白財遠　毛馨悅　李建輝　楊定橋
（中國石（shí）油西部鑽探工程有限公司鑽井公（gōng）司）

　　摘　要：在石油鑽井作業中，不同工況作業下鑽頭、鑽（zuàn）具與井壁（bì）產生各種摩擦，造成設備磨損（sǔn）、摩阻增大，進一步增加井下風險。為了（le）減少、井下風（fēng）險、機械（xiè）零部件在運行中（zhōng）因摩擦（cā）而（ér）產生的（de）能量損失及設備損壞，世界各國積極研製各種用以降低摩擦阻力、減緩其磨損的潤滑介質，即鑽井液潤（rùn）滑劑，以達到潤滑減阻的目的。
　　關鍵詞：鑽井液；減阻；潤滑（huá）劑；鑽井工藝
　　1　摩擦的概（gài）述
　　當物體與另（lìng）一物體沿接觸麵的切線方向運動或有相（xiàng）對運動（dòng）的摩擦趨勢時（shí），在兩物體（tǐ）的接觸麵之間有阻礙它們相對運動（dòng）的作用力，這種（zhǒng）力叫摩擦力。接觸麵之間的這種現象或特性叫“摩擦”。摩擦有利也有害，但在多數情況（kuàng）下是不利的，例如，機器運轉時的摩擦，造成能（néng）量的無益損耗和機器壽命（mìng）的縮短，並（bìng）降低了機械效率。因此常用各種（zhǒng）方法減（jiǎn）少摩擦。
　　2　造成（chéng）摩阻（zǔ）的因素
　　在鑽井作業中摩擦現象較為複雜，影響因素涉及到：
　　（1）鑽柱、套管、地區、井壁泥餅（bǐng）表麵的粗糙度；
　　（2）表麵的塑性；
　　（3）施加的負（fù）荷；
　　（4）流體的粘度；
　　（5）流體內固相顆粒的大小（xiǎo）；
　　（6）不同流體（tǐ）滲透過壓力表麵所承受的負荷；
　　（7）井壁泥餅的潤滑性；
　　（8）井斜角；
　　（9）鑽柱（zhù）部分重量；
　　（10）靜（jìng）態與（yǔ）動態濾失效應等。
　　可以認為，鑽井工程中（zhōng）的摩擦（cā）是混合摩（mó）擦，即部分接觸麵為邊界摩擦，另一部分為流體摩擦。在高負荷表麵上，塑性表（biǎo）麵的邊界摩擦更為突出（chū）。影響阻力的因素（sù）有10多種，但其大小（xiǎo）主要取決於鑽具和井壁的接觸麵積。
　　3　鑽井液用潤滑劑
　　3.1鑽井液潤滑劑（jì）概述
　　鑽井液潤滑劑（Lubricant for drilling fluid）主（zhǔ）要用來降低鑽井液的流動阻力和濾餅摩阻係數（shù），減少鑽頭（tóu）扭（niǔ）矩井提高其水馬力，以防粘卡的處理劑。
　　根據美國石油協會（API）2006年鑽井液處理劑分（fèn）類方法，可知鑽（zuàn）井液處理劑分為：降濾失劑、增黏劑、乳化劑（jì）、頁岩抑製劑、堵漏材料、降黏劑、腐蝕抑製劑、表麵活性劑、潤滑劑/解（jiě）卡劑、加重劑、殺菌劑、消泡劑、泡沫劑、絮凝劑（jì）、除鈣劑、pH控（kòng）製劑、高（gāo）溫穩定劑、水合（hé）物（wù）控製劑（jì）。鑽井液潤滑劑在所有的鑽井液處理（lǐ）劑中，就其性質及所起作用而言，屬於獨立性（xìng）相對較強（qiáng）的一類添（tiān）加劑。它能有效地提高泥漿的潤滑性能和防卡能力，減（jiǎn）少岩屑摩阻及縮徑卡鑽等引起的鑽進阻力，減輕鑽機負荷，延長鑽機壽命，機械（xiè）鑽速快，起下鑽暢通和完井作業正常（cháng）等作用。
　　常用的鑽井液潤滑劑有原油、高分子脂肪酸類、氧化乙烯和脂肪酞胺、硫（liú）化植物油、硫化脂肪酸、脂肪醇混（hún）合物、磺化物等。
　　3.2鑽井液潤滑劑的作（zuò）用
　　鑽井液潤滑劑（jì）的主要功用是降低泥餅的摩擦、減少粘附（fù）卡鑽和扭（niǔ）矩傳遞損失。改善鑽井液的潤（rùn）滑性能可（kě）降低水力摩阻、泥餅粘（zhān）滯係數（shù）、鑽柱轉矩、軸向阻力、能耗，縮短起下（xià）鑽（zuàn）時間，以及減小鑽頭工作阻力，延長鑽頭壽命，從而提高鑽井技術經濟指標，有深遠的意義。
　　關於防止粘卡鑽。對其是否有防止粘卡的作用有兩種觀點：種觀點認為，鑽井液潤滑劑降低了鑽柱與泥餅、地層、之間的摩擦阻力（lì）和鑽柱旋轉時（shí）的扭矩，從而能有效地減少粘附卡鑽發生的幾（jǐ）率；第二（èr）種觀點認為，由（yóu）於（yú）與（yǔ）摩擦係數是在物體有相對（duì）運動特征的條件下所測定的，所以粘附卡鑽一旦發生，粘卡力的大小即與摩（mó）擦係數值無關。當井眼偏斜時，這種情形更嚴重。
　　此外，大多數（shù）含油脂、脂肪酸（suān）成分的鑽井液潤滑劑均能起（qǐ）到消泡、抗泡的作用。
　　3.3潤滑劑的（de）優選
　　為保證鑽井液的潤滑及抗磨性能適應各種不同的鑽井（jǐng）條件和工藝技術，潤滑劑的選擇（zé）十分重要。綜合考慮諸多因素，添加到鑽井液的潤滑劑應滿（mǎn）足以下基本要（yào）求：
　　（1）潤滑劑必須能潤滑金屬表麵（miàn），並在其表麵形成邊（biān）界膜和次（cì）生結構。
　　（2）應與基漿有良好（hǎo）的配伍性，對鑽井液的流變性和濾失性不產生不良影響。
　　（3）不降低岩（yán）石破碎的效率。
　　（4）具有良好（hǎo）的熱穩定性（xìng）和耐寒穩定性。
　　（5）不腐蝕（shí）金屬，不損壞密封材料。
　　（6）不汙染環境，易於生（shēng）物降解，價（jià）格合理，且來源充足（zú）。鑽井液潤（rùn）滑劑（jì）除了主要提高鑽具的壽（shòu）命及（jí）其工作指（zhǐ）標外，還（hái）應不影響對地層資（zī）料的分（fèn）析和評價，即潤滑劑應具有低熒光（guāng）或無熒光性質。因此，潤滑劑（jì）基礎材料的選擇應注意盡量（liàng）不用含苯環，特別是多芳香烴的有機物質，而原油（yóu），尤其是重餾分、釜殘物、瀝青等因含熒光物（wù）質較多，也應盡量少用。
　　基於以上要求，一般植物油類，既（jì）無熒光和毒性，又易於生（shēng）物降解，且來源（yuán）較廣，較適合作潤滑材料。可選用的植物（wù）油有蓖麻油、亞麻油、棉子油等。植物油（yóu）的主要成（chéng）分是脂肪酸，而脂肪酸則是潤（rùn）滑劑所需要的表（biǎo）麵活性物質。經化學改性後（hòu），其表麵活性可進一步提高。如磺（huáng）化棉子油就可以作為抗溫抗擠壓的極壓潤滑劑使用（yòng）。磺化（huà）棉子油還可增加礦物油的活性，使其潤滑效果得以提高。
　　3.4應用實例
　　常用的液體潤（rùn）滑劑分（fèn）為油基和（hé）水基潤滑（huá）劑。水基潤滑劑環保性（xìng）好（hǎo），因其具有（yǒu）很強的吸（xī）附基團，易被鑽屑和井壁黏土顆粒吸附，但需（xū）要隨時補充，用量大，成本（běn）較高；油基（jī）潤滑劑短時間內作用效果明顯，但持效（xiào）性差，需隨時補加，用量大，而且環（huán）保性、安全性差，綜合成本也較高。
　　納米乳液潤滑劑是近（jìn）兩年來發展起來的一種（zhǒng）潤滑劑（jì），不（bú）僅潤（rùn）滑性好，而且環保性也好，隻是（shì）成本較高，現場（chǎng）隻用於水平井（jǐng）鑽井。因此，有必要研製一種成本適中，能廣泛推廣應用的納米乳液潤滑劑。納米乳液不僅具有（yǒu）很強的井壁穩定能力，而且還具有較（jiào）高潤滑（huá）和油氣層保護性能。納米（mǐ）乳（rǔ）液潤滑劑與普通乳液潤滑劑相比，顆粒尺寸（cùn）較小，比表（biǎo）麵積較大，這樣就大大增（zēng）加了與井壁吸附反應的（de）機會和程度。由於納米（mǐ）處理劑呈正電性（xìng），它（tā）在井壁上（shàng）的吸附能降低井壁的負電性，能部分阻（zǔ）止水化極強的金屬陽離子靠近井壁，這樣乳液滴更易在井壁上吸附，使井壁翻轉為親油表麵。同理，由於鑽（zuàn）柱表麵也是親水性的（因有氧化膜），它也可（kě）以吸附表麵活性劑後翻轉為親油（yóu）表（biǎo）麵。這樣就（jiù）使油相（xiàng）在鑽柱和井壁表麵（miàn）形成（chéng）油膜，強化了（le）油（yóu）滴的潤滑作用。
　　4　結束語
　　隨著石油勘探開發技術的不斷發展，特別是深井、超深井及特殊工藝井鑽探越來越多，對鑽井液提出了更高的要求（qiú）。通（tōng）過對鑽井液潤滑劑基礎（chǔ）知識的學習，掌握潤滑劑的（de）作用以及選用的標準，從而達（dá）到（dào）降低阻力、減緩其摩（mó）擦力（lì）的作用（yòng）。
　　參考文獻
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來源：《世界家苑》2018年2期