纳米RH乳液的研究与应用

刘玉珍

摘要：在纳米乳化剂的作用下，以羟基铝为“晶核”，小阳离子季铵盐为“吸附载体”，将吸附在载体表面的含蜡质较高的轻质原油乳化，形成水包油型的高效纳米RH乳液。室内评价结果表明，RH的润滑性能优良，具有比较理想的抗高温稳定性能，RH综合性能优于其他润滑剂，现场应用效果良好，钻井施工顺利，在防塌、防漏、防卡等方面见到了较好的效果，具有应用推广价值。

关键词：钻井液；润滑剂；粘附系数；润滑性能

前言

随着油田勘探开发技术的不断发展，定向井、大斜度大位移井、水平井及超深井不断增加。如何有效提高钻井液的润滑性能，减少粘卡事故发生，确保钻井施工顺利进行，已成为钻井液工艺中日益突出的问题。

作为钻井液主要处理剂之一的润滑剂为安全优质钻井起关键作用。其功能就是降低钻具旋转时所产生的钻柱与井壁之间的钮矩及起下钻时所产生的摩擦阻力。

目前常用的液体润滑剂主要是以柴油、RT-001为主。这种润滑剂由于本身结构特点，在现场应用中存在两点不足：润滑剂生物毒性高，污染环境；润滑效果一般，用量较大。针對上述情况，为更好满足钻井要求，我们成功合成出一种新型纳米RH乳液润滑剂。

该润滑剂的关键技术是在特定的温度条件和纳米乳化剂的作用下，以羟基铝为“晶核”，小阳离子季铵盐为“吸附载体”，将吸附在载体表面的含蜡质较高的轻质原油乳化，形成水包油型的乳状液；由于利用了羟基铝为“晶核”，小阳离子季铵盐为载体，使得润滑剂的吸附基增多而且吸附能力大大增强，在井壁及金属表面的吸附由原来的“孤立的”油滴“点吸附”变成大面积的由羟基铝和小阳离子季铵盐相连网状结构的“片”状油膜，因此，润滑性能大幅度提高。同时由于羟基铝、小阳离子季铵盐抗温效果好，与其紧密吸附的油膜得以稳定，解决了以前液体润滑剂在高温条件下粘度降低失去润滑效果的问题。起到了降低钻具与井壁泥饼的摩擦力，提高钻井液和泥饼的润滑性的能力，从而降低钮矩和阻力，达到提高钻速和防止粘附卡钻的目的。

当加入纳米乳液的钻井液钻入油层时，由羟基铝和小阳离子季铵盐相连形成的网状结构的油膜，可以有效阻止钻井液中的固相颗粒和滤液侵入地层，从而避免钻井液对油气流通道的永久堵塞，起到较好的保护油气层效果。

润滑剂的润滑效果用摩阻系数来表征。我们用EP润滑仪及NF-2型泥饼粘附系数测定仪对钻井液润滑性能的优劣进行综合评价。

室内研究结果表明该润滑剂具有很高的润滑降摩阻效果，对各种不同水基钻井液体系性能基本无影响，RH无生物毒性，完全满足环保要求，而且产品成本低，应用价值高，可广泛应用于各种钻井润滑防卡需要。

1.纳米RH乳液的室内研究

1.1 原料的筛选及确定

对润滑剂而言，所选用的原料油的润滑性能是决定润滑剂润滑防卡效果的重要因素。因此，我们选择不同类型的原料：蜡质原料、白油、RT-862以及不同型号柴油，用NF-2型泥饼粘附系数测定仪测定其粘附系数f，优选最佳原料。

表1实验结果显示，在上述5种原料中，柴油1#和蜡质原料的润滑效果最为显著，综合考虑原料的性价比，确定蜡质原料为原料。

1.2纳米RH乳液的最佳配方

优选表面活性剂的种类和加量，以羟基铝为“晶核”，小阳离子季铵盐为“吸附载体”，在一定范围内反应30min 后，在特定温度下加入润滑性能改进剂继续反应60min ，待反应完毕后冷却，制得样品为纳米RH乳液。

1.3纳米RH乳液的配制工艺

高效纳米RH乳液可直接加入到各种水基钻井液体系中。纳米RH乳液的配制工艺如下。

RH的配制工艺为：

晶核一定温度

蜡质原料 + 纳米乳化剂-----------→ + 润滑性能改进剂----------→RH

吸附载体 反应60min

2.纳米RH乳液的性能评价

2.1RH的润滑性能测试

取预先配制好的白土浆分别加入FCLS 1.0%，用20%NaOH溶液12ml调PH值。以其中一罐作为基浆，其余分别加入1%的RH、RT-001、柴油搅拌60min 后，用NF-2型泥饼粘附系数测定仪测定其粘附系数f，结果见表2。

表2实验结果显示，RH的粘附系数降低率最高。当RH加量达3.0%时，润滑效果达最佳值，故RH推荐加量为3%左右。

2.2RH的抗温性能评价

向0#钻井液中分别加入3.0%RH和3.0% RT-001，搅拌30min后，进行高温高压试验, 测试其粘附系数，评价其抗温性能，结果见表3。

表3结果显示，高效纳米RH乳液具有理想的抗温效果，抗温能达120℃以上。

2.3润滑效果对比实验

将RH与目前应用较多的改性柴油，石墨、RT-862和RT-001进行润滑效果对比测试。用EP润滑仪测定其摩阻系数fk，结果见表4。

表4结果显示，RH的摩阻系数降低率远高于其他三种润滑剂，由此可见，RH的高效润滑效果明显优于柴油、石墨、RT-862和RT-001。

2.4RH与不同钻井液体系的配伍性

分别向铁铬盐浆，硅氟分散井浆，聚合物不分散井浆及分散井浆中加入3%RH，搅拌60min 后，测试钻井液全套性能，结果显示，高效纳米RH乳液在FCLS 体系、硅氟体系、分散体系及不分散体系等不同钻井液体系中均有良好的配伍性。

结论

① 纳米RH乳液具有高效润滑特点，完全满足井下润滑防卡要求。

② 纳米RH乳液具有理想的配伍性能，适用于不同体系的钻井液体系。

③ 纳米RH乳液具有比较理想的抗高温稳定性能。

④ 纳米RH乳液满足环保要求。

参考文献

[1]田永民，胡建国，蓝强.纳米防塌润滑剂钻井液体系在胜利油田孤北古100井的应用.钻井液与完井液.2005,22（6）

[2]崔永春，李家芬，苏长明.钻井液纳米润滑乳化剂的实验研究.钻井液与完井液.2008,25（6）

[3]张麒麟，龚保强，鄢捷年，李培海.中原油田特殊工艺井钻井液的研究与应用.钻井液与完井液.2005,22（4）

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