大位移水平井(ERD)是指水平位移与垂深比超过2：1的油气井。从20世纪90年代开始,大位移水平井作业量不断增多,水平位移不断延长,目前已经突破10000m并正向12000m发展。随着大位移水平井的作业技术不断成熟,大位移水平井的钻井成本已降至直井的1.2-2.0倍,产量却是直井的4-8倍,经济效果明显。可以预见随着钻井技术的不断发展,大位移水平井将越来越受开发者的青睐。大位移水平井的主要特点是水平位移长、大斜度裸眼井段长,由此带来一系列工程技术问题,主要包括高摩阻/扭矩、井眼轨迹及钻柱优化设计、环空携岩与井眼净化、井壁稳定和井眼轨迹控制等问题。摩阻问题是大位移水平井钻井作业最突出的问题,摩阻的控制程度直接影响大位移水平井的延伸长度,如果地面设备施加的钻压全部用于克服钻具与井壁之间的摩阻,钻压无法传递至钻头处,则井眼的延伸自动停止。降低摩阻和扭矩是大位移水平井钻井成败的关键所在,利用提高钻井液润滑性能、随钻监测摩阻和扭矩、井眼轨迹优化、采用降低扭矩的专用井下工具等手段来降低摩阻和扭矩对大位移水平井钻井作业具有重要意义。其中化学手段,即通过向钻井液中添加润滑剂,改善钻井液润滑性能是最重要的手段,良好的钻井液润滑性能可以大大减小钻杆与井壁之间的摩擦阻力,减少钻杆与套管之间的磨损,降低粘附卡钻风险,有效提高钻井效率,提高了大位移水平井的延伸长度。因此有必要对大位移水平井化学减阻技术进行深入研究,为现场作业提供相关的室内研究数据。经过多年的发展,国外已经拥有一整套钻井液润滑性能评价仪器,能够较好的评价钻井液在大位移水平井中的润滑情况。目前我国大部分油井采用水基钻井液进行作业,水基钻井液相比油基钻井液而言润滑性能较差,需要添加化学处理剂即润滑剂来提高钻井液的润滑性能,因此润滑剂一直是我国钻井液研究的重点之一,已经取得一定的成果,但是针对大位移水平井的化学减阻问题研究还很少,一方面缺少能够对大位移水平井钻井液润滑性能进行有效评价的手段,国内目前主要通过购买国外的LEM润滑仪来评价钻井液在水平井中的润滑性能,也有部分国产仿制LEM仪器,如石油勘探开发科学研究院钻井所研制出的DLA-1型钻井液润滑性分析仪,无论是LEM润滑仪还是其仿制产品都是在常温常压下进行润滑性能测试,这与现场真实状况有很大差距,国内能够测定高温高压条件下钻井液润滑性能的仪器还比较少；另一方面,我国水平井一般通过混油和添加固体润滑剂办法来解决润滑性的问题,因而我国在混油和固体润滑剂方面积累了相当的现场经验,而对国外大位移水平井作业中经常使用的极压润滑剂则研究不足,目前无论是数量还是种类,我国的极压润滑剂都与国外有相当大的差距。综上所述,我国大位移水平井化学减阻技术研究基本还处于技术调研阶段,缺乏以可靠实验数据为基础的系统研究。根据前期室内和现场研究结果发现,目前国内常用的三种润滑仪：极压润滑仪、泥饼粘滞系数测定仪、滑块式润滑系数测定仪都无法测定钻井液在大位移水平井中的润滑性能,室内评价润滑性能良好的润滑剂在现场使用效果不佳。该结果与国外G.M.Bol等人研究结果基本一致,传统小型仪器无法模拟大位移水平井井下真实状况,其测定结果往往偏小,与现场结果不符,因而其测定数据对现场指导意义不大。国内目前一般采购国外的LEM润滑测定仪来评价大位移水平井钻井液润滑性能,但LEM润滑测定仪有两个缺点：一是LEM润滑测定仪是在常温常压环境下测定钻井液润滑性能,这与井下环境有一定差异,目前国内外测定高温高压状况下钻井液润滑性能的仪器很少,仅有HLT高温高压钻井液润滑性测定仪、高温高压粘卡仪等少数几种大型模拟试验装置可以测定；二是在滤饼形成过程中,钻井液对岩心造成污染,岩心渗透率无法完全恢复,这是目前现场模拟类润滑仪都面临的研究难题。因此研究一套能够测定高温高压状况下钻井液润滑性能的仪器,并在此基础上优选出有效的钻井液润滑剂是解决大位移水平井摩阻问题的前提和基础,是提高国内化学减阻技术研究水平的关键环节之一。在参考国内外各种润滑测定仪器工作原理的基础上,结合大位移水平井井下具体状况,成功研制出高温高压润滑仪,该仪器能够真实模拟井下高温高压状况下钻具与井壁之间的摩擦状况,因而其测定结果对现场具有很高的指导意义。经过摸索实验按配方100%磷酸镁水泥+75%水+350%40-60目沙子+50%无水乙醇制作的岩心渗透率在100mD左右,较为符合高温高压润滑仪模拟地层的需求,因此将该配方定为高温高压润滑仪标准人造岩心配方,后续研究全部采用该配方制作的人造岩心进行,在实验过程中钻井液会对岩心造成污染,使岩心渗透率下降,对钻井液泥饼会产生一定的影响,因而测完一次钻井液摩阻系数之后都要更换一次岩心,以避免岩心渗透率变化引起的误差。通过测定三次清水摩阻系数的办法对高温高压润滑仪进行了调试,空转情况下扭矩读书较稳定,相对标准偏差不到1%,施加负载后扭矩读书不太稳定,相对标准偏差超过5%,导致最后测出的摩阻系数重现性较差,相对标准偏差达到了8.22%,但是考虑到仪器全部采用国产部件,成本较低,能够达到如此精度已经是难能可贵,同时岩心之间也会有一定的差异,考虑到所有测定结果均接近0.35的理论值,因而高温高压润滑仪的测定结果是可靠的。采用高温高压润滑仪对PLUS/KCl钻井液化学减阻技术进行了研究,室内评价结果表明BMS-1是最佳的PLUS/KCl钻井液润滑剂,摩阻降低率高达56.6%；塑料小球亦有非常不错的润滑效果,摩阻降低率达到了43.5%；将塑料小球和BMS-1复配以后效果更佳,摩阻降低率接近60%；该结果异于多年来采用极压润滑仪评价的结果。一直以来采用极压润滑仪进行常规润滑剂筛选时,LUBE的润滑性能都是最好的,因此目前海洋钻井一般都采用LUBE作为润滑剂,但现场反映效果并不理想；同时国外多家单位采用全尺寸模拟设备等先进仪器都反映出塑料小球优异的润滑效果,因此采用高温高压润滑仪测定的结果具有相当高的可信度。推荐采用BMS-1作为PLUS/KCl钻井液体系的润滑剂,在遇阻井段可以加入一定量的塑料小球防止卡钻。采用高温高压润滑仪对PRD钻开液化学减阻技术进行了研究,研究结果表明PRD钻开液本身具有良好的润滑性能,摩阻系数仅0.138,极压润滑剂LUBE对PRD钻开液具有非常良好的润滑效果,加入2%LUBE以后,摩阻下降了50.1%,可以获得0.066的超低摩阻系数,化学减阻效果明显。