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        自制有機土在白油基鉆井液中的應用

        2017-04-21 01:09:35皇飛
        杭州化工 2017年1期
        關(guān)鍵詞:抗溫白油膨脹率

        皇飛

        (西安石油大學化學化工學院,陜西西安710065)

        自制有機土在白油基鉆井液中的應用

        皇飛

        (西安石油大學化學化工學院,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)量分數(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雜地層時得到廣泛的應用。

        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)量分數(shù)為20%的泥漿,充分攪拌后靜置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)量分數(shù)為1%,充分攪拌后靜置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,充分攪拌后,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)量分數(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)量分數(shù)的鉆井液,參照SY-T 5613—2000標準,進行滾動回收實驗,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標準測定并記錄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)量分數(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)量分數(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,但是當溫度達到180℃時,各性能指標變化較為明顯,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)量分數(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。

        [1]鄢捷年,黃林基.鉆井液優(yōu)化設計與實用技術(shù)[M].東營:石油大學出版社,1993:235-236.

        [2]徐同臺,趙忠舉,袁春.國外鉆井液和完井液技術(shù)的新進展[J].鉆井液與完井液,2004,,21(2):1-11.

        [3]舒福昌,岳前升,黃紅奎,等.新型無水全油基鉆井液[J].斷塊油氣田,2008,15(3):102-105.

        [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測方法[J].石油鉆探技術(shù),2005,33(5):35-39.

        [5]藍強,蘇長明,劉偉榮.乳液和乳化技術(shù)及其在鉆井液完井液中的應用[J].鉆井液與完井液,2006,23(2):61-69.

        [6]白小東,蒲曉林.國外保護儲層的油基鉆井完井液新技術(shù)研究與應用[J].精細石油化工進展,2005,6(12):12-14.

        10.13752/j.issn.1007-2217.2017.01.008

        2016-11-07

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