西南石油学院油田化学专业,现为工程师。耿晓光,1965年生。1988年毕业于大庆石油学院开发系钻井工程专业,现任钻井液室副主任、高级工程师。
大庆油田开展的小井眼钻井、侧钻水平井钻井,在设计时都遇到了如何减少摩擦,提高安全系数的技术难题,尤其是在长垣内调整井上侧钻水平井,钻井液密度较高,常规钻井液润滑系数在0.3以上,有的甚至达到0.5,这些条件使压差卡钻的几率相应增大,必须提高钻井液的润滑性。
通过开展钻井液润滑性研究、润滑剂的研制,使高密度钻井液润滑系数小于0.15,润滑防卡措施不影响钻井液性能在2口侧钻水平井和62口小井眼现场试验中取得了良好的效果原理为了在钻井液中实现高效润滑的目的,首先要求润滑剂对钻具和滤饼要有良好的吸附性,尤其是对钻具表面润滑性的改善更重要,是否容易吸附是润滑剂改善摩擦付表面而起作用的关键;其次吸附在摩擦付表面的润滑剂油膜要有一定的强度,不易脱落,一方面是保证润滑剂起作用,另一方面减少润滑剂的消耗,提高润滑效率。
一般植物油润滑剂是通过脂肪酸与金属的化学吸附或包覆固相而起到润滑作用的吸附能越大,吸附就越牢固,而吸附能与分子的结构和摩擦表面的性质有关。润滑剂RF合成时,在不饱和的碳链上引入了活性元素,在摩擦的条件下可以使钻具表面上的非极性烃类长链物质极化,产生定向排列,就象栽使钻具与井壁之间的接触变为油膜之间的接触RF除可与金属产生更强的化学吸附外,其碳链上的活性元素还可在摩擦产生高温及新暴露的金属表面上引起化学反应,形成金属皂,构成极压固体润滑膜化学反应膜不同于化学吸附膜,化学吸附时,润滑剂分子和金属分子之间形成化学键,金属离子不离开它本身的晶格,在热的作用下会发生脱附,而化学反应膜形成的金属皂使金属脱离原来的晶格,形成牢固的极压膜极压膜由于熔点低于摩擦面的金属熔点,剪切强度低,从而减少摩擦、减少磨损合成原料:植物油副产品、硫酸、氢氧化钠、矿物原料、表面活性剂等。仪器:药物天平、量筒、烧抓pH试纸5L高温高压反应釜、氮气瓶、温度控制器压力中间容器磁力搅拌器等。压力要控制在1MPa,温度为160°C 10C.在合成过程中须氮气吹扫,以防反应时氧化交联接枝反应后的产物为深棕红色液体1.极压润滑试验对侧钻水平井所使用的钾铵体系在不同密度情况下的润滑性作了室内比较试验,实验仪器为美国白劳德公司生产的极压润滑仪(LubricityTester),试验数据见表可以看出,在密度1.3g/cm3以下,润滑系数EP值大致相同,增加密度,EP值随之增高,*高可在刷黏-的样牢固地吸附在钻具蓖面Ublish达g%5以上粘附系数矽随密度增加而增加ki.net表1不同密度钾铵体系钻井液润滑性试验数据密度EP值Kf值~20%的浓度混入钻井液中,在1.7g/cm3以下密度的钻井液中可显者提高钻井液的润滑性,RF的合适加量在1.5%左右,见表2同时发现RF润滑过的滑块表面有一层油膜,很难清洗掉,必须用石英砂磨膏在高转速下重新研磨一段时间才能除掉,证明了RF在摩擦状态下可以与金属发生化学反应,产生反应膜,因而这层油膜在金属表面附着十分牢固。
表2 RF在钻井液中的降摩阻试验数据密度力口里% 2粘附摩擦试验为了进一步评价它对滤饼的降摩阻贡献,做了如下的滤饼粘附性试验,实验仪器为美国白劳德生产的滤饼粘附系数测定仪(DifferentialStickingTester),试验情况见表3表3滤饼粘附系数对比试验数据项目基浆基浆+观RF粘度/s失水/吸住时间/min 5min测点粘附系数Kf值试验证明RF对滤饼同样具有降低摩阻的作用,可以改善钻具与滤饼这对摩擦付的两个摩擦面影响钻井液其它性能,数据参见表4表4 RF对钻井液的性能影响试验钻井液体系性能粘度失水q滤饼1铵原浆f加入RF后!两性离子原浆2加入RF后3正电胶原浆1加入RF后注:密度均为1 4.抗高温性能一般以植物油为基础油的润滑剂有一定的温度使用界线,这与其表面活性剂的调配有关RF在合成时改变了基础油的分子结构,具有高温稳定性,长时间保存不变质对RF在不同温度条件下老化前后的润滑性进行了试验,试验表明RF在160°C以下老化前后性能没有变化三、现场试验井是大庆油田**口侧钻水平井,在977.6m开窗侧钻,垂深106282m,斜深1182.88m,水平段长82m,全井水平位移150.44m,从31组钻穿至A组层,钻井液密度1. 45g/cm3,该井的特点是砂岩段长,达150多米,可形成粘卡的层段多。在井斜达到30斜深为1007m时,开始加入润滑剂RF**次加入360kg,占钻井液量的0.45%,极压润滑系数由0. 31降至Q12加入RF后在不补加的情况下,两天后极压润滑系数仍保持在0. 14~0.16,说明RF现场应用具有高效、长效的作用,此后钻进的过程中,用少量RF补充维护即可极压润滑系数始终在0. 12~0.14,直至完井。完全满足了工程需要。该井的钻井液润滑性能数据见表5表5高160侧平38井钻井液润滑性数据井深L/m密度失水q滤饼d固含s 2金侧平6井现场试验该井于1998年6月开钻,开窗位置1647.8m,垂深1737m,斜深1894m,水平段长119m,钻井液密度1.30g/cm3,完钻的浓度混入钻井液中试验结果表明1RF的加入Iblishhg表2 ST-U的调剖试验参数岩心分段长度/cm堵效段塞一段时间,配合渗透率梯度测试仪进行测试,试验参数见表3由表3可以看出,L1L2L3段堵效比较接近,且很小,L4段的堵效很高,超过90%,两者相差很大,可以推测ST-I调剖剂挤入岩心很浅,约5cm左右,它可作为近井调剖段塞表3 ST-I的调剖试验参数岩心分段长度/cm堵效三、结论H环压式高温高压岩心实验仪可作为油层保护和堵水调剖试验中重要的试验仪器。
配合渗透率梯度测试仪评价的ST系列调剖剂可满足多段塞深度调剖的要求