鉆井液用環(huán)保潤滑劑研究進展及發(fā)展趨勢*

張立權(quán)，侯珊珊，吳 宇，由福昌，張 杰

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東湛江 524057；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000）

隨著全世界油氣開發(fā)逐漸向海洋及更深部地層不斷擴展，水平井、大位移井、定向井、超深井等復(fù)雜井越來越多，鉆探難度不斷加強。在各類復(fù)雜井段施工過程中，鉆具與套管或井壁間的扭矩不斷變大，易導(dǎo)致鉆井阻力增大和粘附卡鉆等安全事故，影響鉆井進程，從而對鉆井液的潤滑效果提出了更嚴苛的要求。同時，近年來鉆井液潤滑劑的使用逐漸受到環(huán)保新規(guī)的約束，尤其是對海洋一、二級海域以及部分內(nèi)陸地區(qū)環(huán)保高要求的區(qū)塊，潤滑劑的使用尤其受到限制［1］，因此，國內(nèi)外研究學(xué)者在研究高效潤滑劑的同時，環(huán)保無毒、無熒光、可降解等新型潤滑劑逐漸成為了潤滑劑研究的重中之重。常用的環(huán)保潤滑劑有植物油類、合成酯類、聚醚類、乳液類、納米材料類等［2］。本文綜述了國內(nèi)外最新的綠色環(huán)保潤滑劑的作用機理、研究現(xiàn)狀；由于鉆井液及其組分的特殊性，國內(nèi)尚無一套統(tǒng)一的鉆井液處理劑的生物毒性評價方法，因此對適用于潤滑劑的生物毒性評價手段進行了調(diào)研與建議；另外展望了未來的環(huán)保潤滑劑發(fā)展趨勢，以期對未來開展高性能環(huán)保潤滑劑的研發(fā)起到啟示和參考作用。

1 鉆井液用環(huán)保潤滑劑研究進展

1.1 植物油類潤滑劑

植物油作為綠色環(huán)保潤滑劑的原料基礎(chǔ)油，目前應(yīng)用最為廣泛，包括菜籽油、橄欖油、大豆油等常用油。但由于植物油存在抗氧化、抗溫能力差以及低溫狀態(tài)下流態(tài)差等問題，一般不能直接使用，通常需要對其進行改性，主要有生物改性、化學(xué)改性和抗氧添加劑等多種途徑。植物油類潤滑劑的主要成分甘油酯多為長碳鏈的有機物，其一端為長烴鏈，指向潤滑油內(nèi)部；另一端主要為—COOH、—OH、—COO—等強極性基團，其通過范德華力或化學(xué)鍵作用吸附在鉆具表面形成緊密排列，并進行層疊，形成多分子層的吸附油膜，從而起到降摩減阻效果；且其吸附是一個動態(tài)過程，反復(fù)處于吸附-脫附的動態(tài)平衡中。植物油類潤滑劑的降解機理是由于植物油的主要成分三甘油酯類天然易水解，且植物油中的不飽和鍵較多，易受微生物攻擊而氧化，從而具有優(yōu)異的生物降解能力；且植物油中含有較多的油酸，其含量越高，降解效果也越好。不足之處是植物油作為礦物油類的替代物，雖然環(huán)保問題得到較大解決，但由于其主要成分中不飽和酸含量較高，雖凝固點較低，但其氧化安定性、水解穩(wěn)定性較差，潤滑性能相比礦物油大打折扣，且改性后植物油類潤滑劑的耐溫能力多不高于150 ℃［3］。因此植物油類潤滑劑多與極壓劑、乳化劑復(fù)配使用，復(fù)配的潤滑劑在保證了環(huán)境友好性的同時又兼顧了其潤滑能力。

基于此，張曉剛等［4］以植物油為原料，通過對其水解、酰胺化改性及加成等反應(yīng)引入長碳鏈油性脂肪烴基、羥基、胺基等親水基團和極壓抗磨基團研制的一種環(huán)保潤滑劑ZYRH，該潤滑劑的半數(shù)有效濃度EC50值＞1×106mg/L，安全無毒；分解溫度達239 ℃，抗高溫性能好；加入1%的潤滑劑ZYRH后，基漿的潤滑系數(shù)降低率達91%以上；在飽和鹽水漿中達85%以上，抗鹽能力強；在中原油田的20 多口井現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。趙澤宗等［5］經(jīng)過向優(yōu)選的環(huán)保性改性植物油中加入有機氮化硼類極壓劑和改性劑制備了一種高效環(huán)保的鉆井液用潤滑劑CRH-1，該劑熒光級別小于2 級，150 ℃下熱滾后0.5%加量時的基漿潤滑系數(shù)降低率達83%以上，顯示出良好的潤滑性和抗溫性，能較好滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。曹硯鋒等［6］通過對植物油改性和乳化合成制備了一種環(huán)保型植物油潤滑劑，該劑的潤滑性、分散性和抑泡能力均較好，低加量下的潤滑性能優(yōu)異；EC50值大于1×105mg/L，生物降解性為17%，無毒易降解，且其抗溫高達160 ℃，具備良好的開發(fā)前景。

國外研究學(xué)者基于植物油改性也做了諸多研究工作，Scoggins 等［7］針對硫化植物油類潤滑劑容易受鹽類電解質(zhì)影響析出沉淀而影響其潤滑性能的問題，通過與非離子、陰離子表面活性劑復(fù)配的方法改善了硫化植物油類潤滑劑在鹽水鉆井液中的溶解性，該劑環(huán)保及潤滑性能均較好。Zhang等［8］以蓖麻油與多元醇發(fā)生酯化反應(yīng)制備了改性蓖麻油潤滑劑，該劑無生物毒性，且因為蓖麻油的脂肪酸含量較高，高溫潤滑能力更優(yōu)。Nunes等［9］研究發(fā)現(xiàn)，改性后的甘油酯潤滑性能優(yōu)異，原材料安全且無毒，當(dāng)用強酸如硝酸對其改性后的熒光性會進一步降低。

1.2 合成酯類潤滑劑

合成酯用作潤滑劑的基礎(chǔ)油在各領(lǐng)域尤其是高端領(lǐng)域均有所應(yīng)用，其主要是脂肪酸及其衍生物與低碳醇反應(yīng)后的產(chǎn)物，有單酯、雙酯、復(fù)酯和多元醇酯等，具有環(huán)保無毒，低溫流態(tài)性好、熱氧化穩(wěn)定性良好等優(yōu)點。大多數(shù)酯類衍生物多通過單元酸與多元醇酯化反應(yīng)制得，具有較高的氧化穩(wěn)定性和水基穩(wěn)定性［10］。酯類潤滑劑常常以廢棄植物油及其副產(chǎn)物脂肪酸為原料，因此其作用機理與改性植物油類相似：酯類中含有極性極強的酯基或羰基等基團，可通過范德華力等以物理方式吸附在井壁及鉆具表面上，形成定向排列的單層或多層的吸附膜。當(dāng)井下溫度較高時，酯類潤滑劑的極性基團還能與金屬表面陽離子產(chǎn)生吸引力，進行強的化學(xué)吸附。將酯類潤滑劑與極壓添加劑或納米材料復(fù)配使用，極壓劑和納米材料可對金屬粗糙面進行補償，在抗磨減阻方面起到協(xié)同增效的作用。酯類潤滑劑在微生物攻擊下易水解成醇和酸，故其生物降解能力較高。

酯類潤滑劑的價格高昂，且較高溫條件下易水解生成醇和酸，因此影響了其高溫下的應(yīng)用。研究學(xué)者針對酯類潤滑劑的抗高溫性能進行了較多改性研究，并獲得了一定成果。陳馥等［11］通過脂肪酸與醇的酯化反應(yīng)制得了一種合成酯類潤滑劑，該劑的成分低毒，對發(fā)光桿菌的抑制率較低，潤滑效果好，且抗溫180 ℃，對多種鉆井液體系影響小，在現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。張靜靜等［12］以脂肪酸酯、磷酸酯、改性后的納米材料為原料制備了抗高溫抗磨環(huán)保潤滑劑ZYA，該劑的EC50值＞5.0×104mg/L，對環(huán)境無不良反應(yīng)，抗溫160 ℃，在硅酸鹽體系中的潤滑性優(yōu)異且配伍性較好。李廣環(huán)等［13］利用廢棄動植物油脂和乙醇胺并添加甲基苯磺酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成了酯類物質(zhì)，然后與白油和雙氧水混配制備了環(huán)保潤滑劑BZ-BL，該劑具有抗溫抗鹽能力強、無毒、低熒光等優(yōu)點，加量為0.5%時飽和鹽水漿的潤滑系數(shù)降低率即達67.4%，且抗180 ℃高溫，在大港油田的多口大位移井獲得成功應(yīng)用。

國外學(xué)者Kania等［14］對生物潤滑劑開展了大量研究，得到以生物油為基礎(chǔ)油的酯類潤滑劑，該劑安全環(huán)保、溶解性良好，且在180 ℃高溫下依然具有良好的潤滑性。Dixson［15］以烴基聚醚磷酸酯和聚烷撐二醇為潤滑劑組成部分，該劑生物降解性好，在多種高鹽、高電解質(zhì)的水基鉆井液中均具有良好的潤滑效果。Poche等［16］通過磷酸和脂肪醇醚類物質(zhì)的酯化反應(yīng)制備了一種磷酸酯潤滑劑，該劑采用安全環(huán)保材料，具有良好的潤滑效果，適用于大斜度井及水平井。

1.3 醇醚類潤滑劑

醇醚類化合物主要是由醇類與環(huán)氧化物通過縮合得到，其結(jié)構(gòu)中含有多元醇或多醚等親水性基團，同時也含有長鏈烷基的疏水基團，其多為水溶性聚合物，相比常用的礦物油、植物油具有更好的親水性。醇醚類潤滑劑為非離子表面活性劑，具有顯著的濁點效應(yīng)，其潤滑效果受地層溫度影響。當(dāng)井下溫度高于濁點溫度時，醇醚類潤滑劑會從鉆井液中析出形成疏水的類油滴，吸附在鉆具或套管表面，從而發(fā)揮潤滑效果；同時該劑還兼具抑制性，在濁點溫度以上時未溶解的醇醚類可在黏土顆粒表面形成吸附堵孔，有降濾失的作用。醇醚類潤滑劑的缺點在于：該劑受溫度影響較大，當(dāng)井下溫度低于濁點溫度時，潤滑性大大降低；且醇醚結(jié)構(gòu)易降解，抗溫能力不高于120 ℃，不適合高溫井。將醇醚類潤滑劑與其他基礎(chǔ)油復(fù)配或?qū)ζ溥M行改性，使其以乳液狀態(tài)分散于水中，以增加其濁點以下時的抗磨和潤滑能力。

肖穩(wěn)發(fā)等［17］通過對多元醇進行聚合，并引入有機硅改性劑，得到了改性聚合醇潤滑劑silicon-1，該劑在基漿中加量為3%時，潤滑系數(shù)降低率為83%，頁巖滾動回收率達84%，高溫高壓防膨率為88%，兼具潤滑性和抑制性，且該劑的EC50值＞30 g/L，滿足環(huán)保要求。闞艷娜［18］通過將聚醚多元醇SYP-2與聚合醇JLX 按照1∶1 比例復(fù)配得到了一種大位移井環(huán)保型潤滑劑，該劑加量為2%時，體系的摩阻系數(shù)和粘附系數(shù)均降低70%以上，同時該劑的EC50值＞500 g/L，生物降解性高于20%，滿足了現(xiàn)場各類要求。季龍華等［19］采用天然物質(zhì)提純后與烷氧基化合物縮合反應(yīng)得到聚合醚潤滑劑HLX，該劑吸附力強，能在鉆具及井壁上形成一層仿油膜，起到良好的潤滑作用，該劑與聚合醇JLX 相比，潤滑系數(shù)更高，傾倒點更低，且抗溫達150 ℃，對紋縞瑕虎魚的LC50值＞30 g/L，安全無毒。

Fisk 等［20］以C4～C20的低溶解度醇類與烷基糖苷混合制備了硅酸鹽鉆井液用潤滑劑，該劑用于高pH 值體系中依然具有較好的潤滑效果，且具有低毒、環(huán)境友好的特點。Mueller等［21］將制備的長碳鏈的脂肪醇與羧酸酯進行復(fù)配后得到了一種水基潤滑劑，該劑安全環(huán)保、不起泡且與鉆井液的配伍性良好。

1.4 乳液類潤滑劑

乳液類潤滑劑是一種性能穩(wěn)定的乳狀液，主要成分為油、水和乳化劑，按其乳液粒徑大小分為普通乳液、微乳液、納米乳液。近年來，乳液類潤滑劑的研究發(fā)展非常迅猛，因其具有低熒光、環(huán)?？山到獾奶攸c且潤滑效果優(yōu)良，而被環(huán)保要求較高的海上油田廣泛應(yīng)用。乳液類潤滑劑在鉆井液中經(jīng)過稀釋后，能形成大量的微小乳滴，乳滴存在大量極性基團，可在金屬表面形成一層液滴油膜，從而有效降低接觸面間的相對阻力。另外，納米乳液體系還具有“納米效應(yīng)”，其與普通乳液相比，形成的液滴粒徑更小，比表面積更大，有效增加了其對金屬表面的覆蓋；同時由于納米處理劑帶正電，能夠吸附在井壁表面，使其發(fā)生親油翻轉(zhuǎn)，進一步阻止水化金屬陽離子的接近，從而提高了潤滑效果。

董兵強等［22］以5#白油為油相、吐溫80 和司盤80等表面活性劑為輔劑，制備了一種微乳液環(huán)保潤滑劑NE，該潤滑劑稀釋后為帶正電乳滴，吸附于井壁形成牢固的潤滑膜，該劑的熒光級別低，環(huán)保性好，且抗溫可達160 ℃。丁玉等［23］采用低能相轉(zhuǎn)變法，通過將植物油酯與油酸酯類復(fù)合乳化劑按一定比例混合均勻，最終得到納米乳液潤滑劑AF-Lube，該劑環(huán)保無毒，3%加量時基漿摩阻系數(shù)可降低80%以上，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好。鄧小剛等［24］以改性地溝油為原料、SP-80、OP-10等乳化劑為穩(wěn)定劑，通過調(diào)節(jié)HLB 值，研發(fā)出一種油包水型乳液潤滑劑SWR-2，該劑為生物柴油制品，環(huán)保無毒；1%加量時鹽水漿摩阻系數(shù)降低率達70%以上，且抗溫達180 ℃，綜合效果優(yōu)異。Malchow［25］用脂肪酸酯和亞磷酸酯為原料，并加入表面活性劑和水，研制了一種水包油乳液的鉆井液極壓潤滑劑，該劑原料環(huán)保可降解，且具有較好的潤滑性能。

1.5 極壓類潤滑劑

極壓類潤滑劑是目前市場上非常常用的一類減摩潤滑劑，與普通潤滑劑相比，是一類含磷、硫等活性元素或者含硼酸酯類、有機金屬鹽類等的極壓潤滑劑。極壓類潤滑劑中釋放的活性元素在極壓條件下能與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成含S、Cl、Zn等無機化合物或有機鹽類的極壓化學(xué)保護膜，從而降低井壁與鉆具表面的摩擦力。所形成的化學(xué)膜在高溫下也不易被氧化，能在常規(guī)潤滑油主劑失效時發(fā)揮潤滑作用，因此更適用于高溫、高壓、高速等負荷較高的井下作業(yè)。

極壓劑具有高效的減摩效果，但含有的硫、磷等元素具有生物毒性，限制了其使用，因此各學(xué)者在極壓材料的環(huán)保改良方面做了大量研究。陳亮等［26］以含硫、磷的有機鉬化合物為主劑，經(jīng)與植物油反應(yīng)后再引入白油得到了一種高效極壓劑JM-1，該劑環(huán)保無毒，低加量下的潤滑系數(shù)較優(yōu)異，極壓膜強度達100 MPa，且抗溫150 ℃，展現(xiàn)了較好的抗高溫高壓能力。李小瑞等［27］通過對植物油高溫改性，對硼酸酯類極壓潤滑劑、表面活性劑、熒光屏蔽劑等處理劑的優(yōu)選，研制了環(huán)保潤滑劑HPRH，該潤滑劑的原材料均為易降解材料，安全環(huán)保，0.5%加量時潤滑效果即表現(xiàn)優(yōu)異，抗溫160 ℃，其在塔里木油田2 口井獲得成功應(yīng)用，為現(xiàn)場節(jié)省潤滑劑50%以上。劉建軍等［28］以5 號白油為原料，含氯極壓劑和乳化劑等為輔劑，研制了一種低熒光潤滑劑BDLU-100L，該劑的熒光級別低、抗溫抗鹽能力強，3%加量時可使各類鹽水基漿的摩阻系數(shù)降低70%以上，潤滑持效性較好且起泡率低，未來前景廣闊。

1.6 納米材料類潤滑劑

納米材料類潤滑劑具有特殊的界面效應(yīng)和體積優(yōu)勢，近年來逐漸受到追捧，不同類型納米材料潤滑劑的作用機理不同［29］。納米材料類潤滑劑的主要作用機理有：（1）拋光效應(yīng) 當(dāng)納米材料具有較高硬度時，在鉆井過程中可對鉆具表面進行拋光，使得摩擦表面變得光滑，進而降低井下摩阻扭矩，金剛石納米材料則是以此方式發(fā)揮抗磨效果；（2）滾動效應(yīng) 當(dāng)納米粒子的尺寸大于摩擦表面的凹陷時，可在鉆具與井壁間形成微滾珠，改滑動摩擦為滾動或混合摩擦，從而降低磨損；（3）修復(fù)效應(yīng) 納米粒子的尺寸小于摩擦表面的凹陷時，可在摩擦表面形成沉積，對受磨損的金屬表面破損進行補償以及修復(fù)，從而起到降摩減阻作用；（4）保護膜效應(yīng)對于質(zhì)地稍軟的納米材料，因其易發(fā)生滑移，可在鉆具與井壁表面形成一層可移動的固體潤滑膜，阻止兩者的直接接觸。石墨烯、硫化物類則是通過其層狀結(jié)構(gòu)，起到較好的減阻效果。

王偉吉等［30］通過對納米SiO2進行改性使其表面呈親油性，與表面活性劑一起加入菜籽油中反應(yīng)數(shù)小時后制備了一種鉆井液用納米潤滑劑SD-NR，該劑熒光等級低于2 級，環(huán)保性良好，1%加量時在各基漿和鉆井液體系中的潤滑性能均較好，且抗溫達180 ℃，綜合性能優(yōu)異，其作用機理為滾動效應(yīng)。Shutesh 等［31］通過納米技術(shù)制備了一種硼基納米潤滑劑PQCB，該劑的生物降解性良好，抗高溫能力強，在200 ℃、5%加量時體系的潤滑系數(shù)可降低達80%，在緬甸高溫井應(yīng)用中取得較好的應(yīng)用效果。

1.7 其他潤滑劑

1.7.1 液體石蠟類潤滑劑

液體石蠟是一種石油精煉的液態(tài)烴混合物，在石油鉆探過程中，在鉆井液中加入液體石蠟?zāi)苡行岣唧w系的潤滑能力，降低摩阻扭矩，同時因其熒光級別低、生物毒性低等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。史沛謙等［32］采用10 號白油和高分子脂肪酸于高溫240 ℃下反應(yīng)，并引入雙吸附基表面活性劑，制得了雙吸附基潤滑劑SR-1。該劑采用生物油為基礎(chǔ)油，不含脂鍵，潤滑不受pH 影響，高效環(huán)保；抗溫達220 ℃，抗NaCl 達20%，可將聚磺鉆井液的摩阻系數(shù)降至0.06，且與鉆井液配伍性好，可滿足深井、定向井和水平井的潤滑性需求。邱正松等［33］采用7號白油為主要原料，輔以表面活性劑，制備了含硫、磷、氯等化合物的極壓抗磨劑，經(jīng)正交試驗優(yōu)選出一種新型潤滑劑SDR。該劑極壓潤滑效果的持久性強，EC50值＞100 g/L，且抗180 ℃高溫；同時該劑復(fù)合磨損指數(shù)高，極壓膜強度高，體現(xiàn)了其突出的抗磨能力。

1.7.2 糖苷類潤滑劑

顧雪凡等［34］對多種雜聚糖進行優(yōu)選及改性制備了一種雜聚糖潤滑劑KD-03，該潤滑劑環(huán)保無毒，生物降解性為48%，現(xiàn)場摩阻系數(shù)小于0.07，潤滑性能良好。王怡迪等［35］通過對聚糖類高分子單體衍生物改性后制備了一種改性多糖類潤滑劑MAPG，該劑環(huán)保無毒且具有良好的防塌抑制性和降濾失效果，鉆井液摩阻系數(shù)降低率達86.9%，綜合性能較好。Pober［36］以長鏈烷基糖苷和脂肪醇為原料制備了潤滑劑，該劑原料安全環(huán)保，在硅酸鹽鉆井液體系等高pH體系中具有較優(yōu)的潤滑效果。

1.7.3 酰胺類潤滑劑

逯貴廣［37］采用油酸與聚醚胺經(jīng)過酰胺化反應(yīng)后制備了一種酰胺類環(huán)保潤滑劑NH-HPL，該劑EC50值超過9×104mg/L，滿足環(huán)保要求，加量為1%時基漿的摩阻系數(shù)降低率達88%，潤滑能力優(yōu)異。封心領(lǐng)［38］通過對長鏈的多元醇胺引入活性元素及金屬氯化物，并將反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)與脂肪酸發(fā)生酰胺化反應(yīng)，研制了一種環(huán)境友好的減摩降阻劑NH-JZ。該劑的熒光級別小于2 級，生物毒性符合環(huán)保要求，0.5%加量時基漿中的摩阻系數(shù)降低率達90%以上，且抗溫達200 ℃。

1.7.4 國外DFL潤滑劑

DFL 潤滑劑［39］為美國倚科能源有限公司已實施產(chǎn)業(yè)化的一種新型潤滑劑，可有效提升現(xiàn)場鉆井效率、延長鉆井設(shè)備的壽命。在鉆井液中加入3%DFL 時，鉆速提高3 倍以上，摩阻扭矩降低75%以上，用量不到常規(guī)潤滑劑的1/2。該潤滑劑安全環(huán)保且與鉆井液配伍性良好，目前已在全球500 多幾口井成功應(yīng)用，前景廣泛。

為了保證環(huán)保效果，無論是植物油類、合成酯類，還是乳液類、納米粒子類，各類潤滑劑均多使用改性植物油、生物柴油、酯類等低毒材料為基礎(chǔ)油；為了提高潤滑劑的潤滑性能，多引入酯類、納米材料及其他各類表面活性劑；為了體現(xiàn)優(yōu)良的減低摩阻效果，常引入含磷、硫等活性元素或者含硼酸酯類、有機金屬鹽類等的極壓添加劑；但不論是哪一類環(huán)保潤滑劑，最終呈現(xiàn)的大多為多效復(fù)合類潤滑劑，這也是未來環(huán)保潤滑劑的發(fā)展趨勢。

2 潤滑劑生物毒性評價方法

潤滑劑要達到環(huán)保效果，不僅要生物降解性好，其生物毒性也必須小，需滿足國內(nèi)生物毒性測定標(biāo)準(zhǔn)。生物毒性評價是用于評估污染物對自然環(huán)境中的生物毒性強弱的一種手段，通常分為慢性毒性和急性毒性。在油氣田開發(fā)領(lǐng)域主要采用急性毒性評價手段，指在短時間內(nèi)毒物使受試生物死亡或發(fā)生其它不良反應(yīng)的毒性試驗，常采用半數(shù)致死濃度LC50或半數(shù)有效濃度EC50兩種指標(biāo)表示。LC50或EC50值越高，樣品的毒性越低。由于鉆井液組分的特殊性，國內(nèi)尚無一套統(tǒng)一的鉆井液處理劑的生物毒性評價方法，通過調(diào)研，對比了不同標(biāo)準(zhǔn)的受試生物對鉆井液及處理劑毒性的適用性，最終得出較為常用的主要有以下幾種［40］：

2.1 黑褐新糠蝦法

黑褐新糠蝦法是根據(jù)美國國家環(huán)保局唯一批準(zhǔn)的鉆井液處理劑毒性評價方法衍生而來，黑褐新糠蝦在我國沿海有廣泛分布，在生活方式、形態(tài)及敏感性等方面都與巴西擬糠蝦較為相似，可作為替代物參照美國的標(biāo)準(zhǔn)進行生物毒性測試，考察待測樣品對海洋生物的影響，毒性水平以LC50表示。該方法的缺點是：我國培養(yǎng)的黑褐新糠蝦雖解決了受試生物的來源問題，但該生物運輸和保存困難，只適合在沿海地帶使用，區(qū)域限制較明顯；且耗時長，每測一次生物毒性需花費4 d。

2.2 發(fā)光細菌法

發(fā)光細菌法于1995年頒發(fā)，最初用于各類水質(zhì)的急性毒性檢測，后沿用到鉆井液中。此法采用具有發(fā)光能力的發(fā)光桿菌作為受試生物，通過抑制其發(fā)光能力來測定待測物的毒性強弱，其毒性水平通常以EC50表示。該方法測試所需時間為15 min，具有快速、簡便、低成本等優(yōu)點，但缺點是其采用靈敏的光度計來感應(yīng)細菌的發(fā)光強度，因此要求鉆井液為無色，然而大多數(shù)鉆井液呈黑褐色或棕色，尤其是鉆井液被油類污染后其顏色對發(fā)光細菌的發(fā)光波段有吸收，對光度計的測試結(jié)果有影響。

2.3 鹵蟲法

鹵蟲法近年來受廣泛使用，我國鹵蟲資源非常豐富，且鹵蟲卵孵化前處于休眠狀態(tài)，當(dāng)條件適宜即可孵育出二至三期無節(jié)幼體，具有易養(yǎng)殖、易保存、易運輸?shù)葍?yōu)點，全國各地均可使用。目前鹵蟲己成為國際公認的評價海洋污染的優(yōu)秀實驗生物，國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 18420.2—2009《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性檢驗方法》中也選擇鹵蟲幼體進行毒性實驗評價，毒性水平以LC50表示。

2.4 EC50和LC50對比

EC50和LC50作為兩種生物毒性指標(biāo)，在各類環(huán)保潤滑劑的生物毒性評價中均有出現(xiàn)，但據(jù)相關(guān)文獻表明：往往同一個待測樣品，使用發(fā)光細菌法時測試的EC50數(shù)據(jù)偏大，而使用鹵蟲或黑褐新糠蝦等方法時測定的半數(shù)致死濃度LC50確不達標(biāo)或者剛達標(biāo)［41］。同時筆者也在室內(nèi)進行了相關(guān)生物毒性比對測試，得出結(jié)果為EC50普遍大于LC50。EC50的值更易滿足環(huán)保要求，且測試更為簡便，因此諸多文獻更傾向于采用發(fā)光細菌法，但其環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)卻有待進一步認證。

各類生物毒性評價方法均有優(yōu)劣，發(fā)光細菌法雖然快速、簡便，但該方法因其特異性，通常對水質(zhì)中重金屬的反應(yīng)更加敏感；而黑褐新糠蝦法、鹵蟲法等毒性評價結(jié)果則能更準(zhǔn)確地表征潤滑劑等處理劑對海洋生物的影響。因此，在鉆井液的生物毒性評價手段上，為了保證環(huán)保指標(biāo)的準(zhǔn)確度，建議同時采用幾種評價方法，對EC50和LC50兩種指標(biāo)均進行評價，以便優(yōu)選出兩種指標(biāo)均達標(biāo)的潤滑劑，減輕對生態(tài)環(huán)境的危害。

3 環(huán)保潤滑劑的發(fā)展趨勢

目前，安全環(huán)保的綠色潤滑劑已成為潤滑劑研究的主要發(fā)展趨勢。其中，改性植物油類和合成酯類潤滑劑的研究最為廣泛，學(xué)者們研究的關(guān)注點主要在兼顧潤滑性、毒性和生物降解性方面。然而隨著勘探開發(fā)井深的不斷增加，現(xiàn)場對潤滑劑的抗高溫、抗高壓能力要求越來越高，兼顧抗高溫和環(huán)保的高效潤滑劑也逐漸成為各高校、企業(yè)學(xué)者的研究熱點。

以未來綠色潤滑劑高效、環(huán)保、抗高溫的研究趨勢來說，合成酯類潤滑劑的研究前景最大。酯類潤滑劑不僅環(huán)保和潤滑效果顯著，同時具有優(yōu)良的水解穩(wěn)定性、熱氧化穩(wěn)定性，多優(yōu)于其他液體類潤滑劑［42］。夏小春等［43］以植物油酸甲酯和磺化礦物油為主劑，研發(fā)了一種抗高溫潤滑劑，該劑的LC50值達6×104mg/L 以上，滿足國內(nèi)對一級海域的生物毒性要求，能將泥餅-金屬間的摩阻系數(shù)由0.3 降至0.05，且抗溫達200 ℃，已在南海西部某探井獲得成功應(yīng)用。宣揚等［44］以不飽和脂肪酸和醇類為原料，并引入多種強極性和剛性抗溫基團，研制了一種抗高溫酯類潤滑劑SMLUB-ET，該劑的LC50值＞30 000 mg/L 以上，180 ℃老化后基漿的極壓潤滑系數(shù)依然低至0.05，展現(xiàn)了優(yōu)異的抗高溫潤滑性能。上述抗高溫環(huán)保潤滑劑的研究，為今后適用于高溫高壓井的環(huán)保潤滑劑研究提供了較大的應(yīng)用前景。然而，雖然合成酯類潤滑劑的整體性能優(yōu)異，但其成本高昂，為解決此問題，目前多采用價格低廉的廢棄植物油等作原料，以降低其成本。

總的來說，環(huán)保潤滑劑的重點在于環(huán)保和潤滑，其中潤滑性能是立足之本，為保證潤滑劑的高效，目前及未來市場上的潤滑劑都將以多種基礎(chǔ)油復(fù)配，并引入表面活性劑、極壓劑、納米材料等，最終研制的潤滑劑不僅能彌補單一潤滑劑的不足，還可達到高效、抗磨、環(huán)保、低成本等多重效果。而對于環(huán)保，未來熱門課題將主要以可再生植物油及其副產(chǎn)物為原料進行優(yōu)化和改性，并對潤滑劑的生物毒性評價手段進一步完善，以保證其環(huán)保指標(biāo)的準(zhǔn)確度。在保證潤滑劑環(huán)保無毒、高效潤滑的基礎(chǔ)上，再尋求能滿足抗高溫、高壓、高密度等要求的潤滑劑，以保障未來高溫高壓井的高效、綠色、安全鉆井。