新型植物油钻井液润滑剂的研究与应用.pdf

第 3 2卷 第 3期 2 0 1 5年5月 钻井液与 完井 液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D 、 ， 0 1 ． 3 2 No． 3 M a v 201 5 d o i 1 0 ． 3 6 9 6 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 1 新型植物油钻井液润滑剂的研究与应用 祁亚男， 吕振华， 严波， 郭保雨， 孙庆林 胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东东营 祁亚男等 ． 新型植物油钻井液润滑剂的研究与应用 【 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 5 ，3 2 3 3 9 ． 4 1 ． 摘要 以废 弃植 物油脂为原料 ，通过将废弃植物 油脂 与相对分 子量较小 的醇类进行酯化或 者酯交换反应 ，生成长 链的脂肪酸酯，并经过表面活性剂和抗高温处理，制得一种新型植物油钻井液润滑剂。在常温下，6 ％ 膨润土浆中加 入 1 ％该润滑剂后，极压润滑系数可降低 8 5 ％～8 8 ％，黏附系数可降低 7 8 ％～8 6 ％ ； 该润滑剂抗温达 1 4 0℃，抗盐达 1 0 ％，荧光级别为 3 级， 。 值在 5 0 0 0 0 mg ／ L以上，与聚合物、聚磺钻井液的配伍性好。该润滑剂在胜利油田桩 2 3 、 菜 8 7区块进行了现场应用， 降低 了钻井摩阻， 缩短 了钻井周期。桩 2 3区块使用该润滑剂后， 原油用量减少 了一半以上， 甚至可完全不用原油，井深 3 9 0 0m的试验井平均建井周期从 3 3 ． 5 5 d缩短为 2 9 ． 1 1 d ，缩短了 1 0 ％ 以上 ； 莱 8 7区块井 深为 3 1 0 0 r n的井，平均建 井周期缩 短 了2 2 ． 1 ％，钻井液成本 降低 了9 ． 8 ％。废 弃植 物油的利用 ，节 约了能源 ，有利于 环境保护。 关键词废弃植物油 ； 钻井液润滑剂 ； 定 向井 ； 水平井 ； 环境保护 中图分类号 T E 2 5 4 _ 3 T E 9 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 5 0 3 ． 0 0 3 9 ． 0 3 近年来定 向井、水平井钻井技术 大面积推广应 用 ，钻井摩阻问题尤为突出，如何降低钻井摩阻 ，提 高钻井液的润滑性能，成为定 向井 、水平井钻井的关 键 [ 1 】 。提高钻井液润滑性最有效 的方法是添加钻井液 润滑剂 ，目前 ，国内外利用油脂工业下脚料进行精细 化工合成是钻井液润滑剂的发展方向 [2 - 3 ] o中国每年 收集起来作为废弃油脂的量在 4 0 0 万 t 左右 [4 】 ，因此 ， 将废弃植物油与有机物的混合物进行化学反应， 再加 以改性处理，合成出一种新型、高效、环保的钻井液 润滑剂具有重要意义 [5 - 6 ] 。 1 室 内研 究 1 ． 1 新 型植物油 润滑剂的 合成原理 酯化反应 R1 C OO H R 2 O H R1 C OOR 2 H2 O 酯交换反应 C 3 H 5 R1 C O O 3 3 R 2 O H Rl C O OR 2 C 3 H 5 OH 3 其 中 R C O OH及 C H R C OO 为废 弃植物 油 的主 要成分 ， R1 优选为 8 ～2 0个碳原子的烷基 ， R 2 为 1 ～6 个碳原子的烷基 。 1 ． 2 植物油润滑剂的合成 ①去除杂质 废弃植物油经沉降、离心去除泥 砂和水分等杂质。②化学反应 除杂质后的废弃植物 油 ，加入一定量小分子醇类 如甲醇 和催化剂 ，在 6 0 ～ 1 2 0 o C下反应 3 ～8 h 。③产 物精制 产 物经沉 降、 分离、 精制， 去除未反应的小分子醇。④改性处 理 加入一定量表面活性剂和抗高温处理剂进行改性 处 理 。 1 ． 3 植 物油润 滑剂的评 价 1 ． 3 ． 1 抗温能力 实验 使用 的基浆为 6 ％钠膨 润土浆 ，植 物油润 滑剂的加量为 1 ％，测定钻井液在不 同温度下的极压 润 滑系数 和黏附系数 ，结果 见表 1 。 由表 1可 以看 出 ，该润滑剂在高温下的润滑效果非常明显 ；1 2 0 c I 二 时，极压润滑系数和黏附系数的降低率高达 8 9 ．7 1 ％ 和 8 5 ． 7 1 ％ ； 虽然温度超过 1 3 0℃后 ，润滑效果随温 度升高而降低，但温度为 1 4 0℃时，润滑效果仍然良 基金项目 胜利石油工程有限公司科技攻关项目 GC 1 2 0 4 o 第一作者简介 祁亚男，工程师，1 9 8 7年生，2 0 1 0年毕业于天津科技大学应用化学专业，现于胜利石油工程有限公司钻井 工程技术公司泥浆公司从事钻井液与完井液、 储层保护研究工作。地址 山东省东营市勘探路 3 7号； 邮政编码2 5 7 0 6 4 ； 电话 0 5 4 6 8 7 2 1 0 4 7 ／ 1 8 6 5 4 6 9 4 3 7 9； E - ma i l q i y a n a n 8 7 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 钴井液与 完井液 2 0 1 5年 5月 好，能够满足现场需求。 表 1 植物油润滑剂在淡水基 浆中的抗温能力 1 ． 3 ． 2 抗盐污染能力 表 2 是 1 ％植物油润滑剂对不同盐含量的钻井液 极压润滑系数和黏附系数的测定结果 。由表 2 可 以看 出， 在盐水钻井液中， 植物油润滑剂的润滑效果 明显 ， 但盐含量超过 1 5 ％时，润滑效果降低。 表 2 植物油润滑剂的抗盐污染能力评价 实验条件 △ △ 1 ． 3 ． 3 与其它润滑剂的对比 用 6 ％钠膨润土浆，在常温下分别将该植物油润 滑剂与矿物油基 润滑剂 WS C 一 1和 WC H． 2进行 了评 价 ，结果见表 3 。 表 3 植物油润滑剂与其它润滑剂 的效 果对 比 从表 3 可以看出，常用的油基钻井液润滑剂黏附 系数降低率大多在 4 0 ％左右，而植物油润滑剂既能 降低极压润滑系数，又能降低黏附系数，润滑效果更 好。其荧 光级别低 ，不会影响地质 录井。并且 EC 5 。 不小于 5 0 0 0 0 mg ／L，符合安全排放标准。 1 _ 3 ． 4配伍性评价 将植物油润滑剂加入不同的钻井液体系中，测其 流变性能、滤失量和润滑系数 ，结果见表 4 。 表 4 植物油润滑剂的配伍性评价 由表 4可以看出，植物油润滑剂与钻井液中的其 它处理剂配伍性 良好 ， 对钻井液的流变性能影响不大 ， 摩擦系数小于 0 ． 1 0 ，能减少井下复杂事故 的发生 ，满 足钻井施工要求 。 2 现 场 应 用 2 ． 1 植物油润滑剂在桩2 3 区块的应用 2 ． 1 ． 1 钻井液技术措施 一 开 0 ～4 0 1 m采用预水化膨润土浆开钻 。二开 4 0 1 ～ 1 4 0 0 m井段为大井径长裸眼井段 ，使用聚合 物钻井液体系 ； 1 4 0 0 2 5 5 0 m使用聚合物防塌钻井 液体系 ，2 5 5 0 ～3 9 3 7 ． 6 7 m使用聚磺润滑防塌钻井 液体系 ； 钻至 2 5 0 0 2 7 0 0 m，继续加入 2 ％T X H 、 1 ％F T 1 、1 ％植物油润滑剂 ，将钻井液彻底转化为聚 合物防塌润滑钻井液 ，控制 A P I 滤失量不大于 5 m L、 泥饼摩擦系数不大于 0 ． 1 至完钻。 2 ． 1 ． 2 应用效果 表 5是桩 2 3区块部分施工井的润滑剂使用情况。 从表 5可以看出，使用植物油润滑剂后 ，可减少原油 用量一半以上 ，甚至完全不用原油，减少了原料运输 和人工成本，保护了环境 ； 以井深 3 9 0 0 m为例，实 验井平均建井周期从 3 3 ． 5 5 d缩短为 2 9 ． 1 1 d ，平均建 井周期缩短 1 0 ％ 以上 。 以桩 2 3 - X 4 1 2 井 的钻井液性能为例，在斜井段加 入植物油润滑剂后，钻井液性能稳定，泥饼 黏附系数 降低，有助于降低摩阻，实现陕速安全钻进，见表 6 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2 卷 第3 期 祁亚男等新型植物油钻井液润滑剂的研究与应用 4 1 表 5 桩 2 3区块部分井的植物油润滑剂使用情况 斗} 目 ． 井深 ／ 建井周原油／ 固体润 白油润 润滑 平均建井 m 期 ／ d t 滑剂／ t滑剂／ t剂／ t 周期／ d 注 平均建井周期缩短率为 1 3 ． 2 3 ％。 表 6 桩 2 3 ． X 4 1 2井钻井液性能 2 ． 2 植 物油润滑剂 在莱8 7 区块 的应用 生产井完钻层位为沙四上纯上亚段，钻探 目的为 开发莱 8 7 块沙四段油藏。矿化度为 2 5 0 8 0 mg ／ L。完 钻井深在 2 9 8 0 3 4 0 8 m。一开 0 3 5 0 1 T I 采用清水 钻进 ； 二开上部 3 5 0 1 3 0 0 n l 地层岩性胶结疏松，易 发生坍塌，钻井液主要作用是抑制地层造浆、携带岩 屑，防止软泥岩缩径，采用抑制性聚合物钻井液体系。 二开下部 1 3 0 0 1T I 左右进入沙河街地层，易发生坍塌 掉块，该井段 主要以抑制封堵防塌为主，需控制好地 层造浆，确保钻井液有良好的流变性能，确保钻井液 携岩性能 ； 定向井造斜点多在沙三地层 中，因此，在 造 斜段 2 5 0 0 2 7 0 0 1 T I 处提前 加人 1 ％～2 ％植物 油 润滑剂，提高钻井液润滑性能，确保定向钻井顺利进 行。以莱 8 7区块井深 3 1 0 0 m的井为例，使用植物油 润滑剂可使平均建井周期从 1 7 ．4 6 d 缩短为 1 3 ． 6 d ，缩 短 2 2 ． 1 o／ 0 ，钻井液成本降低 9 ． 8 ％。 3结论 与认 识 1 ． 利用废弃植物油经过一系列化学反应和改性处 理 ，生产植物油润滑剂是可行的。 2 ． 植物油润滑剂无荧光 ，不影响地质录井 ； 其生 物毒性低，环境保护效果好 ； 抗温达 1 4 0℃，能够满 足中、深定向井、水平井施工需要 ； 与钻井液配伍性 好 ，能显著改善钻井液的润滑性能。 3 ． 植物油润滑剂可降低摩阻和扭矩 ，减少井下复 杂情况的发生 ， 有利于缩短钻井周期 ， 提高钻井速度 ， 降低钻井综合成本。 参 考 文 献 [ 1 ] 沈伟 ． 大位移井钻井液润滑性研究的现状与思考 [ J ] ． 石油 钻探技术 ，2 0 0 1 ，2 9 1 2 5 。 2 8 ． S h e n W e i ． Th e s t a t u s a n d t h i n k i n g s o f t h e s tud y o n d r i l l i n g f l u i d l u b r i c i t y f o r l o n g e x t e n d e d w e l l s [ J ] ．P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 0 1 ， 2 9 1 2 5 - 2 8 ． [ 2 】 缪明富，郭建平 ． 利用油脂工业下脚料制备钻井液处理 剂 [ J ] ．钻采工艺 ，1 9 9 6 ，1 9 5 5 8 ． 6 4 ． M i a o M i n g f u，Gu o J i a n p i n g ． P r e p a r a t i o n o f d r i l l i n g fl u i d a d d i t i v e a n d wa s t e o i l u t i l i z a t i o n [ J ] ． Dr i l l i n g＆P r o d u c o n T e c h n o l o g y ，1 9 9 6 ，1 9 5 5 8 - 6 4 ． [ 3 ] 李德江 ． 钻井液润滑剂的现状及发展方向 [ J ] ． 石油钻探技 术，1 9 9 8 ，2 6 2 3 5 3 8 ． L i D e j i a n g ． S t a t u s a n d a d v a n c e s o f d r i l l i n g fl u i d l u b r i c ant s [ J ] ． P e t r o l e u m Dn l n g T e c h n i q u e s ， 1 9 9 8 ， 2 6 2 3 5 3 8 ． [ 4 】 郭枫晚，陈道勇 ． 废弃油脂的综合利用现状 [ J ] ． 石油化工 应用 ，2 0 0 9 ，2 8 5 4 6 ． Gu o F e n g wan ，Ch e n Da o y o n g ． Co mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f w a s t e g r e a s e [ J ] ．P e t r o c h e m i c a l I n d u s t r y A p p l i c a t i o n ，2 0 0 9 ， 2 8 5 4 6 ． [ 5 】 万金培，胡献国，汪家权 ． 绿色润滑剂的研究及进展 [ J ] ． 环境技术，2 0 0 3 ，2 1 3 2 6 ． 3 0 ． W an J i n p e i ，Hu Xi a n g u o，W a n g J i a q u a n ． T h e d e v e l o p me n t a n d c u r r e n t s t a t u s o f r e s e a r c h e s o n g r e e n l u b r i c a n t s [ J ] ． E n v i r o n me n t a l T e c h n o l o gy ， 2 0 0 3 ， 2 1 3 2 6 - 3 0 ． [ 6 ] 周风山， 蒲春生， 倪文学， 等 ． 钻井液润滑性的合理评价 [ J ] ． 西安石油学院学报，1 9 9 9 ，1 4 1 2 2 ． 2 5 ． Zh o u F e n g s h a n， Pu Ch u ns h e n g， Ni W e nx u e， e t a 1 ． R e a s o n a b l e e v a l u a t i o n o f d r i l l i n g flu i d l u b r i c a t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f X i a n S h i Y o u U n i v e r s i ty ，1 9 9 9 ，1 4 1 2 2 - 2 5 ． 收稿 日期2 0 1 5 ． 0 3 ． 1 9 ；HG F 1 5 0 3 M1 0 ；编辑马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m