魏君，于洪江，肖志海，李明明

（西安石油大學化學化工學院，陜西西安710065）

油基鉆井液提切劑的復配研究

魏君，于洪江，肖志海，李明明

（西安石油大學化學化工學院，陜西西安710065）

應用混料設計法研究了油基鉆井液提切劑的配方，以動切力、低剪切動切力和塑性黏度為指標，得到了優(yōu)化的提切劑配方組成為：油酸聚乙二醇單酯80.6%，異辛酸鋁7.4%，軟脂酸6.0%，肉豆蔻酸6.0%。熱滾實驗驗證了加入該提切劑后鉆井液流變性和懸浮性都得到改善。計算表明，該鉆井液應選用赫巴模式來描述其流變性。

油基鉆井液；提切劑；流變模式

油基鉆井液具有抗高溫、抗鹽、井壁穩(wěn)定性好、潤滑性能好、對油氣層損害較小等優(yōu)點，是鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復雜地層的重要手段，并且在解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等方面有廣泛應用。但油基鉆井液切力小，難以懸浮重晶石[1，2]。因此，切力成為影響油基鉆井液性能的關鍵流變性參數之一，影響攜巖效果、重晶石的沉降等性能。在油基鉆井液中加入增黏提切劑，適當控制切力，成為鉆探深水井、高溫高壓井等復雜井的重要手段之一[3，4]。

鉆井液流變性是鉆井液的一項基本性能，在鉆井過程中有著十分重要的作用：（1）攜帶巖屑，保證井底和井眼的清潔；（2）懸浮巖屑與重晶石；（3）提高機械鉆速；（4）保持井眼規(guī)則和保證井下安全。鉆井液的某些流變參數還可用于鉆井環(huán)空水力學的計算。鉆井液的流變性質用流變方程來描述,不同的流變方程表征了不同的流變模式,目前，常用的流變模式有賓漢模式、冪律模式、赫-巴模式和卡森模式等。優(yōu)選鉆井液流變模式不僅對準確計算流變參數至關重要,而且對于鉆井液性能的評價、鉆井水力學參數的優(yōu)選、井壁穩(wěn)定和井眼凈化能力的分析等均具有重要意義[5，6]。

本文研究了一種新型油基鉆井液提切劑，并以此配制成油基鉆井液，測試了其流變性能，計算了賓漢模式、冪律模式、赫-巴模式和卡森模式等各流變方程的參數，優(yōu)選出適合該油基鉆井液的流變模式。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ZNN-D6S型六速旋轉黏度計（青島海通達專用儀器廠）；GJSS-B12K變頻高速攪拌機（青島海通達專用儀器廠）；JJ-1型精密增力電動攪拌器（常州國華電器有限公司）。

肉豆蔻酸（A.R.天津市博迪化工有限公司）；棕櫚酸（A.R.天津市博迪化工有限公司）；油桂酸聚乙二醇酯（實驗室自制）；異辛酸鋁（實驗室自制）。

1.2 實驗內容

1.2.1 提切劑的配制提切劑配方由油酸聚乙二醇酯、異辛酸鋁、肉豆蔻酸、棕櫚酸4種成分組成，其中油酸聚乙二醇酯作為溶劑。該提切劑配方研究屬于混料設計問題，響應（即指標，如鉆井液評價中的切力）取決于這些分量（成分）的相對比率（其值介于0～100%之間）。成分的量（以重量、體積或某些其他單位來度量）相加后得出標準總量（一般為100%）。提切劑配方的混料設計方案見表1。

表1 提切劑配方組成Tab.1The formulation of the rheological control agent

1.2.2 鉆井液的配制方法將白油240mL，高速攪拌加入9mL乳化劑，6g有機土，高速攪拌10min，緩慢加入60mL蒸餾水，6g Ca（OH）2，繼續(xù)攪拌1h，制得實驗基漿。按照表1方案配制的提切劑，加入到配制好的實驗基漿中，用變頻高速攪拌機高速攪拌30min，將攪拌后的鉆井液用六速旋轉黏度計測量流變性。

2 結果與討論

2.1 油基鉆井液性能測試及配方優(yōu)化

提切劑能夠提高油基鉆井液的切力，改善鉆井液的防沉降性能，但是塑性黏度的增量要小，以保證鉆進速度。評價提切劑時測試的參數常見的有塑性黏度和動切力。要準確地評價油基鉆井液的低剪切流變性，認為以φ3和φ6讀值或低剪切速率動切力LSYP參數評價更準確

按1.2.2的方法配制鉆井液，測定其流變性結果見表2。

表2 鉆井液流變性測量值Tab.2Measurement of rheological properties of drilling fluids

對表1所示的提切劑混料設計方案，以塑性黏度PV、動切力YP和低剪切速率動切力LSYP為指標進行分析，并且希望YP、LSYP增加幅度大，PV的增加幅度小。因此，得到的優(yōu)化的配方組成為：油酸聚乙二醇單酯80.6%，異辛酸鋁7.4%，軟脂酸6.0%，肉豆蔻酸6.0%。對上述優(yōu)化配方根據模型預測，PV=10.5mPa·s，YP=3.3Pa，LSYP=2.7Pa。對優(yōu)化配方進行驗證實驗，測定其流變性，計算的PV=8.0 mPa· s，YP=3.1Pa，LSYP=3.0Pa，與預測值基本吻合。

2.2 熱滾試驗

提切劑按優(yōu)化配方，以1.2.2的方法配制鉆井液進行熱滾實驗，120℃下滾動6h。分別在25和65℃測試流變性，試驗數據見表3。

表3結果表明，加入提切劑后鉆井液流變性和懸浮性都得到改善，LSYP和動切力增加幅度都較大，而塑性黏度增加幅度較小。

表3 熱滾實驗及流變性Tab.3Hot rolling experiments and rheological properties of drilling fluids

2.3 鉆井液流變模式選擇

提切劑按優(yōu)化配方，以1.2.2的方法配制鉆井液，測其流變性，測定結果見表4。

表4 優(yōu)化配方流變性Tab.4Rheological properties of the optimized formulation of rheological control agent

賓漢模式、冪律模式、赫-巴模式和卡森模式是常見的4種鉆井液流變模式，流變參數的計算往往采用兩個范氏黏度計讀數。此方法的簡便易用，方便現(xiàn)場操作。由于采用了一種或幾種范氏黏度讀數，使系統(tǒng)誤差增大，實驗數據沒有充分的利用，在有異常點的情況下往往誤差較大。因此，本文采用線性回歸的方法計算賓漢模式和卡森模式（需經過線性化變換），對冪律模式和赫-巴模式利用非線性回歸的方法計算。計算結果列于表5。表中標準差按公式為測量值，為按表5中模型估算值。

表5 流變模式選擇Tab.5Select rheological models

通過比較標準差s的大小可以衡量模型對原始實驗數據擬合程度的大小，s值越小，擬合的越好，從而優(yōu)選出合適的流變模式。赫-巴模式計算的標準差最小，可以確定該鉆井液應選用赫-巴模式來描述其流變性。

3 結論

（1）由油酸聚乙二醇酯、異辛酸鋁、肉豆蔻酸、棕櫚酸4種成分組成的提切劑，加入到鉆井液中，能夠有效提高鉆井液的動切力和低剪切動切力，而塑性黏度增加較小。

（2）以動切力、低剪切動切力和塑性黏度為指標，得到優(yōu)化的提切劑配方組成為：油酸聚乙二醇單酯80.6%，異辛酸鋁7.4%，軟脂酸6.0%，肉豆蔻酸6.0%。

（3）熱滾實驗驗證了加入提切劑后鉆井液流變性和懸浮性都得到改善，低剪切動切力和動切力增加幅度都較大，而塑性黏度增加幅度較小。

（4）對鉆井液的流變模式計算表明，該鉆井液應選用赫巴模式來描述其流變性。

［1］Mas M，Tapin T.A new high temperature oil based drilling fluid［C］.SPE 53941，1999.

［2］舒福昌，岳前升，黃紅璽等.新型無水全油基鉆井液［J］.斷塊油氣田，2008，15（3）：103-104.

［3］馮萍，邱正松，曹杰，等.國外油基鉆井液提切劑的研究與應用進展［J］.鉆井液與完井液，2012，29（5）：84-88.

［4］Jones，Cruise K.Oil-based drilling muds with increased viscosity［P］.EP：0922743 B1，2007-12.

［5］董書禮,鄢捷年.利用最小二乘法優(yōu)選鉆井液流變模式［J］.石油鉆探技術，2000，（5）:27-29.

［6］魯港,李曉光,陳鐵錚，等.鉆井液冪律模式非線性最小二乘參數估計的新算法［J］.鉆井液與完井液,2007,（S1）：65-68；128-129.

Optimization of the formulation of rheological control agent for oil-based drilling fluid

WEI Jun，YU Hong-jiang，XIAO Zhi-hai，LI Ming-ming
（College of Chemistry and Chemical Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an710065,China）

The formulation of the oil-based drilling fluid rheological control agent has been obtained from mixture design,and the yield point,the shear yield point and the plastic viscosity are considered as index,the optimized formulation of rheological control agent is:80.6%of oleic acid ester of polyethylene glycol,7.4%of aluminum ethylhexanoate,6.0%of palmitic acid and 6.0%of myristic acid.From the hot rolling experiments we can know that the rheological and suspension properties of the oil-based drilling fluid with rheological control agent have improved.Calculations indicate that the rheological properties of this oil-based drilling fluid should be described with Herschel-Bulkely model.

oil-based drilling fluid；rheological control agent；rheological model

TE254.3

A

1002-1124（2014）11-0027-03

2014-09-02

魏君（1963-），男，漢族，陜西省西安市，高級工程師，1986年畢業(yè)于復旦大學化學系，理學學士，主要從事計算化學與油田化學方面的研究工作。