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(jī)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(rùn)土成膠率低的問(wèn)題，該文以膨潤(rùn)土為原料，經(jīng)提純、鈉化、有機(jī)化，自制了有機(jī)土，其在白油中的平均成膠率為74%。膠體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)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(yè)巖滾動(dòng)回收結(jié)果顯示，回收率為93.27%，表明本鉆井液不僅在頁(yè)巖表面具有很強(qiáng)的吸附性能，還有很好的防塌性能；線性膨脹實(shí)驗(yàn)的膨脹率為14.27%，表明本鉆井液在抑制頁(yè)巖膨脹方面具有較好的性能。

膨潤(rùn)土；成膠率；有機(jī)土；穩(wěn)定性

鉆井液是鉆探過(guò)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(duì)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(huì)立馬變硬等缺點(diǎn)，油基鉆井液已經(jīng)成為解決泥頁(yè)巖水化問(wèn)題的主要技術(shù)[6]，同時(shí)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(shí)得到廣泛的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)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(kāi)發(fā)中心，分析純；白油，湖北泊潤(rùn)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(rùn)土，南陽(yáng)市宏發(fā)膨潤(rùn)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(zhuān)用儀器有限公司；NP-02型頁(yè)巖膨脹測(cè)定儀，北京京晶科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

自制有機(jī)土：按照以下步驟自制有機(jī)土。

（1）提純：將一定量的膨潤(rùn)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(jī)中鈉化24 h，得鈉化的膨潤(rùn)土懸浮液。

（3）有機(jī)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(rùn)土懸浮液中，充分?jǐn)嚢韬?，靜置24h，以板框壓濾機(jī)脫水，再將所得固體干燥、磨粉、過(guò)200目篩，即得自制有機(jī)土。

1.3 分析測(cè)試

1.3.1 自制有機(jī)土成膠率

取5份等質(zhì)量的自制有機(jī)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(cè)量上部析出的白油質(zhì)量，按下式計(jì)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(dòng)回收率

配制不同類(lèi)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(dòng)回收實(shí)驗(yàn)，計(jì)算回收率。

1.3.3 線性膨脹率

分別配制3種不同類(lèi)型的鉆井液，使用NP-02型頁(yè)巖膨脹測(cè)定儀，測(cè)定6h內(nèi)的膨脹量，計(jì)算膨脹率。

1.3.4 性能評(píng)價(jià)

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

2 結(jié)果與討論

2.1 自制有機(jī)土的成膠率

表1給出了4組自制有機(jī)土在白油中的成膠率。

表1 自制有機(jī)土在白油中的成膠率

由表1可知，4組平行實(shí)驗(yàn)中自制有機(jī)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(jī)化的膨潤(rùn)土10%左右的成膠率，自制有機(jī)土的成膠率有了很大的提高，符合鉆井液體系對(duì)其性能的要求。

2.2 自制有機(jī)土膠體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

表2給出了自制有機(jī)土的膠體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果。

表2 自制有機(jī)土膠體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

由表2可知，自制有機(jī)土在老化后，膠體遭到破壞，說(shuō)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(shuō)明膠體穩(wěn)定性很好。所以，為了保證自制有機(jī)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(píng)價(jià)

考慮到本鉆井液以白油為基液，自身的抗溫性能較強(qiáng)，因此該體系可能適用于中、高溫地層，評(píng)價(jià)測(cè)定溫度范圍90～180℃，老化時(shí)間24h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)，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(yè)巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)

頁(yè)巖滾動(dòng)回收率結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 本鉆井液抗溫性能

表4 頁(yè)巖滾動(dòng)回收率結(jié)果

由表4可知，頁(yè)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(diǎn)。結(jié)果表明本鉆井液不僅在頁(yè)巖表面具有很強(qiáng)的吸附性能，還有很好的防塌性能。

2.5 線性膨脹實(shí)驗(yàn)

對(duì)比考察自制有機(jī)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(jiàn)圖1。

圖1 自制有機(jī)土在不同油基鉆井液中膨脹率隨時(shí)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(duì)于柴油基鉆井液380 min時(shí)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(yè)巖膨脹方面具有較好的性能。

3 結(jié)論

以膨潤(rùn)土為原料，經(jīng)提純、鈉化、有機(jī)化，自制了有機(jī)土，其在白油中的平均成膠率為74%；膠體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)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(yè)巖滾動(dòng)回收結(jié)果顯示回收率為93.27%，表明本鉆井液不僅在頁(yè)巖表面具有很強(qiáng)的吸附性能，還有很好的防塌性能；線性膨脹實(shí)驗(yàn)在380min時(shí)的膨脹率僅為14.27%，表明本鉆井液在抑制頁(yè)巖膨脹方面具有較好的性能。

[1]鄢捷年，黃林基.鉆井液優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)用技術(shù)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1993：235-236.

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[4]鄢捷年，李志勇，張金波.深井油基鉆井液在高溫高壓下表觀黏度和密度的快速預(yù)測(cè)方法[J].石油鉆探技術(shù)，2005，33（5）：35-39.

[5]藍(lán)強(qiáng)，蘇長(zhǎng)明，劉偉榮.乳液和乳化技術(shù)及其在鉆井液完井液中的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2006，23（2）：61-69.

[6]白小東，蒲曉林.國(guó)外保護(hù)儲(chǔ)層的油基鉆井完井液新技術(shù)研究與應(yīng)用[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2005，6（12）：12-14.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.01.008

2016-11-07