甲酸盐及有机盐钻井液基液的润滑性.pdf

第 2 9卷 第 2 期 2 0 1 2年 3月 钻井液与完井液 DRI L Ll NG F L UI D CoM P LE T1 0N F L UI D 、 ， o 1 ． 2 9 No ． 2 M a r ．2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 甲酸盐及有机盐钻井液基液的润滑性 赵长新 ， 张长花 ， 李建 ， 胡金鹏 1 ． 河南石油勘探局井下作业处，河南南阳 ； 2 ． 渤海石油职业学院，河北任丘 ； 3 ． 河南石油勘探局钻井工程公司，河南南阳 赵长新等．甲酸盐及有机盐钻井液基液的润滑性 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 2 2 7 2 9 ． 摘要 室内用 F AN N2 1 2型极压润滑仪对钻井液完井液常用的甲酸盐、 有机盐及其混合溶液润滑性进行了测定， 并与常用无机盐进行 了比较。得出甲酸盐、有机盐溶液润滑系数都 比蒸馏水润滑系数小，且都随溶液密度升高而 降低 ； 溶液密度越高，润滑系数越小。饱和氯化钠、氯化钾溶液润滑系数与蒸馏水润滑性性系数相近。饱和甲酸 盐和有机盐溶液的润滑系数都随温度升高而增大。不同饱和甲酸盐和有机盐溶液按不同体积混合后，混合溶液的 润滑系数与相同密度的该 甲酸盐、有机盐溶液润滑系数相近。而与饱和 KC I 、Na C 1 溶液按体积 1 1 混合后，混合 溶液 的润滑 系数，则 比相 同密度 的该 甲酸 盐、有机 盐溶液润滑系数稍高。 关键词 甲酸盐 ；有机盐 ； 溶液 ；润滑性 ；润滑系数 中图分类号 T E 2 5 4 ． 4 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 20 2 ． 0 0 2 7 ． 0 3 截至目前，中国有关甲酸盐或有机盐溶液作为 钻井液基液时的润滑性 的研究测试数据很少 ，文献 [ 1 8 】 中只是笼统地说 甲酸盐溶液 的润滑 性好 ，或 是测试了用其配制的钻井液的润滑性能 ，不是作为 钻井液完井液基液的甲酸盐溶液的润滑性 。国外资 料只查 阅到卡博特公 司对饱和 甲酸钾和甲酸铯溶液 及其混合溶液的润滑性测试数据。为了弄清每种 甲酸盐与有机盐及其混合溶液的润滑性 ，在室内用 F A NN2 1 2型极压润滑仪进行了系统的研究 。 1 不 同溶 液的润滑 系数 用蒸馏水将不 同甲酸盐和有机盐配成不同密度 的溶液 ，在室温 2 5℃ 下用 F A N N2 1 2型极压润滑 仪以 6 0 r ／ m i n旋转，扭矩表施加 1 6 ．9 5 N m的压 力 ，测定蒸馏水和不 同溶液的扭矩表表盘读数 ，计 算润滑系数。 1 ． 1 不同密度甲酸盐和有机盐溶液 如表 1 所示 ，甲酸盐和有机盐溶液随着密度的 升高 浓度增加 ，其润滑系数降低 ； 不同甲酸盐 和有机盐饱和溶液的密度不同，润滑系数也不同， 度越高 ，润滑系数越小 。因此相 同密度的甲酸盐和 表 1 不 同密度 甲酸盐和有机盐溶液的润滑系数 2 5℃ ， We 2 we i 曲s h 4 os - o s - 2 o o 有机盐溶液润滑系数不一定相同 ； 饱和甲酸盐和有 机盐溶液的密度相近，润滑系数相近 如甲酸钠与 第一作者简介 赵长新，助理工程师，1 9 7 0年生，一直从事井下作业工作。地址 河南南阳油田井下作业处 ； 邮政编 码 4 7 3 1 3 2；电话 0 3 7 76 3 8 5 8 3 3 3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井液与 完 并 液 2 0 1 2年 3月 We i g h 2 ， 甲酸 钾 与 We i g h 3和 OS 一 1 0 0 ，We i g h 4与 O S ． 2 0 0 。饱和甲酸盐溶液润滑系数由大到小依次 为 甲酸钠 甲酸钾 甲酸铯 ，饱 和有机盐溶液润 滑系数 由大到小依次为 We i g h 2 We i g h 3 ／ OS ． 1 0 0 W e i g h 4 ／ OS一 2 00。 1 ． 2 不同温度下的饱和甲酸盐和有机盐溶液 将饱和甲酸盐和有机盐溶液加热，测定它们在 不同温度下的润滑系数 ， 结果见表 2 。从表 2 可知， 饱和甲酸盐和有机盐溶液 的润滑系数随温度升高而 随之增大 ； 盐溶液密度越高，润滑系数增幅越小 ； 温度从 2 5℃升高到 7 5℃，甲酸钠溶液润滑系数增 加 7 0 ％，甲酸铯溶液润滑系数增加率仅为 3 3 ％。 表 2 饱和甲酸盐和有机盐溶液在不同温度下的润滑系数 we i 2 we g h s w e i g os - 。 。 。s- z o o 1 ． 3 不同饱和甲酸盐及有机盐溶液复配 考虑到实际应用中为了得到不 同密度的饱和甲 酸盐和有机盐溶液，经常将 2 种甲酸盐或 2 种有机 盐相互复配成饱和溶液使用。测试了不同饱和甲酸 盐和有机盐溶液按不同比例复配的混合溶液的润滑 系数，结果见表 3 。 表 3 不同饱和甲酸盐和有机盐溶液 复配混合溶液的润滑系数 2 5℃ 复配溶液 体积比 p ／ c m3 备注 由此可知 ，甲酸钠与甲酸钾 、甲酸钾与 甲酸铯 、 We i g h 2与 We i g h 3 按体积 2 1 、1 l 和 1 2比例 混合后都为液体，密度分别为 1 ．4 2 ～1 ． 5 1 g ／ c m 、 1 ． 8 2 ～2 ． 1 0 g ／ c m 和 1 ． 3 8 ～ 1 ． 4 7 g ／ c m ，润滑系数在 2个饱和溶液润滑系数之 问，与相同密度该 甲酸盐 和有机盐溶 液润滑 系数相 近，且都 随密度增 加而 降低。We i g h 3与 We i g h 4 ，O S - 1 0 0 与 O S ． 2 0 0的饱 和溶液按 1 l 的体积比混合后溶液变黏稠，有细 小结 晶颗粒析 出，润 滑系数 比 2种相 同密度饱 和 溶液的润滑系数都稍高，可能为析出结晶所致。同 时 可以看 出，3种饱 和 甲酸盐 溶液之 间及 We i g h 3 与 We i g h 2 饱和溶液之间可以相互复配使用，而 We i g h 3与 We i g h 4 ，OS 一 1 0 0与 OS 一 2 0 0不 适宜 相 互 复配使用。 1 ． 4 饱和甲酸盐 、有机盐溶液与饱和无机盐溶 液复配 考虑到实际应用中经常在无机盐 KC 1 、Na C 1 钻 井液中加入甲酸盐或有机盐，实验测试了不同饱和 甲酸盐 、有机盐溶液与饱和 K Cl 、Na C 1 溶液按 1 1 比例复配 的润滑系数 ，结果见表 4 。 表 4 不同饱和甲酸盐、有机盐溶液与饱和 KC 1 、Na C 1 溶液复配的润滑系数 2 5℃ 一 KCl Na Cl KCl Na Cl KCl Na Cl 十 项 目 KCl Na C1 OS一 1 0 0 OS 一 1 0 0 We i g h 2 We i g h2 W e i g h 3 We i g h 3 体积 比 1 1 1 1 1 1 1 l 1 1 1 1 p ／ g ／ c m 1 ． 1 8 1 ．2 3 1 ．3 7 1 ． 3 9 1 ． 2 4 1 ． 2 6 1 ．3 7 1 ． 3 9 ， 0 _ 3 4 O．31 0 ． 2 2 O ．2 O 0．2 6 0 ． 2 3 O ． 2 3 0- 2 l 备注溶液 溶液溶液 溶液 溶液 溶液 溶液溶液 口 KCI Na CI KCI Na CI KCI Na CI ” 日 ⋯ 甲酸钠 甲酸钠甲酸钾 甲酸钾 甲酸铯 甲酸铯 从表 4 可知，饱和 K C 1 溶液的润滑系数与蒸 馏水相同，也就是说蒸馏水中加 K C 1 至饱和，润 滑系数并不改变 ，饱 和 Na C 1 溶液润滑系数 比蒸馏 水稍低一点。不同的饱和甲酸盐、有机盐溶液与饱 和 K C 1 、 N a C 1 溶液按体积比为 1 1 混合后，混合 溶液的润滑系数比相同密度 的该 甲酸盐 、有机盐溶 液的润滑系数稍大， 其原因应该是饱和 K C I 、 N a C 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9 卷 第 2 期 赵长新等甲酸盐及有机盐钻井液基液的润滑性 2 9 溶液基本没有润滑性所致。另外 ，实验发现 ，饱 和 的润滑性系数相近。 KC 1 与饱和 甲酸钾 、饱和 N a C 1 与饱和 甲酸钾复配 后有白色结 晶析出，其原因有待于进一步研究 。 参 考 文 献 2认 识 与 结论 [ 】 1 ． 同一种 甲酸盐 、有机盐溶 液的润 滑系数 随 溶液密度的升高而降低 ； 溶液的密度越高，润滑系 数越小。饱和溶液 的润滑系数 由小 到大依次为 甲 酸铯We i g h 4 、 O S ． 2 0 0 O S 一 1 0 0 、 We ig h 3 、甲酸钾 We i g h 2 、甲酸钠。 2 ． 饱和甲酸盐和有机盐溶液的润滑系数随温度 的升高而增大 ； 饱和甲酸盐和有机盐溶液的密度越 高 ，润滑系数越小 ，润滑 系数随温度的升高而增大 的幅度越小 。 3 ． 不 同饱和 甲酸盐和有机盐溶液相互复配后 ， 混合溶液的润滑系数与相同密度的该甲酸盐、有机 盐溶液润滑系数相近 。而它们与饱和 KC 1 、Na C 1 溶 液按 1 1的体积 比相互 复配后 ，混合溶液 的润滑 系数则 比相 同密度该 甲酸盐 、有机盐溶液润滑系数 稍高 。We i g h 3与 We i g h 4 ，OS 一 1 0 0与 OS ． 2 0 0 、KC 1 与 甲酸钾 、Na C l 与 甲酸钾 ，它们 的饱和溶液 复配 后有结晶析出，不适宜相互复配使用。 刘志良，周天辉 ，王凤 ，等 ． 高密度甲酸钾钻井液的研 究 [ J ] ． 新疆石油天然气，2 0 0 8 ，4 3 4 5 ． 4 8 ． 吴飞，陈礼仪，周应华，等 ． 甲酸盐无固相钻井液研 究 f J 1 ． 成都理工大学学报，2 0 0 3 ，3 0 3 3 2 2 3 2 6 ． 虞海法 ，左凤江，陶德灿 ，等 ． 水平井无固相甲酸盐保 护储层钻井完井液技术 『 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ，2 5 5 7 5 ． 7 6 ． 李志勇，鄢捷年，李东平，等 ． 新型甲酸盐 ／ 正电聚 醇钻井液在南部滩海地区的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ，2 2 6 3 7 ． 4 0 ． 郑力会 ，王志军 ，张民立 ． 盐膏层用高密度有机盐钻井 液的研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 4 ，2 1 4 37 39． ’ 姚少全 ， 汪世国， 谢远灿 ， 等 ． 有机盐钻井液的研究和 应用 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 1 ，2 9 5 4 3 ． 4 5 ． 周长虹，冯京海 ，徐同台，等 无黏土低固相新型有机 盐钻井液的室内研究 『 J 1 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 6 22 ． 24 ． 周建东 ，李在均，邹盛礼 ． 有机盐钻井液在塔里木东 河油 田D H1 ． 8 6井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 2 ， 1 9 4 2 1 ． 2 3 ． 4 ． 饱和 K C 1 、N a C I 溶液的润滑陛系数与蒸馏水 收稿日 2 0 1 1 ． 1 0 ． 0 2 ； IN D D 1 2 0 2 W2 ； 编辑汪 桂娟 上接第2 6 页 井深 n 图 2 DB 一 8 井二开井径曲线 4结论 与建 议 1 ． 该抗高温钻井液抗温可达 1 8 0℃，同时可抗 复合盐水污染，在钙离子浓度为2 5 0 0 m g ／ L时该抗 高温钻井液仍可维持性能稳定。 2 ． 使用超低渗剂可提高该钻井液的防渗漏能力。 3 ． 使用该抗高温钻井液顺利钻穿了D B ． 8 井的 石千峰组软泥岩，抑制了黏土的高温污染，该体系 体现出了较好的抑制与抗污染能力。 4 ． 该钻井液的防塌护壁能力强 ，试验井段井身 质量优 良，平均井径扩大率小于 8 ％，并对疏松煤 层也有 良好 的防塌护壁能力 ，建议在鄂尔多斯盆地 深部地层勘探开发 中进一步推广应用。 参 考 文 献 [ 1 ] 张浩，康毅力，李前贵，等 ． 鄂尔多斯盆地北部致密砂 岩气层粘土微结构与流体敏感性 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ，2 2 6 2 2 ． 2 5 ． [ 2 ] 宁印平，崔迎春，薛波，等 ． 鄂尔多斯盆地延长区块天 然气探井钻井液技术改进与应用 [ J 】 _ 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ，2 6 2 1 2 6 1 2 8 ． [ 3 】 刘晓栋 ． 耐高盐高强度膜屏蔽剂的研制与性能评价 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 3 1 2 ． 1 5 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 9 ． 2 7 ；H GF 1 2 0 1 M7 ；编辑马倩芸 嘲 矗要 欺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m