新型潤(rùn)滑防滲多效鉆井液添加劑
不詳 ?佚名 ? 2008年07月01日 ? ?科學(xué)前沿
四求試驗(yàn)機(jī)
鉆井液是指油氣鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱。鉆井液又稱作鉆井泥漿，或簡(jiǎn)稱為泥漿。鉆井液的循環(huán)通過泥漿泵來維持，從泥漿泵排出的高壓鉆井液經(jīng)地面高壓管匯﹑立管﹑水龍帶﹑水龍頭﹑方鉆桿﹑鉆桿﹑鉆鋌到鉆頭，從鉆頭噴嘴噴出，再沿鉆柱與井壁（或套管）形成的環(huán)形空間向上流動(dòng)，到達(dá)地面后經(jīng)排出管線流入泥漿池，再經(jīng)各種固控設(shè)備進(jìn)行處理后進(jìn)入泥漿泵循環(huán)再用。鉆井液流經(jīng)的各種管件﹑設(shè)備構(gòu)成了一整套鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。鉆井液的基本功用為：攜帶和懸浮巖屑，穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力，冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆具，傳遞水動(dòng)力。
隨著鉆井液工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井液的種類越來越多。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鉆井液有各種不同的分類方法。根據(jù)流體介質(zhì)的不同，總體上分為水基鉆井液﹑油基鉆井液和氣體型鉆井流體等三種類型，近年來又出現(xiàn)了一類合成基鉆井液。水基鉆井液在實(shí)際應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。水基鉆井液是由膨潤(rùn)土、水（或鹽水）、各種處理劑、加重材料以及鉆屑所組成的多相分散體系。膨潤(rùn)土是最常用的配漿材料，在其中主要起提粘切﹑降濾失和造壁等作用。膨潤(rùn)土的用量不宜過大，否則會(huì)造成鉆井液粘切過高，還會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速，并對(duì)保護(hù)油氣層產(chǎn)生不利影響。油基鉆井液的組成：水滴為分散相、油為連續(xù)相、乳化劑、潤(rùn)濕劑、親油的固體處理劑（有機(jī)土﹑氧化瀝青等）、石灰加重材料。氣體型鉆井流體主要適用于鉆低壓油氣層﹑易漏失地層以及某些稠油油層。其特點(diǎn)是密度低，鉆速快，可有效保護(hù)油氣層，并能有效防止井漏等復(fù)雜情況的發(fā)生。合成基鉆井液主要為國(guó)外生產(chǎn)，效果較好，但是價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)使用較少。
鉆井液的常規(guī)性能要求有：密度、流變性、濾失造壁性、固相含量和膨潤(rùn)土含量、含砂量、 pH值、破乳電壓（針對(duì)油基鉆井液），其中濾失造壁性是非常重要的性能。在鉆進(jìn)過程中，鉆井液會(huì)侵入巖縫，造成井壁周圈巖層的疏松、坍塌，鉆井液就會(huì)滲漏到地層中，給鉆井帶來巨大的損失。目前油田中普遍存在因?yàn)殂@井液濾失造壁性不好導(dǎo)致的泥漿滲漏。鉆井時(shí)每口井的鉆井液用量很大，需要資金上百萬元，出現(xiàn)鉆井液滲漏的現(xiàn)象就需要不斷的重新注入新的鉆井液，這樣一來每口井浪費(fèi)的鉆井液成本達(dá)幾十萬甚至上百萬元，更嚴(yán)重的是井壁的大幅度坍塌往往會(huì)導(dǎo)致一口井報(bào)廢，對(duì)于擁有成千上萬口井的油田企業(yè)來說，其運(yùn)營(yíng)成本的增加很大。加入降濾失劑的目的就是要通過在井壁上形成低滲透率、柔韌、薄而致密的濾餅，盡可能降低鉆井液的濾失量，即損失量。如今，國(guó)內(nèi)對(duì)降濾失劑的研究水平比較低，大部分研究都針對(duì)滿足基本的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是實(shí)際上鉆井的工況非常復(fù)雜，僅僅達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不能十分有效的解決問題，而且市售的降濾失劑技術(shù)含量較低，價(jià)格都比較昂貴，因此研發(fā)一種性能優(yōu)異，價(jià)格低廉的降濾失劑成為科研工作者的關(guān)注熱點(diǎn)。
目前國(guó)內(nèi)外降濾失劑的主要成分分為三大類：（1）高聚物，主要是丙烯酸衍生物的均聚物和共聚物，常見的有2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸 （AA）、丙烯酰胺 （AM）。其他高聚物有木質(zhì)素磺酸鹽、取代丙烯酰胺、2-羥基-3-甲基丙基-三甲基氯化銨（HMOPTA）、磺甲基褐煤腐殖酸鉀-丙烯腈、淀粉-水解聚丙烯腈反應(yīng)產(chǎn)物、磺化酚醛樹脂、樹皮酚等。（2）纖維，一般為菜籽油粕、秸稈纖維。（3）固體顆粒物，最常用的是納米膨潤(rùn)土復(fù)合體，無機(jī)-有機(jī)單體聚合物也得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是現(xiàn)有的降濾失劑存在以下一些問題：（1）聚合物本身原料價(jià)格昂貴，大大提高了鉆井液的成本。（2）淀粉和普通的纖維的耐熱性差（130℃就碳化），不能滿足深井鉆井液的耐高溫要求（280-300℃）。（3）降濾失機(jī)理尚不清楚。三種類型的降濾失劑的單獨(dú)使用都不能滿足降濾失要求，但對(duì)三種劑的復(fù)合效應(yīng)的研究很少，機(jī)理不清，阻礙了耐高溫等特種降濾失劑的發(fā)展。（4）對(duì)同時(shí)具有良好降濾失和潤(rùn)滑性的多效添加劑研究較少。
針對(duì)以上問題，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）表面工程研究所潤(rùn)滑材料課題組努力探索其他種類的新型降濾失劑，采用摩擦學(xué)和摩擦化學(xué)的基本原理，添加劑的復(fù)合技術(shù)，以及納米技術(shù)，合成新型多效添加劑。研究出以煙炱（廢發(fā)動(dòng)機(jī)油再生副產(chǎn)品）、特種耐熱纖維 、納米技術(shù)制備和修飾的膨潤(rùn)土、價(jià)廉的聚合物（如含有木質(zhì)素、腐殖酸等的高聚物）為主要成分的新型潤(rùn)滑防滲多效鉆井液添加劑。煙炱在廢油再生過程中很容易得到，幾乎不需要成本。膨潤(rùn)土的價(jià)格非常低廉，修飾方法也比較簡(jiǎn)單。木質(zhì)素等高聚物可以自己提取，工藝簡(jiǎn)單，成本極低，對(duì)整套生產(chǎn)設(shè)備的要求低。對(duì)此多效添加劑通過降濾失實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)其性能，代號(hào)為FR-5M的多效降濾失劑的降濾失實(shí)驗(yàn)結(jié)果濾失量從28ml降低到16.4ml，具有良好的效果。降濾失性的提高使鉆井液的滲漏現(xiàn)象明顯得到緩解；通過添加劑的復(fù)合等技術(shù)改善鉆井液的潤(rùn)滑性能，得到了和普通基礎(chǔ)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性能相當(dāng)?shù)男Ч?，降低了鉆桿和巖石等的摩擦系數(shù)，在一定程度上提高了鉆進(jìn)速度；通過改善鉆井液的成分，使用的各種劑都能耐高溫，添加此多效添加劑后使鉆井液耐溫性提高，減緩了鉆井液的老化速度，使鉆井液的粘度不發(fā)生大的變化，從而節(jié)約了鉆井液的使用成本。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探索降濾失劑三種成分的交互作用，包括纖維長(zhǎng)度和尺寸分布對(duì)降濾失劑效果的影響，乳化液的顆粒度對(duì)降濾失劑效果的影響，膨潤(rùn)土的顆粒度、插層和表面修飾對(duì)降濾失劑效果的影響，以上因素的交互作用及其機(jī)理，對(duì)潤(rùn)滑防滲多效鉆井液添加劑的使用和進(jìn)一步研究提供了理論依據(jù)。所得的多效鉆井液添加劑具有良好的降濾失性，另外還可改善鉆井液的潤(rùn)滑性和耐溫性。市售產(chǎn)品要不只具有降濾失效果，要不只能提高耐溫性，改善潤(rùn)滑性的產(chǎn)品很少，沒有見到同時(shí)具有降濾失性、耐溫性和改善潤(rùn)滑性的多效添加劑產(chǎn)品，因此潤(rùn)滑防滲多效鉆井液添加劑的成功研制具有重大的實(shí)際意義和廣闊的市場(chǎng)前景。
實(shí)驗(yàn)研究的成果引起了一些油田鉆探企業(yè)的興趣，他們對(duì)此多效添加劑的應(yīng)用前景很看好，希望借此能解決油田鉆井過程中滲漏帶來的一系列問題。這也為實(shí)驗(yàn)室研究提供了更大的動(dòng)力，他們今后將會(huì)研究不同類型的降濾失劑及其組合對(duì)潤(rùn)滑性能的影響。相信通過中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）表面工程研究所潤(rùn)滑材料研究室研究工作者的深入研究，更多種類的鉆井液添加劑不久將會(huì)面市。
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