不同类型润滑剂在钻井液中的作用效果研究_王林林.pdf
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1、2023年第7期西部探矿工程*收稿日期:2022-09-01作者简介:王林林(1981-),女(汉族),黑龙江拜泉人,助理工程师,现从事钻井液处理剂质量检测工作。不同类型润滑剂在钻井液中的作用效果研究王林林*(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江 大庆 163413)摘要:钻井过程中钻柱和地层之间的摩擦会导致扭矩过大、拖压等一系列问题,进而影响钻井速度和钻井安全。研究了目前常用的三类水基钻井液用润滑剂(改性植物油类润滑剂、合成酯类润滑剂、醇醚类润滑剂)对钻井液流变性、滤失量、密度和润滑性的影响。实验结果表明氯离子含量对钻井液性能和润滑剂的润滑效果有较大影响,pH值和密度对润滑剂的润滑效果
2、影响较小。关键词:润滑剂;钻井液;性能影响中图分类号:TE24 文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2023)07-0050-041概述在钻井过程中,由于由钻柱和井壁、套管相互作用产生的摩擦力和扭矩会导致拖压和卡钻等情况发生。此外,在套管内部,由于钻柱和套管之间的金属金属表面接触形成的摩擦也会导致套管磨损。在大位移井、水平井、大斜度定向井的钻进过程中,由于狗腿度过大、井眼轨迹不规则等原因,这种情况尤其严重,经常会引发钻井过程中扭矩过大、拖压严重等问题。与水基钻井液相比,油基和合成基钻井液在钻井过程中具有更低的摩擦力和扭矩,但是由于使用成本和环境保护问题,油基钻井液和合成基钻井液的使用
3、受到严重限制。在使用水基钻井液过程中,为了解决钻井过程中的摩阻和扭矩问题,通常会在水基钻井液中加入固体润滑剂和液体润滑剂1-2。其中固体润滑剂的作用类似于滚珠轴承,一般为惰性物质,通常不影响钻井液的性能,但固体润滑剂在特定情况下可能会导致井下钻具出现故障。液体润滑剂的作用机理是在钻具和井壁表面之间形成一层润滑薄膜,润滑膜的厚度大于接触面的粗糙层厚度,并且其强度可以抵抗接触压力,从而最大限度地减少摩擦表面的直接接触面积,起到降低摩擦力和扭矩的目的3-4。由于润滑剂与钻井液中的其他物质之间产生相互作用,润滑效果和润滑剂的浓度密切相关。学者Tyldsley 研发了一种商品名称为SSP的植物油基改性润
4、滑剂,该润滑剂能很好地克服钻井时产生的扭矩和摩阻问题。他的研究结果表明,在加入SSP后,实钻过程中的扭矩值降低了30%。此外,SSP还可以通过降低API滤失量来帮助稳定水基钻井液体系。但是,现场应用结果表明,SSP提高了钻井液的动切力。此外,重晶石和岩屑等固相也会影响钻井液的摩阻,1999年Quigley 使用钻井液润滑性测试仪分析了分散和不分散钻井液体系中的多种钻井液用液体润滑剂的摩擦系数。用于研究的钻井液密度从1.00 g/cm3到1.68g/cm3不等。得出的结论为:部分润滑剂在降低扭矩和阻力的同时,可以降低钻头泥包发生的概率,提高泥饼质量,可以帮助稳定井壁。他还指出,低密度钻井液具有更
5、低的摩擦系数。因此,在进行钻井液乳化剂性能评价时,应该考虑在高 pH 值、高钙离子含量、高氯化物含量和高密度钻井液样品中检验润滑剂的性能测试。在本研究中,主要考察了改性植物油类润滑剂、合成酯类润滑剂、醇醚类润滑剂这三类常用的商业润滑剂在钻井液中的润滑效果和对钻井液流变性、滤失量、密度和润滑性的影响,以期确定润滑性能好、成本低的润滑剂。选择现场最为普遍的聚合物钻井液作为本次研究的评价用钻井液。该钻井液的配方为:3%膨润土+0.2%PAC-LV+0.4%抑制剂+1%聚合物降滤失剂+0.1%XC+2%磺化沥青。在进行润滑剂评价前,首先将配制的钻井液在100条件下进行16h的老化,从而更好地模拟现场实
6、际情况。502023年第7期西部探矿工程2实验程序2.1所需原料膨润土、PAC-LV、黄原胶、抑制剂、聚合物降滤失剂、磺化沥青、重晶石均为现场取样。实验中用于评价的改性植物油类润滑剂、合成酯类润滑剂、醇醚类润滑剂分别用代号 DQLU-1、DQLU-2 和 DQLU-3 表示。用于进行评价抗盐性评价的氯化钠也为工业品。2.2润滑性测试当两个直接接触的物体之间存在相对运动时,阻碍相对运动的摩擦力就会发挥作用。润滑剂是为了减少钻井过程中产生的摩擦力,为了在实验室条件下更为准确的测试润滑剂的润滑性能,需要模拟钻柱的旋转速度和钻柱对井壁或套管的压力。本实验研究中,使用Fann极压润滑仪来测量钻井液体系的
7、润滑性,并预测钻井液造成的井下机械钻具的磨损情况。2.3钻井液性能测试主要测试钻井液的pH值、盐含量、密度、粘度、动切力、塑性粘度、失水、起泡性等常规性能。3结果讨论3.1润滑剂对钻井液常规性能的影响实验将不同浓度的 DQLU-1、DQLU-2 和 DQLU-3分别加入到聚合物钻井液中,其性能见表1。种类DQLU-1DQLU-2DQLU-3加量(%)012301230123表观粘度(mPas)181920201818192018171616塑性粘度(mPas)141414141415161614121112动切力(Pa)899986678566初终切(Pa/Pa)3/43/53/53/43/4
8、3/53/43/53/42/52/63/5发泡情况无无无无无无无无无无无无API失水(mL)5.55.05.04.85.55.35.45.45.55.45.45.6润滑系数0.2490.1190.0950.0950.2490.2080.1680.1390.2490.2260.2040.188表1润滑剂对钻井液性能的影响从表 1 中数据可以得知,改性植物油类润滑剂DQLU-1具有良好的配伍性和润滑性,其加量为2%时即可起到显著的润滑效果,可将基浆的润滑系数从0.249下降到0.095,下降幅度为52%。DQLU-1对钻井液体系的表观粘度、塑性粘度、动切力和初终切影响均较小,DQLU-1加入钻井液
9、中也没有起泡现象,说明该润滑剂对钻井液的流变性没有负面影响。加入DQLU-1后,体系的失水略有降低,这可能是因为润滑剂和钻井液中的水相形成了具有一定封堵能力的乳液微粒,从而提高了滤饼质量降低了失水。此外,在实验过程中发现,加入DQLU-1后,形成的泥饼更为致密,表面更为光滑,说明润滑剂DQLU-1有助于提高泥饼质量。从表1中可以看出,合成酯类润滑剂DQLU-2同样具有良好的配伍性和润滑性,其加量在2%时即可起到一定的润滑效果,可将基浆的润滑系数从0.249下降到 0.168,下降幅度为 33%,略低于 DQLU-1。加入DQLU-2后钻井液体系的表观粘度、塑性粘度、动切力均略有增高,DQLU-
10、2加入钻井液中也没有起泡现象,该润滑剂对钻井液的流变性影响较小,产生的影响是在现场应用过程中可以接受的。加入DQLU-2后,体系的失水降低幅度较小,这可能是因为润滑剂和钻井液中的水相形成了具有一定封堵能力的乳液微粒,从而提高了滤饼质量降低了失水。此外,在实验过程中发现,加入DQLU-2后,形成的泥饼也较为致密,表面较为光滑,说明润滑剂DQLU-2 有助于提高泥饼质量。加入的醇醚类润滑剂DQLU-3和钻井液体系也512023年第7期西部探矿工程具有良好的配伍性,但润滑性相对较差,其加量在2%时可将基浆的润滑系数从0.249下降到0.204,下降幅度为18%,为三种润滑剂中润滑效果最差的一种。加入
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