納米RH乳液的研究與應用

劉玉珍

摘要：在納米乳化劑的作用下，以羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為“吸附載體”，將吸附在載體表面的含蠟質較高的輕質原油乳化，形成水包油型的高效納米RH乳液。室內評價結果表明，RH的潤滑性能優良，具有比較理想的抗高溫穩定性能，RH綜合性能優于其他潤滑劑，現場應用效果良好，鉆井施工順利，在防塌、防漏、防卡等方面見到了較好的效果，具有應用推廣價值。

關鍵詞：鉆井液；潤滑劑；粘附系數；潤滑性能

前言

隨著油田勘探開發技術的不斷發展，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滑性能，減少粘卡事故發生，確保鉆井施工順利進行，已成為鉆井液工藝中日益突出的問題。

作為鉆井液主要處理劑之一的潤滑劑為安全優質鉆井起關鍵作用。其功能就是降低鉆具旋轉時所產生的鉆柱與井壁之間的鈕矩及起下鉆時所產生的摩擦阻力。

目前常用的液體潤滑劑主要是以柴油、RT-001為主。這種潤滑劑由于本身結構特點，在現場應用中存在兩點不足：潤滑劑生物毒性高，污染環境；潤滑效果一般，用量較大。針對上述情況，為更好滿足鉆井要求，我們成功合成出一種新型納米RH乳液潤滑劑。

該潤滑劑的關鍵技術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”，小陽離子季銨鹽為“吸附載體”，將吸附在載體表面的含蠟質較高的輕質原油乳化，形成水包油型的乳狀液；由于利用了羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為載體，使得潤滑劑的吸附基增多而且吸附能力大大增強，在井壁及金屬表面的吸附由原來的“孤立的”油滴“點吸附”變成大面積的由羥基鋁和小陽離子季銨鹽相連網狀結構的“片”狀油膜，因此，潤滑性能大幅度提高。同時由于羥基鋁、小陽離子季銨鹽抗溫效果好，與其緊密吸附的油膜得以穩定，解決了以前液體潤滑劑在高溫條件下粘度降低失去潤滑效果的問題。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滑性的能力，從而降低鈕矩和阻力，達到提高鉆速和防止粘附卡鉆的目的。

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

潤滑劑的潤滑效果用摩阻系數來表征。我們用EP潤滑儀及NF-2型泥餅粘附系數測定儀對鉆井液潤滑性能的優劣進行綜合評價。

室內研究結果表明該潤滑劑具有很高的潤滑降摩阻效果，對各種不同水基鉆井液體系性能基本無影響，RH無生物毒性，完全滿足環保要求，而且產品成本低，應用價值高，可廣泛應用于各種鉆井潤滑防卡需要。

1.納米RH乳液的室內研究

1.1 原料的篩選及確定

對潤滑劑而言，所選用的原料油的潤滑性能是決定潤滑劑潤滑防卡效果的重要因素。因此，我們選擇不同類型的原料：蠟質原料、白油、RT-862以及不同型號柴油，用NF-2型泥餅粘附系數測定儀測定其粘附系數f，優選最佳原料。

表1實驗結果顯示，在上述5種原料中，柴油1#和蠟質原料的潤滑效果最為顯著，綜合考慮原料的性價比，確定蠟質原料為原料。

1.2納米RH乳液的最佳配方

優選表面活性劑的種類和加量，以羥基鋁為“晶核”，小陽離子季銨鹽為“吸附載體”，在一定范圍內反應30min 后，在特定溫度下加入潤滑性能改進劑繼續反應60min ，待反應完畢后冷卻，制得樣品為納米RH乳液。

1.3納米RH乳液的配制工藝

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

RH的配制工藝為：

晶核一定溫度

蠟質原料 + 納米乳化劑-----------→ + 潤滑性能改進劑----------→RH

吸附載體 反應60min

2.納米RH乳液的性能評價

2.1RH的潤滑性能測試

取預先配制好的白土漿分別加入FCLS 1.0%，用20%NaOH溶液12ml調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型泥餅粘附系數測定儀測定其粘附系數f，結果見表2。

表2實驗結果顯示，RH的粘附系數降低率最高。當RH加量達3.0%時，潤滑效果達最佳值，故RH推薦加量為3%左右。

2.2RH的抗溫性能評價

向0#鉆井液中分別加入3.0%RH和3.0% RT-001，攪拌30min后，進行高溫高壓試驗, 測試其粘附系數，評價其抗溫性能，結果見表3。

表3結果顯示，高效納米RH乳液具有理想的抗溫效果，抗溫能達120℃以上。

2.3潤滑效果對比實驗

將RH與目前應用較多的改性柴油，石墨、RT-862和RT-001進行潤滑效果對比測試。用EP潤滑儀測定其摩阻系數fk，結果見表4。

表4結果顯示，RH的摩阻系數降低率遠高于其他三種潤滑劑，由此可見，RH的高效潤滑效果明顯優于柴油、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，測試鉆井液全套性能，結果顯示，高效納米RH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。

結論

① 納米RH乳液具有高效潤滑特點，完全滿足井下潤滑防卡要求。

② 納米RH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RH乳液具有比較理想的抗高溫穩定性能。

④ 納米RH乳液滿足環保要求。

參考文獻

[1]田永民，胡建國，藍強.納米防塌潤滑劑鉆井液體系在勝利油田孤北古100井的應用.鉆井液與完井液.2005,22（6）

[2]崔永春，李家芬，蘇長明.鉆井液納米潤滑乳化劑的實驗研究.鉆井液與完井液.2008,25（6）

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

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