沈 麗 王寶田 宮新軍 陳二丁 張海青 王海鋒

（勝利石油管理局鉆井工程技術(shù)公司）

氣制油合成基鉆井液是具有油基鉆井液性能的環(huán)保鉆井液，是油基鉆井液的替代品。它也是目前國(guó)際公認(rèn)的尖端鉆井液技術(shù)之一。合成基鉆井液體系的流變性如何，對(duì)鉆井施工起著非常重要的作用，其流變性控制隨著合成基鉆井液的廣泛使用也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如井眼凈化不良，重晶石沉降，高循環(huán)壓耗等［1－6］。主要是因?yàn)楹铣苫@井液流變性能受到明顯影響，如動(dòng)切力過(guò)低，不足以有效攜帶鉆井液中的固相。因此有必要對(duì)影響合成基鉆井液流變性能的因素進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，更好地調(diào)控其流變性能，滿足鉆井施工的需要。

1 組分對(duì)體系流變性能的影響

合成基鉆井液一般是由人工合成或改性的有機(jī)物為連續(xù)相，鹽水為分散相，并加入乳化劑、親油膠體、降濾失劑、流型調(diào)節(jié)劑、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑和加重劑等組成，是一種非水溶性合成油基鉆井液［7］。

未加重體系配方為：氣制油合成基液＋2%～3%主乳化劑＋1%～2%輔乳化劑＋3%～4%有機(jī)土＋0.3%～0.5%增粘提切劑＋CaCl2水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%）＋2.5%堿度調(diào)節(jié)劑。

加重體系配方為：氣制油合成基液＋2%～3%主乳化劑＋1%～2%輔乳化劑＋1.5%～2.5%有機(jī)土＋0.5%～1%增粘提切劑＋4%～6%降濾失劑＋CaCl2水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%）＋2.5%堿度調(diào)節(jié)劑＋2.5%～4%潤(rùn)濕劑＋加重劑。

如無(wú)特殊說(shuō)明，以下性能測(cè)試溫度均為50℃，老化條件為：180℃／16h。

1.1 主乳化劑對(duì)體系流變性的影響

乳化劑是合成基鉆井液的關(guān)鍵組分，影響著整個(gè)體系的穩(wěn)定性。通常采用“復(fù)合乳化劑”來(lái)提高界面膜強(qiáng)度，增加穩(wěn)定性。首先確定w（輔乳化劑）為1%，改變主乳化劑的加量來(lái)考察其對(duì)未加重鉆井液流變性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主乳化劑對(duì)體系流變性能及濾失量的影響Table 1 Influence of primary emulsifier on system rheological properties and filtration loss

由表1可以看出，主乳化劑加量不足時(shí)，流變性及濾失量都達(dá)不到使用要求；當(dāng)主乳化劑過(guò)量時(shí)會(huì)使塑性粘度和動(dòng)切力降低，因此并非主乳化劑的加量越大越好，以不超過(guò)3.5%為宜。

1.2 親油膠體對(duì)體系流變性的影響

親油膠體可以在油中分散，主要起調(diào)節(jié)鉆井液流變性和濾失性作用，并能在一定程度上增強(qiáng)油包水乳狀液的穩(wěn)定性。從環(huán)境保護(hù)角度考慮，用于合成基鉆井液的親油膠體選用有機(jī)土。

在體系配方中改變有機(jī)土的用量，評(píng)價(jià)其對(duì)鉆井液流變性及濾失量的影響。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成曲線圖，見(jiàn)圖1～圖4（加重體系密度為1.8g／cm3）。

由圖1～圖4可看出：

（1）隨著有機(jī)土加量的增大，體系的塑性粘度、動(dòng)切力均有較大的提高，同時(shí)，其濾失量也有所降低。說(shuō)明有機(jī)土可以較好地分散到乳狀液中，從而起到增粘及降濾失的作用。

（2）有機(jī)土對(duì)加重體系和未加重體系A(chǔ)PI濾失量的影響曲線表明，有機(jī)土雖然有降濾失的作用，但只能起到輔助降濾失的作用，還需加入降濾失劑，才能保證體系的濾失量達(dá)到使用要求。

（3）合成基鉆井液體系中有機(jī)土的加量應(yīng)該根據(jù)配制鉆井液的密度來(lái)確定，但最好不要超過(guò)3%，特別是高密度鉆井液要嚴(yán)格控制有機(jī)土的加量，因?yàn)榧恿窟^(guò)大，會(huì)導(dǎo)致鉆井液太稠，流變性變差。

1.3 堿度調(diào)節(jié)劑對(duì)體系流變性的影響

選用CaO為合成基鉆井液體系的堿度調(diào)節(jié)劑，圖5為CaO加量對(duì)未加重鉆井液流變性的影響。從圖5可以看出，隨著CaO加量的增大，合成基鉆井液的粘度和動(dòng)切力值變化不大，濾失量增加較為明顯，說(shuō)明該堿度調(diào)節(jié)劑對(duì)鉆井液流變性能影響不大，但對(duì)濾失量有較大的影響，因此加量不宜過(guò)大，在2%～3%比較適宜。

1.4 增粘提切劑對(duì)體系流變性的影響

增粘提切劑主要是改善合成基鉆井液的粘切力，提高合成基鉆井液的攜砂能力和懸浮穩(wěn)定性［8］。圖6為增粘提切劑對(duì)未加重合成基鉆井液流變性能的影響。由圖6可知，該劑對(duì)體系流變性能影響較大。綜合考慮到體系的粘切及老化前后粘切的變化情況，加量一般在0.3%～1%。

1.5 降濾失劑對(duì)體系流變性的影響

表2為降濾失劑對(duì)未加重鉆井液流變性能的影響。由表2可看出，降濾失劑對(duì)鉆井液的流變性影響很小，只有加量大時(shí)才有輕微的影響。綜合考慮，降濾失劑的加量在2%～3%為宜，但對(duì)于高密度鉆井液應(yīng)適當(dāng)增大降濾失劑的用量，以保證高溫高壓濾失量達(dá)到要求。

表2 降濾失劑對(duì)合成基鉆井液流變性能及濾失量的影響Table 2 Influence of filtration loss content on rheological properties and filtration loss of synthetic drilling fluid

1.6 潤(rùn)濕劑對(duì)體系流變性的影響

表3為潤(rùn)濕劑對(duì)密度為1.35g／cm3合成基鉆井液流變性能的影響。由表3可看出，潤(rùn)濕劑對(duì)鉆井液的流變性影響很小，當(dāng)加量為15%時(shí)影響依然不大。因此潤(rùn)濕劑可根據(jù)體系中的固相含量多少來(lái)確定其加量。

表3 潤(rùn)濕劑對(duì)合成基鉆井液流變性能的影響Table 3 Influence of wetting agent content on rheological properties of the synthetic drilling fluid

2 油水比對(duì)體系流變性能的影響

表4 油水比對(duì)合成基鉆井液流變性能的影響Table 4 Influence of oil－water ratio on rheological properties of synthetic drilling fluid

評(píng)價(jià)了采用不同油水比配制氣制油合成基鉆井液時(shí)對(duì)流變性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，隨著水相體積分?jǐn)?shù)的增加，合成基鉆井液體系的粘切也顯著地增加。

3 溫度對(duì)體系流變性能的影響

3.1 配制溫度對(duì)體系流變性的影響

分別在室溫、50、80℃配制合成基鉆井液，并在同樣的溫度下測(cè)試其性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 配制溫度對(duì)合成基鉆井液流變性的影響Table 5 Influence of preparation temperature on rheological properties of synthetic drilling fluid

由表5可以看出，隨著配制溫度的升高，體系的粘度和切力明顯降低，濾失量幾乎沒(méi)有變化。

3.2 高溫對(duì)體系流變性的影響

將合成基鉆井液體系分別在120、150、180和200℃下滾動(dòng)老化16h后，測(cè)定鉆井液性能，評(píng)價(jià)溫度對(duì)體系流變性的影響，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 合成基鉆井液體系在不同溫度下滾動(dòng)老化后的流變性及濾失性Table 6 Rheological properties and filtration loss performances of synthetic drilling fluid system after rolling aging at different temperatures

由表6可看出，隨著高溫老化溫度的升高，滾動(dòng)老化16h后合成基鉆井液的粘切逐漸增大，濾失量沒(méi)有太大變化。

4 外來(lái)污染物對(duì)體系流變性能的影響

4.1 鹽侵對(duì)體系流變性的影響

室內(nèi)評(píng)價(jià)了鹽侵（NaCl）污染對(duì)合成基鉆井液體系流變性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 鹽侵（NaCl）污染對(duì)合成基鉆井液流變性的影響Table 7 Influence of NaCl contamination content on rheological properties of synthetic drilling fluid

由表7可看出，當(dāng)w（NaCl）低于8%時(shí)，對(duì)鉆井液流變性基本沒(méi)有影響；當(dāng)達(dá)到13%及以上時(shí)，鉆井液的粘切就明顯降低了。

4.2 水對(duì)體系流變性的影響

將配制好的密度為1.35g／cm3合成基鉆井液體系在150℃下老化滾動(dòng)16h，加入水評(píng)價(jià)其對(duì)體系流變性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 水污染對(duì)合成基鉆井液流變性的影響Table 8 Influence of water contamination content on rheological properties of synthetic drilling fluid

由表8可知，隨著水污染量的增加，合成基鉆井液體系的塑性粘度和動(dòng)切力增加，濾失量沒(méi)有明顯變化。說(shuō)明水污染會(huì)對(duì)體系流變性能產(chǎn)生一定的影響，水污染量達(dá)到40%時(shí)，粘切雖然增加較多，但并沒(méi)有破壞體系性能，破乳電壓（ES）依然大于400V。

4.3 鉆屑對(duì)體系流變性的影響

表9 鉆屑污染對(duì)合成基鉆井液流變性的影響Table 9 Influence of drilling chip contamination content on rheological properties of synthetic drilling fluid

鉆屑污染對(duì)合成基鉆井液流變性的影響見(jiàn)表9。所用鉆屑為新疆輪古4615m井三疊系掉塊，粉碎，過(guò)篩而得，鉆井液密度為1.3g／cm3。從表9可以看出，隨著鉆屑侵污量的增多，合成基鉆井液的粘切有所增加，但變化不大，體系流變性能依然很好。

4.4 膨潤(rùn)土對(duì)體系流變性的影響

將密度為1.5g／cm3合成基鉆井液體系在150℃下老化滾動(dòng)16h，加入膨潤(rùn)土，評(píng)價(jià)其對(duì)流變性的影響，結(jié)果見(jiàn)表10。從表10可以看出，隨著膨潤(rùn)土污染量的增加，體系的粘切明顯增大，尤其是當(dāng)w（膨潤(rùn)土）達(dá)到12%時(shí)，動(dòng)切力增大明顯。

表10 膨潤(rùn)土對(duì)合成基鉆井液流變性的影響Table 10 Influence of bentonite content on rheological properties of synthetic drilling fluid

5 氣制油合成基鉆井液體系的高溫高壓流變性

采用Fann50SL高溫高壓流變儀，在壓力6.0 MPa，溫度50～180℃時(shí)，測(cè)定合成基鉆井液在轉(zhuǎn)速分別為600和300r／min下的粘度值。

由圖7和圖8可知，溫度在50～180℃、轉(zhuǎn)速在600和300r／min條件下，隨著溫度的升高粘度均逐漸降低，且低溫段降低幅度相對(duì)于高溫段要大些。未加抗溫劑的體系，粘度隨溫度降低明顯；加入抗溫劑的體系，粘度隨溫度降低較為平緩。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）影響氣制油合成基鉆井液流變性的主要因素有有機(jī)土、增粘提切劑、油水比。隨著有機(jī)土和水含量的增加，體系的粘度和動(dòng)切力均明顯增大，可根據(jù)性能要求調(diào)整加量來(lái)控制流變性；增粘提切劑對(duì)流變性影響較大，加量一般控制在1%以下。

（2）溫度是影響氣制油合成基鉆井液流變性的另一個(gè)重要因素，為了確保體系的流變性和穩(wěn)定性能達(dá)到應(yīng)用要求，需要加入適量的抗溫劑。

（3）主乳化劑根據(jù)油水比和密度來(lái)確定加量，只要能保證體系的穩(wěn)定即可。若過(guò)量，既對(duì)體系流變性有一定的影響，又會(huì)提高不必要的成本。

（4）潤(rùn)濕劑和降濾失劑對(duì)合成基鉆井液的流變性影響很小，確定加量時(shí)可不考慮對(duì)流變性的影響。

（5）已配制好的氣制油合成基鉆井液受到外來(lái)物的污染，含量低時(shí)對(duì)流變性影響不大，只有達(dá)到一定的量時(shí)才會(huì)產(chǎn)生較大影響。因此使用時(shí)要監(jiān)測(cè)好鉆井液性能，及時(shí)清除有害固相，做好相應(yīng)的調(diào)整。

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