曹成，蒲曉林，王貴，趙正國(guó)，李茜，黃桃

(1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500;2.中國(guó)石油西南油氣田分公司 采氣工程研究院，四川 廣漢 618300)

泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定問(wèn)題是鉆井工程中普遍存在并且非常嚴(yán)重的問(wèn)題，防塌鉆井液技術(shù)一直是泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定技術(shù)的重要研究方向［1-3］。防塌封堵劑是構(gòu)成防塌鉆井液的基礎(chǔ)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐均表明，防塌封堵劑的類型與加量對(duì)封堵作用效果具有顯著影響［4］。合理的防塌封堵劑及復(fù)配有利于充分發(fā)揮各種封堵劑的作用，實(shí)現(xiàn)封堵性能的最優(yōu)化。因此，研究防塌封堵劑封堵作用效果對(duì)高效利用防塌鉆井液技術(shù)具有重要的工程實(shí)際意義?，F(xiàn)有防塌鉆井液技術(shù)多集中于處理劑的研制及其工程應(yīng)用方面，關(guān)于各種防塌封堵劑封堵作用效果的系統(tǒng)研究的報(bào)道并不多見(jiàn)［5-13］。

為了研究防塌封堵劑封堵作用效果，針對(duì)水基鉆井液用防塌封堵劑，筆者開(kāi)展了評(píng)價(jià)封堵劑封堵作用效果的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量高溫高壓失水量隨時(shí)間的變化規(guī)律，獲得水基鉆井液用最優(yōu)封堵配方。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

瀝青類封堵劑:乳化瀝青、氧化瀝青、磺化瀝青、白瀝青均為工業(yè)品;剛性顆粒封堵劑:超細(xì)碳酸鈣(1 000 目)、超細(xì)二氧化硅(1 000 目)、納米碳酸鈣、納米二氧化硅均為工業(yè)品;其它封堵劑:乳化石蠟、聚乙二醇(20 000 分子量)均為工業(yè)品;十八烷基胺為分析純。

DFC-0705 型高溫高壓失水儀;BRGL-7 型變頻滾子加熱爐。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)基漿為固相含量為4%的預(yù)水化膨潤(rùn)土漿+1%SMP-2。以基漿+一定濃度封堵劑作為封堵型鉆井液。采用高溫高壓靜失水評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。①將一定濃度的封堵劑加入基漿中，攪拌均勻后放入滾子加熱爐中，在120 ℃條件下老化16 h，取出滾筒，冷卻至室溫，將鉆井液倒出再次攪拌均勻;②按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在高溫高壓靜失水儀上進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定為120 ℃，壓差設(shè)定為3.5 MPa，分別記錄一定時(shí)間的累計(jì)失水量。

2 結(jié)果與討論

2.1 封堵劑單劑評(píng)價(jià)

瀝青類封堵劑、剛性顆粒封堵劑以及其它封堵劑的高溫高壓失水量隨時(shí)間的變化，見(jiàn)圖1 ～圖3。

圖1 瀝青類封堵劑封堵效果Fig.1 Sealing performance of asphalt

圖2 剛性顆粒封堵劑封堵效果Fig.2 Sealing performance of rigidity particle

圖3 其它封堵劑封堵效果Fig.3 Sealing performance of other materials

由圖1 可知，與基漿相比，瀝青類封堵劑在10 min后濾失量的增加幅度明顯減小，具有一定的封堵效果，其中乳化瀝青的瞬時(shí)濾失小，總的濾失量小，封堵效果最優(yōu)。

由圖2 可知，超細(xì)碳酸鈣的高溫高壓濾失量最小，濾失量趨于恒定所用時(shí)間最短，封堵效果最優(yōu)。

由圖3 可知，十八烷基胺的高溫高壓濾失量最大，聚乙二醇次之。乳化石蠟的高溫高壓濾失量最小，且瞬時(shí)濾失量最小，封堵效果最優(yōu)。因此，選擇乳化瀝青、超細(xì)碳酸鈣、乳化石蠟進(jìn)行封堵劑復(fù)配優(yōu)化。

2.2 封堵劑復(fù)配優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中一般采用1 ～2 種封堵劑，因而將3種封堵劑兩兩組合，分為3 組，分別采用2 因素5 水平均勻設(shè)計(jì)表U5(53)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［14］，結(jié)果見(jiàn)圖4 ～圖7。

由圖4 可知，3%A +2%B 即3%乳化瀝青+2%乳化石蠟的瞬時(shí)濾失小，總的濾失量小，10 min后濾失量的增幅較小，封堵效果最優(yōu)。

由圖5 可知，4%B +4%C 即4%乳化石蠟+4%超細(xì)碳酸鈣的高溫高壓濾失量最小，并且該配方濾失量趨于恒定的時(shí)間最短，封堵效果最優(yōu)。

圖4 乳化瀝青(A)與乳化石蠟(B)組合的封堵效果Fig.4 Sealing performance of the combination of emulsify asphalt and emulsify wax

圖5 乳化石蠟(B)與超細(xì)碳酸鈣(C)組合的封堵效果Fig.5 Sealing performance of the combination of emulsify wax and ultrafine calcium carbonate

圖6 超細(xì)碳酸鈣(C)與乳化瀝青(A)組合的封堵效果Fig.6 Sealing performance of the combination of ultrafine calcium carbonate and emulsify asphalt

圖7 3 種較優(yōu)組合的封堵效果Fig.7 Sealing performance of the three combination

由圖6 可知，3%C+2%A 即3%超細(xì)碳酸鈣+2%乳化瀝青的瞬時(shí)濾失小，總的濾失量小，10 min后濾失量幾乎沒(méi)有增幅，封堵效果最優(yōu)。

由圖7 可知，3 種較優(yōu)組合中，3%超細(xì)碳酸鈣+2%乳化瀝青的高溫高壓濾失量最小，并且該配方濾失量趨于恒定所用時(shí)間最短，封堵效果最優(yōu)，為水基鉆井液用最佳封堵配方。

3 結(jié)論

(1)瀝青類封堵劑中乳化瀝青的封堵效果最優(yōu)，剛性顆粒封堵劑中超細(xì)碳酸鈣(1 000 目)的封堵效果最優(yōu)，其它封堵劑中乳化石蠟的封堵效果最優(yōu)。

(2)復(fù)配封堵劑較單一封堵劑的封堵效果更優(yōu)，其中3%超細(xì)碳酸鈣(1 000 目)+2%乳化瀝青為水基鉆井液用最優(yōu)封堵劑配方。

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