舒福昌 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

向興金，史茂勇，石磊，羅剛 （荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北荊州434000）

蔣世全，許亮斌，羅洪斌 （中海油研究總院，北京100027）

油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液，主要有2種類型——油包水乳化鉆井液和全油基鉆井液。在油包水鉆井液中，水作為必要組分均勻地分散在油中，其含水體積分?jǐn)?shù)為10%～60%。而在全油基鉆井液中，其含水體積分?jǐn)?shù)一般不超過10%［1］。有機(jī)土是油基鉆井液中必不可少的親油膠體，在油基鉆井液中既可提高鉆井液的黏度和切力，又能降低油基鉆井液的濾失量［2］，通常來說全油基鉆井液對(duì)有機(jī)土的性能要求高于油包水乳化鉆井液。相對(duì)于柴油以白油或氣制油作為基礎(chǔ)油配制全油基鉆井液，由于其芳香烴含量低、生物毒性小而有利于保護(hù)環(huán)境，愈來愈受到重視。但是芳香烴含量低的白油或氣制油，其極性也小，而常規(guī)有機(jī)土是針對(duì)柴油基液開發(fā)的，用于白油或氣制油這樣的基液中配制全油基鉆井液，由于其成膠性能差導(dǎo)致鉆井液黏度和切力低，不能滿足全油基鉆井液性能要求。為此，筆者開展了能夠在白油或氣制油中具有高效成膠性能的有機(jī)土研究，對(duì)于發(fā)展環(huán)保型全油基鉆井液具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)有有機(jī)土在不同基液中的成膠性能

有機(jī)土的成膠性能通常用膠體率來衡量，其測定程序?yàn)椋悍Q取3．00g有機(jī)土，倒入裝有100ml具塞量筒中，上下?lián)u動(dòng)5min，使有機(jī)土充分分散，靜置90min后，讀取量筒上部析出的游離油體積（V），計(jì)算出膠體率（η），即：η＝ ［（100－V）／100］×100%。

首先對(duì)現(xiàn)有商品有機(jī)土在不同基液中的膠體率進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。由表1可以看出，現(xiàn)有有機(jī)土在柴油中成膠性能非常好，膠體率可達(dá)90%以上，而在5＃白油和氣制油中成膠性能則差，膠體率在10%以下。這是由于柴油中芳香烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)高 （約為10%～40%），極性強(qiáng)；而5＃白油和氣制油主要為飽和烷烴，芳香烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低 （≤0．1%），極性弱，有機(jī)土在柴油中比在白油和氣制油中易分散、成膠。因此，將現(xiàn)有商品有機(jī)土直接用于白油、氣制油等這類極性弱的基液中配制全油基鉆井液，不能有效提高鉆井液黏度和切力。

表1 現(xiàn)有有機(jī)土在不同基液中的成膠性能

2 白油基有機(jī)土HMC的制備及性能

2．1 有機(jī)土制備方法

目前，有機(jī)土的制備有濕法、預(yù)凝膠法、干法和微波法4種［3］。其中最主要、最傳統(tǒng)的方法是濕法生產(chǎn)有機(jī)土，即將蒙脫土分散、提純、改性，用長碳鏈有機(jī)陽離子取代蒙脫土層間的金屬離子，形成疏水有機(jī)膨潤土；再經(jīng)脫水、干燥、研磨成粉狀產(chǎn)品。該研究有機(jī)土HMC的制備，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，采用干法的方式，其過程為：將含一定水量精選出的鈉基膨潤土與有機(jī)覆蓋劑直接混合，用專門的加熱混合器混合均勻，再加以擠壓，制成含有一定水分的有機(jī)膨潤土，然后真空干燥，并用粉碎機(jī)粉碎至通過100目篩。通過改變膨潤土與有機(jī)覆蓋劑原料種類以及改性工藝條件，制得9個(gè)有機(jī)土樣品。

2．2 有機(jī)土的成膠性能

按上述方法評(píng)價(jià)9個(gè)有機(jī)土樣品在白油中的成膠性能，結(jié)果見表2。由表2可以看出，9個(gè)有機(jī)土樣品中HMC－1、HMC－2、HMC－4在5＃白油中成膠性能好，膠體率大于60%，其中HMC－4膠體率可高達(dá)72%。

表2 有機(jī)土HMC在5＃白油中的成膠性能

2．3 有機(jī)土的增黏提切性能

有機(jī)土的增黏提切性能測定程序?yàn)椋毫咳?00ml 5＃白油，加入12．00g有機(jī)土，在10000r／min條件下高速攪拌20min，測流變性，然后在120℃條件下熱滾16h，冷卻至室溫，在10000r／min條件下高速攪拌10min，測流變性，結(jié)果見表3。由表3可以看出，常規(guī)有機(jī)土TJ在白油中不能有效提高鉆井液黏度和切力，而有機(jī)土HMC－1、HMC－2、HMC－4在白油中能有效提高鉆井液黏度和切力。結(jié)合表2的成膠性能評(píng)價(jià)結(jié)果，以白油為基礎(chǔ)油配制全油基鉆井液，選擇有機(jī)土HMC－4比較合適。

表3 有機(jī)土在5＃白油中的流變性

2．4 有機(jī)土HMC－4質(zhì)量濃度對(duì)其性能的影響

試驗(yàn)評(píng)價(jià)了不同質(zhì)量濃度有機(jī)土HMC－4在5＃白油中的膠體率，結(jié)果見圖1。同時(shí)評(píng)價(jià)了不同質(zhì)量濃度有機(jī)土HMC－4在5＃白油中的增黏提切效果，結(jié)果見圖2。由圖1可以看出，隨著HMC－4質(zhì)量濃度的增大，其膠體率隨著增大，但當(dāng)質(zhì)量濃度大于0．03g／ml后，膠體率增大緩慢。同樣由圖2可以看出，隨著HMC－4質(zhì)量濃度的增大，120℃滾后表觀黏度 （μa）以及動(dòng)切力 （τd）也隨著增大。

圖1 膠體率與HMC－4質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖2 表觀黏度、動(dòng)切力與HMC－4質(zhì)量濃度的關(guān)系

3 有機(jī)土HMC－4配制的全油基鉆井液性能

以5＃白油為基礎(chǔ)油，加入高成膠率有機(jī)土HMC－4及其他配套處理劑，配制出密度為1．5g／cm3的全油基鉆井液，其基本性能見表4。由表4可以看出，有機(jī)土HMC－4配制的全油基鉆井液具有較高的切力，一方面可以保持體系穩(wěn)定性，熱滾后不會(huì)發(fā)生重晶石沉降現(xiàn)象，另一方面可以提高鉆井液的攜巖能力；另外，配制的全油基鉆井液具有較低的濾失量，其API濾失量小于5ml。

鉆井液配方：5＃白油＋0．03g／ml有機(jī)土 HMC－4＋0．02g／ml增黏劑AOVIS－7＋0．02g／ml降濾失劑AOFLB＋0．02g／ml降濾失劑 AOFLC＋0．01g／ml潤濕劑 AOWET＋0．03g／ml穩(wěn)定劑 AOEST ＋0．005g／ml CaO＋重晶石。

表4 全油基鉆井液基本性能

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）現(xiàn)有商品有機(jī)土在芳香烴含量高的柴油中成膠性能非常好，膠體率可達(dá)90%以上，而在芳香烴含量低的5＃白油或氣制油中成膠性能則差，膠體率在10%以下。

2）采用干法工藝制備的有機(jī)土HMC－4在5＃白油中具有好的成膠性能，膠體率可達(dá)72%。

3）以5＃白油為基礎(chǔ)油，由有機(jī)土HMC－4配制的全油基鉆井液具有較高的切力和較低的濾失量，使鉆井液有好的穩(wěn)定性和攜巖性，可滿足鉆井工程要求。

［1］鄢捷年 ．鉆井液工藝學(xué) ［M］．東營：中國石油大學(xué)出版社，2006．

［2］李春霞，黃進(jìn)軍，高海洋，等 ．一種新型抗高溫有機(jī)土的研制及性能評(píng)價(jià) ［J］．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（4）：54～56．

［3］曹杰，邱正松，徐加放，等 ．有機(jī)土研究進(jìn)展 ［J］．鉆井液與完井液，2012，29（3）：81～84．