納米R(shí)H乳液的研究與應(yīng)用

劉玉珍

摘要：在納米乳化劑的作用下，以羥基鋁為“晶核”，小陽(yáng)離子季銨鹽為“吸附載體”，將吸附在載體表面的含蠟質(zhì)較高的輕質(zhì)原油乳化，形成水包油型的高效納米R(shí)H乳液。室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，RH的潤(rùn)滑性能優(yōu)良，具有比較理想的抗高溫穩(wěn)定性能，RH綜合性能優(yōu)于其他潤(rùn)滑劑，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，鉆井施工順利，在防塌、防漏、防卡等方面見(jiàn)到了較好的效果，具有應(yīng)用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鉆井液；潤(rùn)滑劑；粘附系數(shù)；潤(rùn)滑性能

前言

隨著油田勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，定向井、大斜度大位移井、水平井及超深井不斷增加。如何有效提高鉆井液的潤(rùn)滑性能，減少粘卡事故發(fā)生，確保鉆井施工順利進(jìn)行，已成為鉆井液工藝中日益突出的問(wèn)題。

作為鉆井液主要處理劑之一的潤(rùn)滑劑為安全優(yōu)質(zhì)鉆井起關(guān)鍵作用。其功能就是降低鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的鉆柱與井壁之間的鈕矩及起下鉆時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力。

目前常用的液體潤(rùn)滑劑主要是以柴油、RT-001為主。這種潤(rùn)滑劑由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在兩點(diǎn)不足：潤(rùn)滑劑生物毒性高，污染環(huán)境；潤(rùn)滑效果一般，用量較大。針對(duì)上述情況，為更好滿足鉆井要求，我們成功合成出一種新型納米R(shí)H乳液潤(rùn)滑劑。

該潤(rùn)滑劑的關(guān)鍵技術(shù)是在特定的溫度條件和納米乳化劑的作用下，以羥基鋁為“晶核”，小陽(yáng)離子季銨鹽為“吸附載體”，將吸附在載體表面的含蠟質(zhì)較高的輕質(zhì)原油乳化，形成水包油型的乳狀液；由于利用了羥基鋁為“晶核”，小陽(yáng)離子季銨鹽為載體，使得潤(rùn)滑劑的吸附基增多而且吸附能力大大增強(qiáng)，在井壁及金屬表面的吸附由原來(lái)的“孤立的”油滴“點(diǎn)吸附”變成大面積的由羥基鋁和小陽(yáng)離子季銨鹽相連網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的“片”狀油膜，因此，潤(rùn)滑性能大幅度提高。同時(shí)由于羥基鋁、小陽(yáng)離子季銨鹽抗溫效果好，與其緊密吸附的油膜得以穩(wěn)定，解決了以前液體潤(rùn)滑劑在高溫條件下粘度降低失去潤(rùn)滑效果的問(wèn)題。起到了降低鉆具與井壁泥餅的摩擦力，提高鉆井液和泥餅的潤(rùn)滑性的能力，從而降低鈕矩和阻力，達(dá)到提高鉆速和防止粘附卡鉆的目的。

當(dāng)加入納米乳液的鉆井液鉆入油層時(shí)，由羥基鋁和小陽(yáng)離子季銨鹽相連形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的油膜，可以有效阻止鉆井液中的固相顆粒和濾液侵入地層，從而避免鉆井液對(duì)油氣流通道的永久堵塞，起到較好的保護(hù)油氣層效果。

潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑效果用摩阻系數(shù)來(lái)表征。我們用EP潤(rùn)滑儀及NF-2型泥餅粘附系數(shù)測(cè)定儀對(duì)鉆井液潤(rùn)滑性能的優(yōu)劣進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

室內(nèi)研究結(jié)果表明該潤(rùn)滑劑具有很高的潤(rùn)滑降摩阻效果，對(duì)各種不同水基鉆井液體系性能基本無(wú)影響，RH無(wú)生物毒性，完全滿足環(huán)保要求，而且產(chǎn)品成本低，應(yīng)用價(jià)值高，可廣泛應(yīng)用于各種鉆井潤(rùn)滑防卡需要。

1.納米R(shí)H乳液的室內(nèi)研究

1.1 原料的篩選及確定

對(duì)潤(rùn)滑劑而言，所選用的原料油的潤(rùn)滑性能是決定潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑防卡效果的重要因素。因此，我們選擇不同類型的原料：蠟質(zhì)原料、白油、RT-862以及不同型號(hào)柴油，用NF-2型泥餅粘附系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定其粘附系數(shù)f，優(yōu)選最佳原料。

表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在上述5種原料中，柴油1#和蠟質(zhì)原料的潤(rùn)滑效果最為顯著，綜合考慮原料的性價(jià)比，確定蠟質(zhì)原料為原料。

1.2納米R(shí)H乳液的最佳配方

優(yōu)選表面活性劑的種類和加量，以羥基鋁為“晶核”，小陽(yáng)離子季銨鹽為“吸附載體”，在一定范圍內(nèi)反應(yīng)30min 后，在特定溫度下加入潤(rùn)滑性能改進(jìn)劑繼續(xù)反應(yīng)60min ，待反應(yīng)完畢后冷卻，制得樣品為納米R(shí)H乳液。

1.3納米R(shí)H乳液的配制工藝

高效納米R(shí)H乳液可直接加入到各種水基鉆井液體系中。納米R(shí)H乳液的配制工藝如下。

RH的配制工藝為：

晶核一定溫度

蠟質(zhì)原料 + 納米乳化劑-----------→ + 潤(rùn)滑性能改進(jìn)劑----------→RH

吸附載體 反應(yīng)60min

2.納米R(shí)H乳液的性能評(píng)價(jià)

2.1RH的潤(rùn)滑性能測(cè)試

取預(yù)先配制好的白土漿分別加入FCLS 1.0%，用20%NaOH溶液12ml調(diào)PH值。以其中一罐作為基漿，其余分別加入1%的RH、RT-001、柴油攪拌60min 后，用NF-2型泥餅粘附系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定其粘附系數(shù)f，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，RH的粘附系數(shù)降低率最高。當(dāng)RH加量達(dá)3.0%時(shí)，潤(rùn)滑效果達(dá)最佳值，故RH推薦加量為3%左右。

2.2RH的抗溫性能評(píng)價(jià)

向0#鉆井液中分別加入3.0%RH和3.0% RT-001，攪拌30min后，進(jìn)行高溫高壓試驗(yàn), 測(cè)試其粘附系數(shù)，評(píng)價(jià)其抗溫性能，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3結(jié)果顯示，高效納米R(shí)H乳液具有理想的抗溫效果，抗溫能達(dá)120℃以上。

2.3潤(rùn)滑效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

將RH與目前應(yīng)用較多的改性柴油，石墨、RT-862和RT-001進(jìn)行潤(rùn)滑效果對(duì)比測(cè)試。用EP潤(rùn)滑儀測(cè)定其摩阻系數(shù)fk，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4結(jié)果顯示，RH的摩阻系數(shù)降低率遠(yuǎn)高于其他三種潤(rùn)滑劑，由此可見(jiàn)，RH的高效潤(rùn)滑效果明顯優(yōu)于柴油、石墨、RT-862和RT-001。

2.4RH與不同鉆井液體系的配伍性

分別向鐵鉻鹽漿，硅氟分散井漿，聚合物不分散井漿及分散井漿中加入3%RH，攪拌60min 后，測(cè)試鉆井液全套性能，結(jié)果顯示，高效納米R(shí)H乳液在FCLS 體系、硅氟體系、分散體系及不分散體系等不同鉆井液體系中均有良好的配伍性。

結(jié)論

① 納米R(shí)H乳液具有高效潤(rùn)滑特點(diǎn)，完全滿足井下潤(rùn)滑防卡要求。

② 納米R(shí)H乳液具有理想的配伍性能，適用于不同體系的鉆井液體系。

③ 納米R(shí)H乳液具有比較理想的抗高溫穩(wěn)定性能。

④ 納米R(shí)H乳液滿足環(huán)保要求。

參考文獻(xiàn)

[1]田永民，胡建國(guó)，藍(lán)強(qiáng).納米防塌潤(rùn)滑劑鉆井液體系在勝利油田孤北古100井的應(yīng)用.鉆井液與完井液.2005,22（6）

[2]崔永春，李家芬，蘇長(zhǎng)明.鉆井液納米潤(rùn)滑乳化劑的實(shí)驗(yàn)研究.鉆井液與完井液.2008,25（6）

[3]張麒麟，龔保強(qiáng)，鄢捷年，李培海.中原油田特殊工藝井鉆井液的研究與應(yīng)用.鉆井液與完井液.2005,22（4）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文