钻井液用极压润滑剂JM-1的制备与应用

陈　亮，吕忠楷

（1.中石化华东石油工程有限公司钻井液技术服务公司，江苏镇江212000；2.中国地质大学（北京），北京100083）

钻井液用极压润滑剂JM-1的制备与应用

陈亮1，吕忠楷2

（1.中石化华东石油工程有限公司钻井液技术服务公司，江苏镇江212000；2.中国地质大学（北京），北京100083）

陈亮等.钻井液用极压润滑剂JM-1的制备与应用［J］.钻井液与完井液，2016，33（5）：54-57.

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。

钻井液润滑剂；有机钼减摩剂；大斜度井；性能评价

0　引言

近年来，随着定向钻井技术的推广应用，特别是大斜度、大位移定向井和水平井的逐渐增多，钻井摩阻问题尤为突出，对钻井液润滑剂性能提出了更高的要求［1-2］。

目前，常用的润滑剂在现场实际应用中存在极压膜强度低、润滑持效性差、荧光级别高、抗温性能差等问题［3-4］，难以满足定向井高侧压力条件下的要求，尤其是大斜度、大位移定向井和水平井的需求。因此，如何解决在极高的压力条件下，保持高效的润滑性能是至关重要的。

有机钼化合物作为有效的极压减摩剂，是一种重要的润滑脂添加剂，在润滑剂中得到了很好的应用， 可提高润滑剂的耐负荷能力，显著降低钻柱金属表面的摩阻［5］， 尤其在定向钻井的高侧压条件下，得到了广泛的应用。以有机钼化合物为原料［6］，与植物油、有机胺反应生成有机钼减摩剂主剂，再和10#白油进行复配，制备出抗高温、抗高压的钻井液用极压润滑剂JM-1产品［7］。

1　极压润滑剂JM-1的制备

在装有回流冷凝器、搅拌器和滴液漏斗的四口反应烧瓶中，依次加入定量的植物油、有机胺，在规定的反应温度下，反应1～4 h；反应结束后，加入有机钼化合物与促进剂，在一定的反应温度下，反应1～4 h，脱除反应副产物后，加入稀释剂，离心分离得有机钼减摩剂。

将定量的有机钼减摩剂和分散剂加入基础油（10#白油）中，在50～60 ℃下，充分混匀即为极压减摩剂JM-1产品。

2　极压润滑剂JM-1性能评价

2.1润滑性能

配制5%膨润土浆（1#）和现场常用的聚合物（2#）、聚磺（3#）、正电胶（4#）钻井液体系，加入不同量的JM-1，测定各钻井液在120 ℃热滚16 h后的流变性、滤失量和极压润滑性，结果见表1，钻井液配方如下。

1#5%膨润土+0.2%Na2CO3

2#5%膨润土+0.2%Na2CO3+0.3%DS-301+ 0.5%CMC+0.2%HPH+加重剂

3#5%膨润土+0.2%Na2CO3+0.1%NaOH+2%双聚铵盐+0.1%SN树脂+0.1%KJAN+加重剂

4#5%膨润土+0.2%Na2CO3+0.7%MMH+1.5% DFD+0.1%LV-CMC+0.5%FLO+加重剂

从表1可以看出，随着JM-1加量的增加，钻井液极压润滑系数下降明显，加量为1.5%时，各钻井液润滑系数降低率大于65%，表明JM-1具有良好的润滑效果；随着JM-1加量的增加，钻井液塑性黏度、动切力影响不大， 滤失量略有下降，表明JM-1 与各种钻井液体系的配伍性良好；JM-1加入各钻井液后，体系的密度基本不变，说明JM-1不会引起钻井液起泡。

表1　JM-1对钻井液流变性、滤失量及润滑性的影响

2.2极压性能

极压膜强度表示润滑剂的极压性能，极压膜强度越大，润滑剂的极压性能越强。在5%预水化膨润土浆中，加入不同量JM-1和市购润滑剂B，利用E-P极压润滑仪测定极压膜强度，结果见图1。从图1可以看出，与市购润滑剂B相比，JM-1加量为1%时，极压膜强度已超过100 MPa，表明极压润滑剂JM-1的极压性能良好。

图1　极压膜强度随润滑剂加量的变化曲线

2.3润滑持效性能

目前常用的润滑剂刚加到钻井液中润滑效果较好，但经过几个循环周或几天后润滑性下降，润滑剂的润滑持效性差，补充量大［8］。用E-P极压润滑仪测定了在4类钻井液中加入1.5%JM-1前后，不同极压摩擦时间的润滑系数，结果见表2。从表2可以看出，不加JM-1时，随着极压摩擦时间的增加，钻井液润滑系数不断上升， 滑块发热，表明所形成的润滑膜强度低，润滑持效性差；加入1.5%JM-1后，钻井液润滑系数基本保持不变，滑块不发热。表明JM-1在金属表面所形成的极压润滑膜强度高，润滑持效性好。

表2　加有JM-1的钻井液极压摩擦不同时间的润滑系数

2.4抗温性能

测定加有1.5%极压润滑剂JM-1的不同钻井液老化后的极压润滑系数，结果见表3。由表3可以看出，随着温度的升高，极压润滑系数略有上升，表明在150 ℃以内，温度对JM-1的润滑效果无明显影响，说明该产品具有较强的抗温能力。

2.5与常规钻井液润滑剂的性能对比

用5%膨润土浆，在常温下对不同润滑剂润滑性能进行了评价，结果见表4。从表4可以看出，JM-1在淡水钻井液中具有良好的润滑性能，润滑效果明显优于国内同类产品。

3　现场应用

JM-1极压润滑剂在张家垛油田的腰1-1HF、北港1井等大斜度井定向井、水平井进行了现场应用。

表3　温度对钻井液润滑剂性能影响

表4　淡水钻井液润滑剂性能评价

3.1腰1-1HF井

腰1-1HF井是部署在金湖凹陷石港断裂带上升盘腰滩构造金湖区块的一口探井［9］，该井井眼轨迹复杂（实际井眼轨迹为直-增-降-增-降-稳），完钻井深为3 566 m（垂深为2 872.65 m），水平位移大，为918 m，最大井斜达88.6°，是大位移水平井，钻柱侧压力大，摩擦力大，对钻井液的润滑性和极压抗磨性能提出了严格的要求，钻进超过井深2 800 m后，提升摩阻平均在30 t左右，加入1.5 t极压润滑剂JM-1，提升摩阻降为15 t左右，极压润滑系数从0.054 9降至0.026 2。测井和下套管前适当加大极压润滑剂的用量，保证了下套管和测井作业顺利进行。另外，JM-1对现场使用的聚胺钻井液流变性能影响不大，滤失量稍微降低，泥饼质量也有所改善；全烃值及荧光级别低，整个三开钻井施工中，通过对入井极压润滑剂全烃值和荧光级别的密切监测，全烃值和荧光背景值都很好地满足了录井要求，有利于发现油气层。

3.2北港1井

北港1井也是部署在金湖凹陷石港断裂带上升盘腰滩构造金湖区块的一口探井，完钻井深为3 871 m（垂深为2 436.54 m），水平位移为867 m。该井为27°左右定向井。北港1井钻进过程中使用的润滑剂为普通润滑剂KD-21C，测井后出现了阜宁段失稳划眼的井下复杂，损失了144 h的时间，延误了正常的工期，增加了钻井成本。在后期划眼期间，及时引入了新型钻井液极压润滑剂JM-1，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；缩短了钻井周期，提高钻井速度，降低钻井综合成本。

4　结论与建议

1.研制出的钻井液极压润滑剂JM-1润滑性能优异，加量为1.5%时极压润滑系数降低率大于65%，可抗150 ℃高温；极压膜强度高，润滑持效性好，无毒，无污染，荧光级别低。

2.极压润滑剂JM-1对钻井液流变性能影响很小，不增稠，不起泡，使滤失量略有降低，具有一定的页岩抑制作用，是一种多功能润滑剂。

3.经过现场验证，在大斜度、大位移定向井和水平井中，极压润滑剂JM-1是一种高效的钻井液处理剂，可以推广使用。

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Development and Application of Drilling Fluid Extreme-Pressure Lubricant JM-1

CHEN Liang1， LYU Zhongkai2
（1. Drilling Fluid Technology Branch of East China Petroleum Engineering Co. Ltd.， Sinopec， Zhenjiang， Jiangsu 212000；2. China University of Geosciences （Beijing）， Beijing 100083）

Common drilling fluid lubricants have problems such as low film strengths at extreme pressure， poor stability at elevated temperatures， and short lubricity persistence in extreme conditions. An extreme pressure lubricant， JM-1， has been developed by mixing an organic molybdenum friction reducer and the 10# white oil. The organic molybdenum friction reducer was made by reacting vegetable oils with organicmolybdenum containing sulfur， phosphorus and molybdenum. The percent reduction in friction at extreme conditions was 65% at 1.5% JM-1 concentration. The evaluation showed that the film has high strength， the lubricity lasts long， and the lubricity remains stable at 150 ℃. JM-1 is non-toxic， pollution-free， and has low fluorescence. Drilling fluids treated with JM-1 do not foam. JM-1 has been tried in the highly deviated directional well Yao1-1HF， in which the friction in the horizontal section was reduced by 50%， and tripping and casing running were conducted smoothly， and well Beigang1， in which reaming was done much easier after using JM-1 treated drilling fluid.

Drilling fluid lubricant； Organic molybdenum friction reducer； Highly deviated well； Performance evaluaton

TE254.4

A

1001-5620（2016）05-0054-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.011

中石化华东石油工程有限公司钻井液技术服务公司项目“极压减摩剂在张家垛油田产能建设中的研究与应用”（SG14-48X）。

陈亮， 1966年生，高级工程师，1988年毕业于南京大学地质系找矿专业，现在从事油田化学的研究与应用工作。E-mail：lpcl66@126.com。

（2016-7-1；HGF=1604N10；编辑王小娜）