耐高温高盐钻井液润滑剂的研制与性能评价

针对深井超深井钻井过程中高扭矩和高摩阻等难题,利用硼酸、多元醇和长链脂肪酸等原料,合成出一种耐高温高盐钻井液润滑剂SOB,该润滑剂在高温高盐条件下具有良好的润滑性能。在5%基浆中加入1%润滑剂SOB后,润滑系数降低率为92.7%,泥饼的黏附系数降低至0.0405,极压润滑持效性强;210 ℃下润滑系数降低率保持在90.2%,210 ℃、35%NaCl条件下润滑系数降低率保持在81.3%。高温高盐条件下SOB在高密度钻井液中配伍性良好,200 ℃老化后对钻井液的流变性无影响,能够降低钻井液滤失量,润滑系数降低率为45.09%,相比常规润滑剂性能优越,这是由于润滑剂能够在钻具表面有效吸附,形成一层疏水性较强的膜,使钻具与井壁的直接接触变成了润滑膜之间的接触,从而降低摩擦。      

改性大豆卵磷脂在水基钻井液中的润滑性能

利用乳酸和双氧水对天然大豆卵磷脂进行了羟基化改性,改性大豆卵磷脂环保无毒,EC₅₀大于30 000 mg/L,同时改性后大豆卵磷脂在清水、淡水基浆及水基钻井液体系中润滑性能良好。在清水中,加入改性大豆卵磷脂的极压膜强度是国产对比润滑剂PF-Lube和CX-300H的2倍以上,在30 min四球摩擦实验中,0.5%改性大豆卵磷脂摩擦系数在0.1以下,优于国外DFL润滑剂。在4%淡水基浆中,120℃老化前后,加入1%改性大豆卵磷脂淡水基浆EP极压润滑系数降低率达90%,润滑性能优于对比的DFL和PF-Lube润滑剂。在密度为2.0 g/cm3的水基环保钻井液体系中,加入1%改性大豆乱磷脂的体系120℃老化后黏度更低,高温高压滤失量降低50%左右,滤饼黏附系数和极压润滑系数均降低60%以上。最后,利用扫描电镜对极压划痕进行了分析,并利用XPS元素分析揭示了改性大豆卵磷脂润滑机理。整体而言,改性大豆卵磷脂环保无毒,并具有良好的极压润滑性能,在大位移水平井水基钻井液中具有一定应用前景。      

钻井液用泥饼黏附润滑剂 BH-MAL的研究

针对目前钻井液润滑剂存在抗温能力差、荧光级别高、易引起钻井液发泡、泥饼黏附润滑能力差等问题,研制出一种以白油为基础油的钻井液用泥饼黏附润滑剂 BH-MAL。该润滑剂由白油、表面活性剂 OP-7 和自主研制的泥饼黏附润滑添加剂按照 90︰3︰7 的质量比混合制备而成。该润滑剂在膨润土浆中的加量为 0.25% 时,泥饼黏附摩阻降低率即可达到75%,大幅度降低了润滑剂的使用成本; 可抗180 ℃高温,其荧光级别小于 2,且不会引起钻井液发泡,对钻井液的流变性和滤失性也无明显影响,可以广泛应用于钻井液。      

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%。     

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。      

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。      

钻井液用低生物毒性合成酯润滑剂的研究与应用

为了降低处理钻井液废弃物费用,缓解废弃钻井液给环境带来的不利影响,满足目前现场钻井工程的需求和环境要求,以长链脂肪酸与多羟基醇为原料制得合成酯润滑剂HCZ。研究了HCZ的润滑效果、抗温抗盐性、毒性、与钻井液的配伍性,并在四川高石梯-磨溪地区进行了现场应用。结果表明,HCZ的润滑效果好于聚醚、沥青、矿物油类润滑剂,含0.3%HCZ钻井液的泥饼黏附系数降低率达到51%;HCZ可提高钻井液的抗温抗盐性;HCZ生物毒性低,与聚合物、有机盐、聚磺钻井液体系的配伍性良好。HCZ的润滑效果稳定,含HCZ的高密度聚磺钻井液体系在现场循环使用8 d后的泥饼黏附系数降低率为49.1%,满足现场钻进施工需求。     

环保强吸附水基润滑剂BM-1的研制与评价

以蓖麻油为主要原料,利用胺类化合物对蓖麻油进行亲水改性,引入酰胺基团,制备了吸附性强、耐高温的水基钻井液用环保型润滑剂BM-1.综合性能评价表明:BM-1润滑性能优异,添加量2％ 可使基浆润滑系数降低率达86.3％,泥饼黏附系数降低率达70.2％,润滑持续效果显著.BM-1生物降解性>25％,易降解,且生物毒性EC50...     

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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％。     

新型环保润滑剂的制备及其在页岩气水基钻井液中的应用

为了解决页岩气水平井在长水平段钻井施工时产生的高摩阻、高扭矩问题,使用长链脂肪酸和有机多元醇为原料,合成了脂肪酸酯类聚合物,并添加有机硼极压抗磨剂和非离子表面活性剂,研制出了一种新型环保润滑剂HBR-12。室内评价了其润滑性能、与钻井液的配伍性以及环保性能,并分析了其作用机理,结果表明:在基浆中加入1.0%HBR-12后能使润滑系数降低率达到85%以上,泥饼黏附系数降低率达到70%以上,极压膜强度可以达到200 MPa以上,润滑性能明显优于其他常用润滑剂; HBR-12与现场水基钻井液具有良好的配伍性,不影响钻井液流变性的前提下,可以有效降低钻井液体系的润滑系数和滤饼黏附系数;另外,HBR-12的荧光级别较低和生物毒性较低,生物降解性较好,具有良好的环保性能。现场应用结果表明,X-1井水平段使用加入HBR-12的钻井液钻进时没有出现钻井托压、卡钻以及起下钻遇阻等井下复杂情况,钻井液润滑性能良好,取得了较好的施工效果。     

HL-FFQH环保型水基钻井液体系的构建及应用

针对目前环保型钻井液体系应用效果不理想、成本高等问题,采用前期合成的5种无毒、易降解、金属含量达标的处理剂,优化出一套HL-FFQH环保型钻井液体系,配方为:4%膨润土浆+0.3%包被剂HLBE-2+2%降滤失剂HLJ-1+3%固壁剂HLGB-3+1%封堵剂HLFD-1+2%润滑剂HLR-2+重晶石。室内评价结果表明,该环保型钻井液体系流变性良好;8 h泥页岩膨胀量仅为2.5 mm,具有很强的抑制性;用7%钻屑污染后流变性能稳定,滤失量变化小于0.4 mL,具有优良的抗钻屑污染能力;经150℃、16 h老化后的钻井液润滑系数及泥饼摩阻系数分别为0.10和0.08,润滑性良好;生物毒性、生物降解性及金属含量等均符合环保指标;废弃的钻井液颜色较浅,滤饼和滤液不影响动植物的生长和生存。HL-FFQH环保钻井液体系在华北油田的4口井中获得成功应用。现场应用表明,该钻井液体系性能稳定、抑制防塌性强;具有良好的储层保护和环境保护能力;机械钻速较邻井提高了85.5%,无井下复杂事故发生。HL-FFQH环保型钻井液体系从前期配方和后期废弃物均符合环境保护要求。      

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%。      

涪陵焦页18-10HF井水平段高性能水基钻井液技术

焦页18-10HF井是中石化在涪陵页岩气田部署的一口开发井,完钻井深4560 m,水平段长度1378 m。该工区三开井段页岩脆性矿物含量高,微纳米级孔隙裂缝和层理发育,一直使用油基钻井液应对井下复杂情况。针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性,通过核心处理剂端胺基聚醚抑制页岩表面水化,植物油酰胺极压减摩剂有效润滑减阻,纳米封堵封固,构建了JHGWY-1高性能水基钻井液,页岩滚动回收率大于98%,极压润滑系数0.16,钻井液封堵泥饼承压超过10MPa,满足龙马溪五峰组页岩微裂缝发育、脆弱胶结面对封堵封固及水平段润滑减阻要求。该体系首次在涪陵工区的焦页18-10HF井三开井段代替油基钻井液,在设计垂厚10 m、实钻8~10 m的五峰组中顺利穿行,起下钻畅通,钻完井顺利。该体系表现出良好的流变性、低滤失量和稳定页岩井壁能力,完井作业顺利,满足了该井三开钻完井工程需要。      

合成锂皂石用作超高温水基钻井液增黏剂实验研究

针对现有聚合物增黏剂抗温能力不足的问题,无法满足超高温（耐240℃）水基钻井液使用要求,提出采用合成锂皂石作为水基钻井液超高温增黏剂。采用X射线粉晶衍射及热重分析对合成锂皂石进行了结构表征,对其増黏性能、抗温性及抗盐性能等进行了评价,并分析了合成锂皂石抗高温增黏机理。实验结果发现:合成锂皂石H-6具有优良的増黏性能和热稳定性,抗温能力可达240℃,而且抗高温増黏效果优于现有国内外高温增黏剂产品。在4%钠膨润土基浆中加入1% H-6,240℃高温老化16 h前后浆液的表观黏度均为16.5 mPa·s,而加有1%高温增黏剂HE300的钠土基浆经240℃老化16 h后其表观黏度降低率大于92%。研究结果表明,合成锂皂石与其它处理剂配伍性好,适合用作超高温增黏剂,在超高温水基钻井液中具有广阔的应用前景。      

纳米碳酸钙的制备及在水基钻井液的应用研究

为了改善水基钻井液流变和滤失性能,采用表面原位聚合法制备了阴离子聚丙烯酰胺（APAM）表面修饰的碳酸钙纳米颗粒（CaCO₃/APAM）,并将其用于改善水基钻井液性能。对CaCO₃/APAM结构进行了红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）等表征。流变和滤失实验表明,纳米颗粒的加入有效地提高了水基钻井液在低剪切速率下的黏度,钻井液剪切稀释性能得到提高。在80℃下,添加1% CaCO₃/APAM的水基钻井液流性指数为0.72,动切力为0.45 Pa,滤失量为22.2mL,与基浆相比有显著改善。钻井液耐盐滤失表明,当盐浓度为1%时,添加1% CaCO₃/APAM使钻井液滤失量降低了21.2%。滤饼微观形貌分析显示纳米颗粒通过填充于滤饼微孔隙中提高了滤饼致密性,使得滤失量下降。      

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。