井液润滑性能，以达到降低钻井摩阻的目的［1］。

钻具在井眼中的运动和井壁所产生的摩擦属于混合摩擦（包括边界摩擦、流体摩擦和干摩擦）。其中，边界摩擦由于2个接触面间有一极薄的润滑膜，摩擦副的磨损不取决于润滑剂的黏度，而与摩擦表面和润滑剂的特性有关。处于极其复杂摩擦状态的钻柱对润滑剂提出了极高的要求；如果钻井液中含有重晶石等加重材料时，则存在磨粒磨损影响润滑效率。针对上述问题，可主要通过功能添加剂来提高润滑剂极压性，增强摩擦副的表面油膜厚度来改善润滑剂润滑性［2-3］。

通过选择适宜的基础油，复配改性动植物油脂或合成润滑剂、表面活性剂、其他功能添加剂，研制出一种新型水基高效液体润滑剂RIP-1。该液体润滑剂润滑性优异，起泡率低，同时能满足160℃的工况需求，在多口气井中进行了现场应用。实钻应用表明，新型润滑剂能有效降低钻井液摩擦系数和钻柱扭矩。

1　室内研制

1.1基础油筛选

基础油作为钻井液润滑剂最主要成分，不仅可作为各类添加剂的载体，本身也具备润滑作用。选择基础油的指标主要为运动黏度、闪点、芳烃含量等。通常，高黏度矿物油润滑性能优于低黏度矿物油，但前者乳液稳定性差，且难调制；闪点低的基础油，挥发性高，容易着火，安全性较差。基础油中芳烃含量越低，则产品的荧光级别越低，同时基础油中的芳烃含量会影响倾点、苯胺点、溶解能力、氧化安定性以及添加剂感受性等方面［4-6］（见表1）。

表1　不同基础油的各项性能比较

表1中列出了不同基础油的各项性能指标。各类油品均为低黏度油品，综合考虑油品的闪点和对添加剂的溶解性能，选定基础油B作为RIP-1的基础油。

1.2功能添加剂研制与复配

功能添加剂主要指极压剂、油性剂和其他具有抗泡效果的添加剂等。在一定量的基础油和表面活性剂中加入相同质量分数的不同功能添加剂，配成钻井液润滑剂基础配方。将所配的钻井液润滑剂按1%的添加量加入到基浆中，评价其在160℃高温16 h老化前后的极压润滑性（见表2）。

表2　基浆中不同功能添加剂老化前后极压润滑系数值

1号和4号功能添加剂老化前后钻井液极压润滑系数降低率可达95%以上。从功能添加剂的润滑性能、与钻井液配伍性评价2方面，选择1号功能添加剂，该1号功能添加剂具有黏附性强、抗高温、耐水解等特性。

将B基础油、1号功能添加剂和表面活性剂优选复配，和其他改善剂一起配制出RIP-1。

2　性能评价

2.1淡水基浆中润滑系数测定

极压润滑仪可以评价润滑剂降低扭矩的效果［7］。室内配制淡水基浆和4%盐水基浆。采集取样多种国内外常用液体润滑剂，进行室内性能评价（见表3）。

表3　淡水基浆润滑性能测定

一般而言，液体润滑剂中的表面活性剂类物质易使钻井液起泡，不利于钻井液性能维护，因此钻井液要求润滑剂能将起泡率控制在较低水平，减少对钻井液性能的负面影响。从多种润滑剂在基浆中的性能测定来看，RIP-1跟其他常用润滑剂相比，展现出最优的综合性能，不仅老化前后润滑系数降低率高，且起泡率值低，同时对基浆的性能影响较小。

2.2盐水基浆中润滑系数测定

从表4中可以看出：盐水实验浆自身常温下起泡率为10.0%，高温老化后起泡率升高；盐水浆中加入1%RIP-1后，常温下起泡率为11.7%，而高温老化后起泡率仅为12.0%。这显示出RIP-1抗盐性能优异，同时还能抑制盐水浆自身的起泡。

表4　盐水基浆润滑性能测定

2.3不同密度实验浆润滑性测定

室内在不同密度聚磺实验浆中进行润滑性能和流变、滤失性能测定。室内实验基础浆配方为：4%NV-1+ 0.2%MMAP+1%SMP-1+2%SMC+2%SPNH+3%FGL+重晶石，实验条件为常温和160℃，16 h（见表5）。

表5　实验浆性能测定

从室内评价结果来看，3%RIP-1加量下，聚磺实验浆密度不同，但润滑系数降低率相似。由于RIP-1中极压润滑组分能优先、充分吸附在极压润滑系数测定仪的摩擦副表面上，快速形成一层坚韧的边界膜，当大量重晶石进入摩擦界面后，对吸附边界膜厚度和强度影响不大，因此，不同密度对RIP-1润滑效率影响较小。

室内结果也显示，当聚磺实验浆密度不同时，实验浆的泥饼黏附系数降低率差异显著。因为泥饼黏附系数值直接表征泥饼的润滑性，随重晶石含量增加，沉积在泥饼中的重晶石颗粒增加，使泥饼变厚，韧性变差，因此，对RIP-1而言，在实际现场应用中，随着钻井液密度增高，需要提高润滑剂用量来抵消重晶石大量沉积对泥饼润滑性的侵害。

2.4钙组分对润滑剂效率的影响

一般而言，钻井液润滑剂的表面活性剂钻遇膏盐层或地层水时，其中的二价金属离子钙、镁离子易于使表面活性剂沉淀失效，从而润滑剂乳状液破乳。

在聚磺浆中加入0.5%CaCl2后钻井液的润滑系数有所增加，变化率为9.2%，说明钙离子的存在对RIP-1的润滑效率存在影响，但较小的润滑系数变化率显示出RIP-1中多种表面活性剂的复配协同效应使RIP-1的抗钙能力较强，该润滑剂能应用在某些含盐、钙的地层。

2.5温度对润滑剂效率的影响

从现场取回井浆样品，井浆为聚磺浆，密度为1.55～1.56 g/cm3，在井浆中加入2.2%RIP-1，在常温、85℃和125℃老化后，测试井浆的流变参数、滤失性和润滑性（见表6）。

表6　润滑剂抗温实验

从测试实验数据来看，不同温度下，测试井浆的动切适量降低，滤失量轻微上升，说明随着温度升高，井浆中某些处理剂性能发生变化，引起动切力和滤失量的变化，从润滑性能来看，随着温度的升高，泥饼黏附系数反而下降，显示在实验温度范围内，RIP-1保持着良好的润滑效率，能够适应现场的比较宽的温度变化。

3　现场应用

3.1X8-1H井

X8-1H井是四川盆地川西坳陷新场气藏的一口以须二段为目的层的水平井，该井完钻斜深5 815.00 m，最大井斜角91.20°，水平段岩性为灰白色中、细、粗粒（岩屑）石英砂岩。采用聚磺钻井液体系，为降低施工摩阻，在水平井段应用了RIP-1，应用井段284.77 m。

润滑剂现场应用过程中，钻井液密度为1.57～1.58 g/cm3。将X8-1H井与邻井1#井（一口须二段水平井）进行润滑性能对比。从2口井相同井段泥饼黏附系数趋势对比图（见图1）可以看出，X8-1H井试验井段泥饼黏附系数均低于邻井1#井相同井段。

图1　试验井与邻井泥饼黏附系数趋势对比

X8-1H井应用井段钻进和起下钻施工过程顺利。在未加入RIP-1时，起钻摩阻120.9～137.2 kN；当RIP-1加量1.5%时，起钻摩阻107.8～117.6 kN，降低9.8～19.6 kN，且入井试验井段起钻摩阻变化不大，保持稳定，显示出RIP-1加入井浆后，能有效提升钻井液的润滑性，降低钻井扭矩和起下钻摩阻。

3.2YB272H井

YB272H井是川东北巴中低缓构造上一口以海相长兴组气藏为目的层的超深水平井，水平段完钻垂深6 693.55 m，完钻斜深7 580.00 m，长兴组岩性为灰岩。在该井五开井段造斜段进行RIP-1试验应用，试验井段约853.00 m。

入井应用期间，RIP-1提升钻井液润滑性能明显。将YB272H井与邻井进行润滑性能对比（见图2），可以看出YB272H井试验井段泥饼黏附系数均低于邻井（1#，2#，3#井）相同井段的泥饼黏附系数值。

图2　试验井与邻井泥饼黏附系数趋势对比

YB272H井井底最高温度从150℃上升至160℃，在井浆中加入新型润滑剂后，泥饼黏附系数稳定在0.06～0.07，试验井段未出现明显托压、卡钻等井下复杂情况。该井应用井段井斜角从55.90°增大至93.10°再增大至93.80°，水平段井眼轨迹复杂，呈现三增两降一台阶，垂直投影呈“W”形，垂深落差达80.00 m，水平位移1 148.52 m，最大狗腿度46.44°/100 m。新型润滑剂应用过程中，上提实际摩阻137.2～156.8 kN，在正常范围内，显示出新型润滑剂高井温条件的稳定性和润滑性。

4　结论

1）该新型润滑剂具备优良的润滑性能，能够有效增强钻井液的润滑性，降低钻柱扭矩，同时抗温性能优秀。现场应用表明，该润滑剂具备抗160℃的地层温度和钻井需求。

2）该新型润滑剂密度和温度适用范围宽，能在陆相和海相气藏中发挥高润滑作用。

3）目前新型润滑剂仅应用于聚磺钻井液体系，需开展在其他钻井液体系中的应用研究。

［1］胥豪，唐洪林，张晓明，等.新沙21-27H长水平段水平井钻井实践［J］.断块油气田，2013，20（1）：111-114.

［2］蔡利山，赵素丽.井液润滑剂润滑能力影响因素分析与评价［J］.石油钻探技术，2003，31（1）：44-46.

［3］周风山，蒲春生，倪文学，等.钻井液润滑性的合理评价［J］.西安石油大学学报：自然科学版，1999，14（1）：22-25.

［4］田相元，王相磊，曹庆和，等.小井眼卡钻现象分析［J］.断块油气田，2002，9（6）：79-82.

［5］吉永忠，施恩刚.改性菜籽油脚润滑剂的初步研究［J］.钻采工艺，1998，21（4）：70-71.

［6］王怡迪，丁磊，张艳军，等.改性聚糖类钻井液防塌润滑剂的合成与评价［J］.断块油气田，2013，20（1）：108-110.

［7］霍胜军，贾万瑾，张萍，等.一种新型钻井液用液体润滑剂性能研究［J］.石油钻采工艺，2007，29（增刊1）：40-42.

（编辑付丽丽）

Performance evaluation of new water-based efficient liquid lubricant and field application

Li Li1，Zeng Yingfeng2，Liu Wei3，Ren Mao1，Chen Zhihui1
（1.Engineering Technology Research Institute，Southwest Oil and Gas Company，SINOPEC，Deyang 618000，China；2.Research Institute of Petroleum and Processing，SINOPEC，Beijing 100083，China；3.Drilling Engineering Department，Southwest Oil and Gas Company，SINOPEC，Chengdu 610041，China）

A lot of drilling fluid lubricants are used in oil drilling development to reduce friction.Because of complicated geological and drilling conditions，fluid lubricant should have strong lubrication，low foaming rate，high temperature resistance，calcium contamination resistance and so on，but now many lubricants do not have good multiple performance at the same time.RIP-1 is a new water-based efficient liquid lubricant.After and before high temperature ageing，lubricating coefficient of Water based slurry with RIP-1 decrease slightly from 86.3%to 84.2%，foaming rate has a small increase from 3.3%to 13.3%，so compared with other fluid lubricant，RIP-1 has an optimal comprehensive performance.Lubricating coefficient of salt water-based slurry with RIP-1 has increased greatly from 71.1%to 95.3%，foaming rate has a slight increase from 11.7%to 12%，and can inhibit the foam of salt water base slurry.Because of various surfactants in RIP-1，synergistic effect can ensure that RIP-1 has a calcium contamination resistance.RIP-1 has been already used in X8-1H of west Sichuan gas reservoir and YB272H of Guangyuan gas reservoir.In field application，RIP-1 can effectively reduce the drill string torque，and has a strong high temperature resistance and a wide range of application of drilling fluid density，so it can be used in marine and continental gas reservoir exploration and development.

liquid lubricant；lubricant efficiency；field application；water base；gas reservoir

中国石化集团石油工程管理部项目“元坝超深水平井高温高压钻井液润滑剂先导试验”（SG11061）

TE6；TE3

A

10.6056/dkyqt201503028

2014-11-11；改回日期：2015-03-11。

李丽，女，1978年生，工程师，2005年毕业于西南石油大学研究生院环境工程专业，现从事钻井液设计与研究。E-mail：ilovemyfamiliy@163.com。

引用格式：李丽，曾颖峰，刘伟，等.一种新型水基高效液体润滑剂性能评价及应用［J］.断块油气田，2015，22（3）：398-401. Li Li，Zeng Yingfeng，Liu Wei，et al.Performance evaluation of new water-based efficient liquid lubricant and field application［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2015，22（3）：398-401.