钻井液润滑剂的基础理论和在钻井工艺中的应用技术的研究

东北石油大学本科毕业设计（论文）摘要在石油钻井完井作业中，钻头钻进时避免不了会产生各种摩擦，造成设备磨损。为了减少机械零部件在运行中因摩擦而产生的能量损失及设备损坏，世界各国积极研制各种用以降低摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质，即钻井液润滑剂，以达到润滑减阻的目的。本论文系统地对钻井液润滑剂的作用、分类、测试评价、应用以及近年国内外的油田应用研发动态进行研究讨论，为钻井液润滑剂的研发提供进一步的依据。近年来，随着石油勘探开发技术的不断发展，为保证钻井液的润滑及抗磨性能适应各种不同的钻井条件和工艺技术，对钻井液润滑性提出了更高的要求。我国正在积极开展“安全、健康、高效”的钻井液润滑剂的基础理论和应用技术的研究，并且取得了一系列的研究成果。相信随着钻井液润滑剂技术的进一步发展，这一技术必将更好地应用于钻井工艺中，产生更大的经济效益。关键词：钻井液；减阻；润滑剂；钻井工艺东北石油大学本科毕业设计（论文）IAbstractIntheoildrillingandcompletionoperations，drillbitcannotbeavoidedavarietyofcausedbythedevicefrictionandwear.Toreducethefrictionlossandequipmentdamagecausedbyfrictionintheoperationofdrilling，variouscountriesaroundtheworldaremakingactivestudyonthewearoflubricatingmediumtoreducefriction，thatis，drillingfluidlubricant，inpurposeofthereducingthefriction.Thisthesissystematicallydiscussthedrillingfluidlubricant’sfunction，classification，testingandevaluation，applicationandappliedresearchinrecentyears，thedynamicresearchindomesticoilfieldsforthedevelopmentofdrillinglubricanttoprovidefurtherbasis.Inrecentyears，asthedevelopmentoftheoiltechnology，weputmoreemphasisondrillingfluidlubricitytoensurethedrillingfluidlubricationandwearpropertiescanadapttodifferentconditionsofdrillingtechnology.Chinaisactivelymakeastudyonthebasictheoryandappliedtechnologyresearchofsafe，healthyandefficientdrillingfluidlubricant，andhasmadeaseriesofresearchresults.Ibelievethatwithfurtherdevelopmentdrillingfluidlubricanttechnologywillbebetterusedindrillingprocess，andwillresultingreatereconomicbenefits.Keywords:drilling；lubricants；frictionreduce；drillingtechnology东北石油大学本科毕业设计（论文）II目录第1章概述..................................................................................................................11.1摩擦的概述........................................................................................................11.2润滑和润滑剂....................................................................................................31.3钻井液用润滑剂................................................................................................41.4本研究目的与意义............................................................................................6第2章钻井液润滑剂....................................................................................................82.1钻井液润滑剂的分类.........................................................................................82.2钻井液润滑剂的作用机理..............................................................................122.3环境友好钻井液润滑剂...................................................................................132.4常见国产润滑剂组分和特性...........................................................................15第3章钻井液润滑性能的选用与测评......................................................................173.1钻井液润滑剂的选用......................................................................................173.2润滑剂的测评..................................................................................................183.3影响润滑剂润滑性的因素..............................................................................213.4实验评价仪器..................................................................................................223.5实验数据的可靠性问题..................................................................................253.6应用实例..........................................................................................................26第4章钻井液润滑剂的研发动态..............................................................................304.1国内外润滑剂的应用及研发进展...................................................................304.2钻井液润滑剂的发展方向...............................................................................34结语..............................................................................................................................36参考文献........................................................................................................................37致谢..............................................................................................................................41东北石油大学本科毕业设计（论文）1第1章概述1.1摩擦的概述当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”[1]。摩擦有利也有害，但在多数情况下是不利的，例如，机器运转时的摩擦，造成能量的无益损耗和机器寿命的缩短，并降低了机械效率。因此常用各种方法减少摩擦。本文主要对钻井液润滑剂进行深入的研究与讨论。那么，在对钻井液润滑剂进行研究之前，我们不得不认识摩擦。因此，本小节将对钻井过程中的摩擦以及摩阻进行简要的介绍。1.1.1钻井的摩擦与磨损在石油钻井完井作业中，钻头钻进时都避免不了会产生各种摩擦。磨损是两个相互接触的固体表面在滑动、滚动或冲击运动中的表面损伤或脱落。在大多数情况下，表面微凸体相互作用是产生磨损的根本原因[2]。钻井过程中的磨损主要体现在钻柱与套管之间的摩擦，钻头与井壁之间的摩擦以及钻井液流体与钻杆、套管壁之间的摩擦。在钻大位移和水平井时，钻屑在重力作用下，往往会向井眼底部聚沉，同样钻柱也会向底边靠近，这样钻柱与井眼底部钻屑接触面积增大，摩阻也会大幅度增加，导致扭力过大，甚至会引起井壁不稳定、卡钻等事故，严重时会导致无法钻至目的层或井报废，造成巨大的经济损失[3]。要在钻井过程中，完全避免摩擦是不可能的，我们能做到的就是尽量的降低钻进过程中的摩擦，以达到节约钻井成本和节约能量的目的。根据相关数据统计，早在2006年我国因摩擦磨损而导致的损失高达约9500亿元，占GDP的4.5%[4]。为了减少机械零部件在运行中因摩擦而产生的能量损失及设备损坏，世界各国积极研制各种用以降低摩擦副的摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质。因此为降低钻井过程中的磨损，故在钻井液中加入润滑剂，以达到润滑的目的。1.1.2三种摩擦情况摩擦可分为很多类别，根据不同的分类方法可有不同的摩擦情况。例如，按东北石油大学本科毕业设计（论文）2摩擦副的运动状态，摩擦分为静摩擦和动摩擦；按两物体内外表面相对运动情况，摩擦又可分为外摩擦和内摩擦等等。而对于钻井而言，按摩擦副（两接触物称为一对摩擦副）表现润滑情况，钻井过程中摩擦可分为三种情况，见图1-1，分别为：A-边界摩擦；B-干摩擦或障碍摩擦；C-流体摩擦图1-1三种不同润滑模式示意图（1）边界摩擦：两接触面间有一层极薄的润滑膜，摩擦和磨损不取决润滑剂的粘度