新型水基环保润滑剂的性能评价及应用_郭东红.pdf

第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb.2023新型水基环保润滑剂的性能评价及应用郭东红1，刘颖杰2，杨飞3，信明军2(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452;2.中海石油有限公司天津分公司，天津 300452;3.中海油能源发展股份有限公司装备技术设计研发中心，天津 300452)摘要:为解决现有润滑剂无法兼具多种性能的问题，降低大位移井摩阻扭矩和作业成本，提高钻井起钻效率，减少井下事故，需寻找一种新型润滑剂。选择 BIOLUBE 环保润滑剂，在渤海油田垦利区域大位移 A 井和 B 井进行现场应用及实验数据分析。结果表明，BIOLUBE 能有效降低钻柱扭矩，抗温性能强，钻井液密度应用范围宽，适用于渤海大位移井的勘探开发需要。其成功的应用，对于此类井型的实施提供了依据，积累了作业经验，具有极高的推广价值。关键词:BIOLUBE;渤海油田;大位移井;作用机理;产品性能;现场应用中图分类号:TE254.4文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0087 03Performance Evaluation and Application of New Water-basedEnvironmental Protection LubricantGuo Donghong1，Liu Yingjie2，Yang Fei3，Xin Mingjun2(1.Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Co.LTD.，Tianjin 300452，China;2.Tianjin Branch of CNOOC LTD.，Tianjin 300452，China;3.Technology Design and Development Center，Engineering Technology Branchof CNOOC Energy Development Co.LTD.，Tianjin 300452，China)Abstract:A new kind of lubricant needs to be found，because current lubricants are not qualified with variousperformances，and can t reduce drag torque and operating cost in extended reach wells，improve the efficiency ofdrilling trip，and reduce downhole accidents.The study selects BIOLUBE environmentally friendly lubricant，applies itin A and B Well in the large displacement of reclamation area in Bohai Oilfield，and does experimental data analysis.The results show that BIOLUBE can effectively reduce drill string torque，with strong temperature resistance，and wideapplication of drilling fluid density.It is suitable for the demand of the exploration and development of extended reachwell in Bohai Oilfield.The successful application provides reference for the implement of this type of well，andaccumulates operation experience.It is worth of great application value.Key words:BIOLUBE;Bohai Oilfield;Extended reach well;Mechanism of action;Products performance;Fieldapplication收稿日期:2023 01 04大位移井作业存在着摩阻扭矩高、钻具疲劳风险高、井眼清洁难度大、管柱起下难度大等诸多难题1 5。近年来，随着渤海油田勘探开发的不断深入，大位移井作业日益增加，如何实现安全高效经济作业成为降低投资成本和提高油田整体开发经济效益的重要环节。而高摩阻及高扭矩会增加对钻具的磨损，增大钻井设备负荷，降低马达定向钻井效率及机械钻速，增加起下管柱作业风险，是大位移井作业的高风险及高成本因素之一6 7。特别是在大位移井 215.9 mm井眼作业中，高摩阻高扭矩现象尤为突出。但是渤海油田常用钻井液润滑剂 Green lube 及 RT 101，存在一定的局限性。Green lube 针对大位移井降低摩阻扭矩作用不明显，而 RT 101 费用高昂，故而寻找一种新型润滑剂降低大位移井摩阻扭矩、降低作业成本变得至关重要。BIOLUBE 是一种高效、环保、无毒润滑剂，加入淡水或盐水水基钻井液中能均匀分散，在岩石和钻具表面上形成定向分子层的高韧性润滑膜。该吸附膜具有一定的承压能力，能有效阻止井壁和钻具表面的直接接触，高效降低井内摩阻。1性能评价BIOLUBE 是由高分子脂肪酸、双吸附基表面活性剂及纳米微粒等多种成分构成的高效环保无毒润滑78剂，能在岩石和钻具表面上形成定向分子层的高韧性润滑膜8 10。吸附膜具有一定的承压能力，可有效阻止井壁和钻具表面的直接接触，从而起到润滑作用。1.1作用机理产品中具有层状结构的饱和亲油醚类物质，分子之间可相对滑动，能在钻井液中的黏土微粒表面产生吸附作用，进而降低流动过程中产生的滑动摩擦阻力。含有 OH、O 、CO NH2等极性基团，能在岩石和钻具表面上形成定向分子层，从而形成高韧性的润滑油膜。吸附基团位于分子链同端，吸附层致密，不易脱附5。引入适当比例的强水化基团和疏水性基团具有较好的抗温抗盐能力。同时引入纳米微粒，可填充摩擦副表面的微滑痕处及由摩擦引起的凹槽，降低磨损(见图 1)。图 1BIOLUBE 井内作用机理Fig.1BIOLUBE well operation mechanism1.2产品性能1.2.1评价设备采用 Fann 极压润滑仪测试润滑剂的极压润滑性能，采用 KMY201 1A 抗磨试验机测试润滑剂的抗磨能力，采用 NZ 3A 黏滞系数测定仪测试润滑剂的黏滞系数。1.2.2与不同体系钻井液的配伍性室内实验基础浆配方:5%海水搬土浆+1%润滑剂，实验条件为常温和 120，老化 16 h。测定表明，BIOLUBE 磨痕最小，润滑系数可达到 0.02，降低率达到 95%以上。室内实验无土相体配方:海水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.3%BIOVIS+0.15%PF XC+2%PF FLOTROL+5%碳酸钙+10%NaCl+7%KCl+重晶石(=1.3 g/cm3)+2%润滑剂。实验条件为常温和 80，老化 16 h。测定表明，BIOLUBE 对流变性影响小且润滑系数降低率最高，抗磨性能与黏滞系数最优。室内实验 PEM 体系配方。PEM 体系:3%模拟海水搬土浆+0.2%烧碱+0.2%Na2CO3+0.1%XC+0.2%PAC LV+1.2%TEMP+2.5%封堵剂 LSF+2%JLX+3%KCl+重晶石(=1.3 g/cm3)+2%润滑剂。实验条件为常温和 80，老化 16 h。测定表明，BIOLUBE 对流变性影响小且润滑系数降低率最高，抗磨性能与黏滞系数最优。2现场应用2.1KL A 井KL A 井 215.9 mm 井段开钻钻井液各处理剂加量为:5 kg/m3NaOH+3 kg/m3Na2CO3+6 kg/m3PF PAC LV+3 kg/m3PF JHVIS+1 kg/m3PF XC(H)+60 kg/m3KCL+120 kg/m3NaCL+30 kg/m3PF JLX C+5 kg/m3PF GRA+50 kg/m3HTC。本井进入裸眼段未加入该润滑材料时，钻进过程中扭矩波动范围为 27 35 Kn/m，波动频繁，循环体积200 m3，在均匀补充 BIOLUBE 4.8 t(2.5%体积含量)后，扭矩逐渐趋于平稳，波动范围为 30 34 Kn/m，波动稳定，补充胶液维持钻井液性能，钻进至3 575 m，扭矩波动范围在26 33 Kn/m，循环加入 BIOLUBE 3.2 t(2%体积含量)，扭矩波动为 28 32 Kn/m，波动频率降低。图 2 和图 3 为对比示意图。图 2补充前扭矩示意Fig.2Torque indication before supplementary图 3补充后扭矩示意Fig.3Torque indication after supplementary2.2KL B 井KL B 井 215.9 mm 井段井深3 884 4 770 m，水平位移3 533.56 m。开钻钻井液各处理剂加量与 A 井相同。本井进入裸眼段未加入该润滑材料时，钻进过程中扭矩波动范围为 34 40 Kn/m，划眼期间 35 42Kn/m，钻进扭矩峰值达到 46 Kn/m。循环池补充 2%3%PF BIOLUBE 后，扭矩开始持续下降，为 34 8836 Kn/m，划眼期间为 32 34 Kn/m，后期正常钻进期间，扭矩一直较为平稳，钻进至4 209 m，第一趟倒划眼短起期间参数平稳;钻进至完钻井深4 770 m，第二趟倒划眼短起下，扭矩平稳。图 4 和图 5 为对比示意图。图 4补充前扭矩示意Fig.4Torque indication before supplementary图 5补充后扭矩示意Fig.5Torque indication after supplementary2.3邻井对比基于以上两口井与该区块井身结构、完钻深度、裸眼长度均存在较高相似度的 C、D、E 三口井的对比，这三口井均未使用 BIOLUBE。五口井完钻层位相同，所采用的钻井液体系相同，均为 PEM 中加入 12%NaCl，钻遇地层地质情况类似，频繁交互出现砂泥岩夹层且局部发育煤层。在同一井深，使用 BIOLUBE 的井相对未使用的井，扭矩值相对较低。采用相同的顶驱转速时，使用 BIOLUBE 的井相对扭矩值较低。图 6 为对比图。图 6KL5 口井扭矩井深对比图Fig.6Comparison of torque well depth of KL5 well3应用成本对比根据 KL A、B 两口井应用效果及 KL C 老井数据，对这三口井 215.9 mm 井段工期及润滑剂使用量进行对比分析(详见表 1)。表 1KL3 口井工期及润滑剂使用量对比Tab.1Comparison of KL3 well construction timeand lubricant utilization amount井名215.9 mm井段工期/dBIOLUBE添加量/TGREEN LUBE添加量/TRT 101添加量/TA8.9104.81.6B11.5951.6C11.5185使用 BIOLUBE 新型润滑剂相对常用润滑剂，同类型单井215.9 mm 井段润滑剂使用量平均可节约 30%，根据润滑剂成本，单井平均降低 14%，工期平均节约2.88 d。4结束语新型水基环保润滑剂 BIOLUBE 适用于渤海油田常用水基钻井液体系。通过大位移井现场应用表明，其可有效阻止井壁和钻具表面的直接接触，高效降低井内摩阻，提高上下管柱效率，提高作业时效。与常规润滑剂相比，可降低钻井液润滑剂 14%左右的