黄召 ， 何福耀 ， 雷磊 ， 丁建平 ， 严维锋 ， 谢中成

（1．中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 西南石油大学石油与天然气工程学院，成都 610500）

新型高效抗磨减阻剂在东海油气田的应用

黄召1，2， 何福耀1， 雷磊1， 丁建平1， 严维锋1， 谢中成1，2

（1．中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 西南石油大学石油与天然气工程学院，成都 610500）

近年来，东海油气田大位移井、大斜度井和水平分支井钻井作业越来越多，钻进过程中的高扭矩、钻杆和套管的磨损已经严重地影响了作业的安全和效率。在这些高难度井中引入了一种新型高效抗磨减阻剂ARDR LUBE-100。ARDR LUBE-100属于有机负离子和有机金属化合物类产品，其主要是以醇、脂等抗磨材料在高温下，通过酯化合成及缩合反应得到的产物，在中间体合成过程中产生了有机金属离子及添加了抗磨惰性离子，通过有机负离子吸附在套管及钻杆表面，可以在管体表面形成滚动摩擦，起到了很好的抗磨减阻作用。室内评价和现场应用表明，该抗磨减阻剂与钻井液配伍性良好，在钻井液中加入1%左右即可将钻井液的润滑系数降低60%，钻具与套管之间的磨损速率降低99.64%以上，抗磨减阻效果明显。

钻井液；抗磨；减阻；水平井；大位移井

随着对东海勘探的不断深入，不少边际油气田被陆续发现，这些油气田的特点是油气储量小、油层厚度薄，埋藏深，低孔低渗，而要经济有效地开发这批油气田，就必须合理地利用周边的设施和选择合适的开发方式，因此大位移井、大斜度井和水平分支井被广泛地应用到了这些油气田的开发中[1-5]，由此也导致了钻井过程中扭矩特别大，钻杆和套管磨损严重，影响了井下安全和作业效率。如何降低钻进摩阻扭矩和钻杆套管磨损，是迫切需要解决的问题[6-8]。通过进行广泛地调研和实验，一种新型高效抗磨减阻剂ARDR LUBE-100在这类高难度井中得到了很好的应用，在现场作业过程中降低了摩阻扭矩，减少了钻杆和套管的磨损。

1 高效抗磨减阻剂的润滑机理

东海多个开发井项目组大部分井属于深井或超深井大位移井范畴，设计阶段模拟的摩阻扭矩较大，多口井在钻遇深部地层后钻进的摩阻及扭矩达到了平台设备的极限能力。为了避免钻具疲劳发生钻具事故，减小钻进过程钻机负荷，降低作业风险，联合某关联公司在室内合成了高效抗磨减阻剂ARDR LUBE-100，其属于有机负离子和有机金属化合物类产品，主要是以醇、脂等抗磨材料在高温下通过酯化合成及缩合反应得到的产物，通过有机负离子吸附在套管及钻杆表面，可以在管体表面形成滚动摩擦，更好地起到抗磨减阻的作用。ARDR LUBE-100含有抗温油性有机物，具有显著的润滑功能。钻井液中加入该产品，无需再添加其他润滑剂。

2 高效抗磨减阻剂的性能评价

通过在抗磨性能测试仪左边增加相同重量砝码，对金属钢柱与摩擦环加压进行磨损测试，金属钢柱与摩擦环间充满所需测试的流体介质。

2.1 抗磨性能

对清水和加有1%ARDR LUBE-100的流体进行抗磨性实验，结果见表1。由表1可以看出，清水仅能承受3块砝码，且磨损严重，表面粗糙，而ARDR LUBE-100能够承受7块砝码，轻微磨损，表面光滑，说明其具有好的抗磨性能。

表1 ARDR LUBE-100在清水中的抗磨性能

2.1.1 清水无固相钻井液磨损实验

对清水无固相钻井液进行抗磨损实验，结果见表2。从表2可以看出，清水无固相钻井液中加入0.3%ARDR LUBE-100后，其磨损速率可降低99.85%以上。钻井液配方如下。

1#清水+0.5%HV-CMC

表2 不同加量ARDR LUBE-100对清水无固相钻井液（1#配方）磨损速率的影响

2.1.2 饱和盐水低固相钻井液磨损实验

对饱和盐水低固相钻井液进行抗磨损实验，结果见表3。由表3可知，饱和盐水无固相钻井液中加入0.3%～0.5%ARDR LUBE-100后，其磨损速率可降低99.64%以上。钻井液配方如下。

2#0.8%淡水膨润土浆+0.8%NaOH+0.3%Na2CO3+ 0.1%PAC-LV+1.5%SPNH+1.5%SMP-HT+2%DYFT+ 2%LPF（H）+30%KCl+0.5%生物聚合物

表3 不同加量ARDR LUBE-100对饱和盐水无固相钻井液（2#配方）磨损速率的影响

2.1.3 高密度铁矿粉钻井液磨损实验

对高密度铁矿粉钻井液进行抗磨损实验，结果见表4。钻井液配方如下。

3#4.0%钠膨润土浆+0.8%NaOH+1.0%SMP-1+0.1%PAC-HV+1.0%SYP-1+1.0%PSC-2+0.1%SP-80+1.0%XHL+3.0%KCl+铁矿粉和重晶石（3∶1），加重至2.30 g/cm3

由表4可知，高密度铁矿粉钻井液中加入0.5%～3%ARDR LUBE-100后，其磨损速率可降低55.9%～79.5%左右。

表4 不同加量ARDR LUBE-100对高密度铁矿粉钻井液（3#配方）磨损速率的影响

2.1.4 高效抗磨减阻剂专业磨损评价

对高效抗磨减阻剂ARDR LUBE-100进行S135钻杆接头与P110套管组合和NATE2000H耐磨带与P110套管组合下的抗磨损实验，结果见表5和表6。实验样品各4套，每套测试时间为20 min。所用钻井液配方如下。

4#3.0%膨润土浆+0.7%HV-CMC+2.5%SMP-2+0.3%PAC-LV+2.5%SPC+0.1%JT-888+0.2%NaOH+170%铁矿粉（密度为1.97 g/cm3）

表5 S135钻杆接头与P110套管组合在加入1.0%抗磨减阻剂的4#配方钻井液中的磨损实验

由表5可以看出，4#配方基浆中加入1.0%ARDR LUBE-100，S135钻杆接头平均每小时失重231.8 mg，比在基浆中失重降低69.7%；P110套管失重为279.7 mg/h，比在基浆中失重降低68.6%。由表6可以看出，4#配方基浆中加入1.0% ARDR LUBE-100，MATE2000耐磨带平均每小时失重77.8 mg，比在基浆中失重降低55.3%；P110套管失重69.8 mg/h，比在基浆中失重降低75.1%。

表6 NATE2000H耐磨带与P110套管组合在加入1.0%抗磨减阻剂的4#配方钻井液中的磨损实验结果

2.2 润滑性能

采用LEM润滑仪对ARDR LUBE-100与常见的几种润滑剂的性能进行了对比评价。在不同载荷、不断增加扭矩的情况下测定流体对钻杆和井壁的摩擦系数[9-12]，见图1和表7。由图1和表7可以看出，ARDR LUBE-100的润滑性能优于液体抗磨减阻剂Lube167和Lube776，与其他固体高效抗磨减阻剂Steel Lube EP和Starglide的润滑性能相当。

图1 不同抗磨减阻剂的润滑性能对比

表7 不同抗磨减阻剂的润滑性能对比

2.3 与东海油田常用钻井液的配伍性

2.3.1 与PEM钻井液的配伍性

配制4个PEM钻井液样品，每个400 mL，在50 ℃下测试流变性，实验结果如表8所示。

表8 加入ARDR LUBE-100前后PEM钻井液性能

由表8可以看出，加入1.5%ARDR LUBE-100的钻井液在100～180 ℃下，其流变性能、API滤失量、高温高压滤失量变化均不大，说明ARDR LUBE-100的抗温性好，与PEM钻井液的配伍性好。PEM钻井液配方如下。

5#4 kg/m3NaOH+3 kg/m3Na2CO3+10 kg/m3膨润土+4 kg/m3PF-PAC-LV+3 kg/m3PF-PLUS+10 kg/m3PF-DYFT-2+10 kg/m3PF-LPF-H+10 kg/m3PF-LSF+10 kg/m3PF-SPNH-HT+10 kg/m3PF-SMPHT

2.3.2 与EZFLOW钻井液的配伍性

配制4个EZFLOW钻井液样品各400 mL，在50 ℃下测试钻井液在不同温度下热滚前后的性能。实验结果如表9所示。由表9可知，EZFLOW钻井液中加入1.5%ARDR LUBE-100后，钻井液滚前性能基本不变；140 ℃热滚16 h后的黏度略有上升，但增幅很小， 说明ARDR LUBE-100与EZFLOW钻井液具有良好的配伍性；在100～150 ℃下，ARDR LUBE-100的流变性能、API滤失量、LSRV变化均不大，抗温性好。实验使用的EZFLOW配方如下。

6#400 mL海 水+3 kg/m3NaOH+3 kg/m3Na2CO3+6 kg/m3EZVIS+25 kg/m3EZFLO+50 kg/m3EZCARB

表9 加入ARDR LUBE-100前后EZFLOW性能

3 现场应用

3.1 摩阻扭矩应用效果对比

抗磨减阻剂ARDR LUBE-100被大量使用在了东海某油气田开发项目中，该油气田设计8口井，5口水平井，3口水平分支井，平均井深为4 959 m，地层温度为120～150 ℃。在气田多口井钻井过程中，顶驱扭矩波动为50～56 kN·m，超过平台钻具上扣扭矩，钻进期间顶驱多次憋停。加入ARDR LUBE-100后，扭矩浮值波动明显降低，最高降低了20%，扭矩绝对值降低10 kN·m以上，提高钻井时效和降低了卡钻风险。在加入抗磨减阻剂ARDR LUBE-100后，3口井的平均摩阻降低约30%，减少了起下钻钻具阻卡风险和提高作业时效。

表10 加入1.5%ARDR LUBE-100前后钻井参数对比

3.2 钻具磨损应用效果对比

水平井和大位移井钻井过程中钻具磨损往往较常规定向井、直井磨损大。该气田全部为水平井和水平分支井，在钻进过程中钻具磨损较为严重。在加入抗磨减阻剂ARDR LUBE-100后，钻具磨损量明显减小（见图2和图3），沉砂池磁铁周期铁屑收集量较未加入前减少。

图2 加入抗磨减阻剂钻具的磨损

图3 未加入抗磨减阻剂钻具的磨损

3.3 提高钻井效率，降低钻井风险

加入抗磨减阻剂ARDR LUBE-100后，能显著降低起下钻摩阻，增加下钻过程中钻具悬重，便于钻具和管柱的下入，同时减少钻具阻卡风险，在A4H、A5M和A6H井钻井过程中短程起下钻及完钻后起钻，井眼均顺畅无阻挂，提高了钻井作业时效，减少了井下复杂情况的发生。

4 认识和结论

1.ARDR LUBE-100与东海常用钻井液配伍性良好，加入前后钻井液性能无明显变化。

2.ARDR LUBE-100的润滑性能优于广泛使用的高效液体润滑剂，与非常规固体高效润滑剂相当，通过室内实验，不断优化改进，其耐温性达到了 150 ℃。

3.ARDR LUBE-100能显著降低钻进时的顶驱扭矩和起下钻时钻具的摩阻，显著降低钻具和套管的磨损。

4.ARDR LUBE-100能显著减少摩阻扭矩，提高机械钻速，减少卡钻等钻井事故风险，为实现安全、快速、高效钻井提供了有力保障，可在其他海上油气田大力推广应用。

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Application of a New Highly Efficient Anti-wear Friction Reducer in Donghai Oil and Gas Field

HUANG Zhao1,2, HE Fuyao1, LEI Lei1, DING Jianping1, YAN Weifeng1, XIE Zhongcheng1,2
(1. Shanghai Branch Company, CNOOC, Shanghai 200335;2. School of Oil & Natural Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500)

In Donghai Oil and Gas Field, more and more extended reach wells, high angle deviated wells and multilateral horizontal wells have been drilled in recent years. During the drilling operations, high torque and wear-and-tear experienced by the drill pipes and the casing strings have impacted on the safety and the efficiency of the drilling operations. A highly efficient anti-wear friction reducer, ARDR LUBE-100 was found, after extensive investigation and experiments, to be effective in dealing with the problems aforementioned. ARDR LUBE-100 is a compound of organic anions and organic metals, and is a product of anti-wear materials such as alcohols and esters through esterification reaction or condensation reaction at high temperatures. Organic metal ions are generated in intermediate synthesis reaction, and anti-wear inert ions are added into the reactants. ARDR LUBE-100 can be adsorbed onto the surface of a pipe, where rolling friction takes place between the ARDR LUBE-100 particles and the surface of the pipe, thereby effectively reducing wear-and-tear and friction. Laboratory evaluation and field application proved that the ARDR LUBE-100 has good compatibility with drilling fluids, and 1% of ARDR LUBE-100 in drilling fluid has reduced the coefficient of friction by 60%,and rate of wear between drill pipe and casing string reduced by 99.64%, indicating that the use of ARDR LUBE-100 can remarkably wear-and-tear and friction.

Drilling fluid; Anti-wear; Friction reduction; Horizontal well; Extended reach well

黄召，何福耀，雷磊，等.新型高效抗磨减阻剂在东海油气田的应用[J].钻井液与完井液，2017， 34（4）：49-54.

HUANG Zhao， HE Fuyao， LEI Lei， et al.Application of a new highly efficient anti-wear friction reducer in donghai oil and gas field[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2017， 34（4）：49-54.

TE254.4

A

1001-5620（2017）04-0049-06

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.04.009

黄召，工程师，1982年生，现在主要从事钻井液技术研究工作。电话 13671604406/（021）22831221，E-mail：huangzhao@cnooc.com.cn。

2017-3-13；HGF=1703M4；编辑 马倩芸）