皇飛

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安710065）

自制有機土在白油基鉆井液中的應(yīng)用

皇飛

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安710065）

為解決傳統(tǒng)鉆井液中膨潤土成膠率低的問題，該文以膨潤土為原料，經(jīng)提純、鈉化、有機化，自制了有機土，其在白油中的平均成膠率為74%。膠體穩(wěn)定性實驗表明，需在體系中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑以保證其膠體穩(wěn)定性；抗溫結(jié)果表明，本鉆井液的抗溫能力可達(dá)150℃；頁巖滾動回收結(jié)果顯示，回收率為93.27%，表明本鉆井液不僅在頁巖表面具有很強的吸附性能，還有很好的防塌性能；線性膨脹實驗的膨脹率為14.27%，表明本鉆井液在抑制頁巖膨脹方面具有較好的性能。

膨潤土；成膠率；有機土；穩(wěn)定性

鉆井液是鉆探過程中，孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)[1-3]。按連續(xù)相不同可分為水基鉆井液、油基鉆井液和氣體型鉆井流體等[4]。油基鉆井液是一種以柴油、白油以及氣制油等為分散介質(zhì)，以加重劑、各種化學(xué)處理劑及水等為分散相的溶膠懸浮混合體系[5]。相對于水基鉆井液存在的在綜合打井成本較高，廢棄物處理困難，以及在某些地層遇水會立馬變硬等缺點，油基鉆井液已經(jīng)成為解決泥頁巖水化問題的主要技術(shù)[6]，同時在施工高難度深井、大斜度定向井、水平井以及處理各種復(fù)雜地層時得到廣泛的應(yīng)用。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

試劑：十六烷基三甲基溴化銨，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心，分析純；白油，湖北泊潤化工科技有限公司；氣制油，南通信煒油品有限公司；柴油，上海瑞貝石化有限公司；焦磷酸鈉，鄭州邦諾化工產(chǎn)品有限公司；膨潤土，南陽市宏發(fā)膨潤土總廠；氟化鈉，河南博特爾化工產(chǎn)品有限公司；凝膠劑，鄭州鄭亞化工產(chǎn)品有限公司。

儀器：ZNN-D6六速旋轉(zhuǎn)黏度儀，青島海通達(dá)專用儀器有限公司；NP-02型頁巖膨脹測定儀，北京京晶科技有限公司。

1.2 實驗方法

自制有機土：按照以下步驟自制有機土。

（1）提純：將一定量的膨潤土配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的泥漿，充分?jǐn)嚢韬箪o置12h，得上部的懸浮液，將一定量的焦磷酸鈉加入此懸浮液中使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，充分?jǐn)嚢韬箪o置12h，抽取上部懸浮液，即為提純后產(chǎn)物。

（2）鈉化：在上一步獲得的懸浮液中加入與其同體積的水，再加入40g氟化鈉，在分散機中鈉化24 h，得鈉化的膨潤土懸浮液。

（3）有機化：將200g十六烷基三甲基溴化銨加入到上一步獲得的鈉化的膨潤土懸浮液中，充分?jǐn)嚢韬?，靜置24h，以板框壓濾機脫水，再將所得固體干燥、磨粉、過200目篩，即得自制有機土。

1.3 分析測試

1.3.1 自制有機土成膠率

取5份等質(zhì)量的自制有機土分別配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的溶液，再加入等質(zhì)量的白油，充分混勻后，靜置24 h，測量上部析出的白油質(zhì)量，按下式計算成膠率。

成膠率=（懸濁液總質(zhì)量-油析出質(zhì)量）/懸濁液總質(zhì)量×100%

1.3.2 滾動回收率

配制不同類型一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉆井液，參照SY-T 5613—2000標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行滾動回收實驗，計算回收率。

1.3.3 線性膨脹率

分別配制3種不同類型的鉆井液，使用NP-02型頁巖膨脹測定儀，測定6h內(nèi)的膨脹量，計算膨脹率。

1.3.4 性能評價

采用自制有機土配制白油基鉆井液，以六速旋轉(zhuǎn)黏度計測定其AV（表觀黏度）、PV（塑性黏度）、YP（動切力），并在0.7MPa壓力下，參照API標(biāo)準(zhǔn)測定并記錄7.5min的FL（濾失量）。

2 結(jié)果與討論

2.1 自制有機土的成膠率

表1給出了4組自制有機土在白油中的成膠率。

表1 自制有機土在白油中的成膠率

由表1可知，4組平行實驗中自制有機土在白油中的平均成膠率為74%，相比于未經(jīng)提純、鈉化和有機化的膨潤土10%左右的成膠率，自制有機土的成膠率有了很大的提高，符合鉆井液體系對其性能的要求。

2.2 自制有機土膠體穩(wěn)定性評價

表2給出了自制有機土的膠體穩(wěn)定性評價結(jié)果。

表2 自制有機土膠體穩(wěn)定性評價

由表2可知，自制有機土在老化后，膠體遭到破壞，說明其穩(wěn)定性能不好，在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑后，其PV、AV和YP值有所提高，說明膠體穩(wěn)定性很好。所以，為了保證自制有機土的膠體穩(wěn)定性，還需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑以保證其效果。

2.3 抗溫性能評價

考慮到本鉆井液以白油為基液，自身的抗溫性能較強，因此該體系可能適用于中、高溫地層，評價測定溫度范圍90～180℃，老化時間24h，實驗結(jié)果見表3。

由表3可知，在溫度90～150℃范圍內(nèi)，包括FL在內(nèi)的AV、PV和YP值變化都很小，但是當(dāng)溫度達(dá)到180℃時，各性能指標(biāo)變化較為明顯，意味著本鉆井液體系在溫度180℃下的抗溫性能較差。而溫度150℃已經(jīng)能夠滿足鉆井的需求，綜合可知，本鉆井液體系具有較好的抗溫性能，且抗溫能力可以達(dá)到溫度150℃。

2.4 頁巖滾動回收實驗

頁巖滾動回收率結(jié)果見表4。

表3 本鉆井液抗溫性能

表4 頁巖滾動回收率結(jié)果

由表4可知，頁巖在清水中的回收率僅為10.25%，在柴油鉆井液及氣制油鉆井液中的回收率分別達(dá)到76.33%和81.16%，而本鉆井液的回收率為93.27%，比清水、柴油鉆井液以及氣制油鉆井液的回收率分別高出83.02、16.94和12.11百分點。結(jié)果表明本鉆井液不僅在頁巖表面具有很強的吸附性能，還有很好的防塌性能。

2.5 線性膨脹實驗

對比考察自制有機土分別在本鉆井液、氣制油鉆井液以及柴油鉆井液中的線性膨脹性能，結(jié)果見圖1。

圖1 自制有機土在不同油基鉆井液中膨脹率隨時間變化曲線

由圖1可知，在抑制膨脹方面，本鉆井液＞氣制油鉆井液＞柴油鉆井液。相對于柴油基鉆井液380 min時27.35%的膨脹率，本鉆井液膨脹率僅為14.27%，表明本鉆井液在抑制頁巖膨脹方面具有較好的性能。

3 結(jié)論

以膨潤土為原料，經(jīng)提純、鈉化、有機化，自制了有機土，其在白油中的平均成膠率為74%；膠體穩(wěn)定性實驗表明，需在體系中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑以保證其膠體穩(wěn)定性；抗溫結(jié)果表明，本鉆井液抗溫能力可達(dá)溫度150℃；頁巖滾動回收結(jié)果顯示回收率為93.27%，表明本鉆井液不僅在頁巖表面具有很強的吸附性能，還有很好的防塌性能；線性膨脹實驗在380min時的膨脹率僅為14.27%，表明本鉆井液在抑制頁巖膨脹方面具有較好的性能。

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10.13752/j.issn.1007-2217.2017.01.008

2016-11-07