荊 鵬

（天津中海油服化學(xué)有限公司，天津 300301）

隨著工業(yè)高速發(fā)展，目前全球的陸地和海上油氣田開發(fā)，已經(jīng)逐步向更高溫、高壓以及復(fù)雜地層區(qū)塊延伸，對于油氣開采的難度也在逐步增加，對于鉆井液體系中潤滑劑的要求也越來越嚴(yán)苛，主要涉及以下幾個(gè)需求：（1）高效的潤滑性能；（2）兼具生物環(huán)保特性；（3）抗高溫性能；（4）對于不同體系和地層均要有足夠的穩(wěn)定性。

本研究即是針對以上技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，構(gòu)建并研制一種新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品，來滿足現(xiàn)場作業(yè)要求，進(jìn)一步應(yīng)用到高難度油氣田的開發(fā)和應(yīng)用中，為我國油氣田開發(fā)業(yè)務(wù)拓展貢獻(xiàn)一部分力量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

α-烯烴合成基礎(chǔ)油（上海孚科獅化工科技有限公司，工業(yè)級）；碳酸鈉（天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠，分析純）；氯化鈉（天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠，分析純）；氯化鉀（天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠，分析純）；氫氧化鈉（天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠，分析純）；重晶石4.2 g/cm3（廣西省桂林市金三華礦粉公司，工業(yè)級）；PF-BF1乳化劑（自產(chǎn)）；PF-BF2乳化劑（自產(chǎn)）；去離子水；新疆夏子街鈉搬土。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

OFITE式極壓潤滑儀（OFI測試設(shè)備，美國德克薩斯洲休斯頓生產(chǎn)）；變頻高速攪拌機(jī)（青島海通達(dá)專用儀器廠）；滾子加熱爐（青島膠南分析儀器廠）；ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（青島膠南分析儀器廠）；GZX-9070MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；高溫高壓失水儀（青島宏煜琳石油儀器有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

新型高效環(huán)保潤滑劑采用α-內(nèi)烯烴合成基礎(chǔ)油，作為基礎(chǔ)油相物質(zhì)，其在潤滑性、耐溫性以及穩(wěn)定性等方面都有著十分突出的應(yīng)用效果[1-3]；同時(shí)在體系中采用自主研發(fā)的兩種新型乳化劑PF-BF1和PF-BF2為主劑，兩種乳化劑采用硼化脂肪胺類共聚物；同時(shí)復(fù)配一定量的穩(wěn)定材料和高效乳化材料，最終形成的新型環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品，在抗溫性、抗鹽性、潤滑性以及環(huán)保性能等方面都有突出的效果。

主要研制機(jī)理是在α-內(nèi)烯烴合成基礎(chǔ)油中引入硼酸脂類化合物：（1）形成摩擦表面的強(qiáng)吸附作用；（2）同時(shí)其在摩擦表面生成具有層狀結(jié)構(gòu)的氮化硼化合物，低溫時(shí)發(fā)生物理吸附，起到抗磨減阻作用；隨著體系溫度升高發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氮化硼和硼化鐵等抗磨性極強(qiáng)的物質(zhì)，從而使鉆具和井壁表面具有很強(qiáng)的抗磨減磨性能和很好的熱穩(wěn)定性。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測定方法

潤滑系數(shù)值和扭矩降低率是按照石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)SY/T6615-2005進(jìn)行測定；泥漿流變性能是按照ASTM C1752-2011進(jìn)行；泥漿抗污染實(shí)驗(yàn)按照GB/T15541-1995進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 新型高效環(huán)保潤滑劑添加劑研究

新型高效環(huán)保潤滑劑采用α-內(nèi)烯烴作為基礎(chǔ)油[4]，對比傳統(tǒng)油基潤滑劑采用礦物油、酯類、聚烯烴、溶劑油或復(fù)合酯類等材料，α-內(nèi)烯烴在耐溫和穩(wěn)定性方面都有較大優(yōu)勢，常規(guī)基礎(chǔ)油類物質(zhì)（見圖1），其黏溫曲線波動(dòng)較大，黏度隨溫度變化較明顯，α-內(nèi)烯烴基本在0～70℃范圍內(nèi)都保持穩(wěn)定的黏度。

圖1 不同基礎(chǔ)油黏溫曲線

新型高效環(huán)保潤滑劑采用新型硼酸脂類化合物作為潤滑劑主劑（主劑加量為2%），對其在普通礦物油中潤滑系數(shù)進(jìn)行測定，并與常規(guī)油脂潤滑劑（同時(shí)采用礦物油作為基礎(chǔ)油，同時(shí)成本相當(dāng)）進(jìn)行對比。常規(guī)油脂潤滑劑摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化，呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，潤滑性能在逐漸降低。而采用新型硼酸脂類化合物復(fù)配礦物油，其摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化，呈現(xiàn)平滑穩(wěn)定的趨勢，潤滑性能持續(xù)穩(wěn)定在較低的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。

2.2 新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品評價(jià)

新型高效環(huán)保潤滑劑，通過對其潤滑性能、耐溫性能、環(huán)保性能等基礎(chǔ)性能進(jìn)行評價(jià)[5-7]，其結(jié)果如下：

2.2.1 潤滑性能評價(jià) 采用新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品，分別對其淡水搬土漿、天然海水搬土漿以及10%NaCl水溶液搬土漿進(jìn)行潤滑性能測定，具體數(shù)據(jù)（見表1）。從表中數(shù)據(jù)可以了解到，新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品加量0.5%時(shí)，在不同基漿體系中均有很好的潤滑性能，扭矩降低率都在90%以上。

表1 不同潤滑劑產(chǎn)品在不同搬土漿中潤滑性能對比

2.2.2 耐溫性能評價(jià) 采用淡水和海水6%搬土漿作為基漿，在1%加量條件下，測定不同潤滑劑產(chǎn)品在不同老化溫度后的扭矩降低率，具體結(jié)果（見圖2和圖3）。新型環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品在溫度80℃～220℃范圍內(nèi)均保持較好的潤滑效果，對比國外幾款高端潤滑劑產(chǎn)品在180℃后，潤滑性能都有開始衰減，200℃以后明顯下降。該現(xiàn)象表明，采用硼酸脂類化合物，其老化后在金屬表面形成抗磨性極強(qiáng)的物質(zhì)，在高溫作用下，仍然能夠起到穩(wěn)定的潤滑效果。

2.2.3 加重性能評價(jià) 采用磺化體系鉆井液作為基漿，在不同密度范圍內(nèi)（1.2 g/cm3～2.4 g/cm3），考察新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品對體系潤滑性能的影響，結(jié)果（見圖4）。從圖4可知，在潤滑劑加量范圍從0.5%～3.0%，加重密度不斷增大，其體系整體的潤滑系數(shù)降低率基本保持不變。

2.2.4 環(huán)保性能評價(jià) 通過對新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品環(huán)保性能測定，其數(shù)據(jù)（見表2）。從表2中數(shù)據(jù)可以了解到，新型高效環(huán)保潤滑劑生物毒性指標(biāo)滿足國家對于鉆井液單劑材料一級海域排放標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保效果突出，更便于現(xiàn)場使用。

2.3 新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品體系評價(jià)

2.3.1 不同體系潤滑性能評價(jià) 采用不同常規(guī)基礎(chǔ)水基泥漿體系：氯化鉀聚合物體系、有機(jī)鹽體系、陽離子體系以及抗溫三磺體系。分別考察新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品在其中起到的潤滑效果，結(jié)果（見表3）。從表3數(shù)據(jù)可以看出，在常規(guī)鉆井液體系中，其本身潤滑性就已經(jīng)很低，再通過加入新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品，仍然能降低體系的潤滑系數(shù)，降低幅度接近60%，顯然對于鉆井液體系在復(fù)雜地層和區(qū)塊更好的發(fā)揮鉆井液的整體性能。

圖2 淡水漿不同老化溫度對潤滑劑產(chǎn)品性能影響

圖3 海水漿不同老化溫度對潤滑劑產(chǎn)品性能影響

圖4 磺化體系不同密度下潤滑劑產(chǎn)品對體系潤滑性能的影響

表2 新型高效環(huán)保潤滑劑生物毒性測定

表3 新型高效環(huán)保潤滑劑對常規(guī)泥漿體系潤滑性能的影響

表4 新型高效環(huán)保潤滑劑對泥漿體系性能的影響

2.3.2 產(chǎn)品綜合性能評價(jià) 采用新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品，考察其對泥漿體系流變、失水、密度變化率、起泡性能影響，具體結(jié)果（見表4）。

3 結(jié)論

（1）通過采用α-內(nèi)烯烴合成基礎(chǔ)油并配新型硼脂類乳化劑，研制的新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品，在潤滑性能，耐溫性能、抗鹽性能以及環(huán)保性能等均具有突出的效果。

（2）新型高效環(huán)保潤滑劑產(chǎn)品加量0.5%，常規(guī)淡水和海水體系，扭矩降低率＞90%，抗溫＞220℃；同時(shí)達(dá)到一級海域環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

（3）新型高效環(huán)保潤滑劑適用于多種體系，密度應(yīng)用上限可達(dá)2.4 g/cm3，對鹽敏地層，高溫地層都能達(dá)到較好的效果，可更好的應(yīng)用在國內(nèi)外高溫、高壓以及復(fù)雜地層區(qū)塊。