卜海，張玉，陳俊峰，陳雷旭，楊俊貞

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所（北京 100083）2.中國石油渤海鉆探工程公司 泥漿分公司（天津 300457）

鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土是評(píng)價(jià)水基鉆井液用化學(xué)劑性能的基準(zhǔn)物質(zhì)。其特點(diǎn)是確保性能穩(wěn)定和基準(zhǔn)統(tǒng)一，以保障化學(xué)劑質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性[1]。目前，國內(nèi)已應(yīng)用近25 年的鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土——新疆夏子街鈉土面臨資源枯竭、性能不穩(wěn)定等問題[2]，應(yīng)用不同礦源不同批次的鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土導(dǎo)致鉆井液性能差別大，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力度低、實(shí)驗(yàn)室間檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性差等問題，嚴(yán)重影響了集中采購產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。既不利于鉆井液用處理劑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和應(yīng)用，也極大地影響了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全施工[3]。為有效實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范鉆井液化學(xué)劑質(zhì)量檢測(cè)工作，急需研制及評(píng)價(jià)新的鉆井液試驗(yàn)用土，為石油行業(yè)鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土提供替代基準(zhǔn)物質(zhì)。

1 鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土應(yīng)用現(xiàn)狀

有效的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和中石油集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，共20項(xiàng)鉆井液用化學(xué)劑標(biāo)準(zhǔn)要求使用SY/T 5490—2016《鉆井液試驗(yàn)用土》進(jìn)行基漿配置[4]。19項(xiàng)化學(xué)劑包括：鉆井液用磺甲基酚醛樹脂、封堵劑磺化瀝青、降濾失劑水解聚丙烯腈銨鹽、固體潤滑劑、稀釋劑、褐煤樹脂、磺化楮膠、磺化褐煤、液體潤滑劑等，應(yīng)用現(xiàn)狀見表1。

從表1 可以看出，鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土是鉆井液化學(xué)劑評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，將直接影響化學(xué)劑評(píng)價(jià)中鉆井液的抗溫性、抗污染性、降濾失性、降黏性、流變性等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

2 鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的研制

2.1 礦源的優(yōu)選

鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土礦源的關(guān)鍵性能是穩(wěn)定性和均質(zhì)性，并兼顧其生產(chǎn)開發(fā)成本[5]。針對(duì)國內(nèi)天然礦物土的主要產(chǎn)區(qū)和性能特性，先后對(duì)新疆和豐、河北張家口、河北陽原、山東安丘、山東濰坊、遼寧建平、遼寧阜新、天津拓源、天津武清、安徽信陽等地區(qū)進(jìn)行了勘察取樣。對(duì)各地樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試，并與SY/T 5490—2016《鉆井液試驗(yàn)用土》和GB/T 5005—2010《鉆井液材料規(guī)范》對(duì)比，數(shù)據(jù)詳見表2。試驗(yàn)表明，滿足SY/T 5490—2016 和GB/T 5005—2010 性能要求的礦源包括陽原、武清和宣化3種礦源土。綜合考慮礦源批次流變性能的穩(wěn)定性、動(dòng)塑比、中壓（API）失水量、開采成本等，最終優(yōu)選宣化礦源為鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土。

2.2 生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)選

鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土中試生產(chǎn)的最大技術(shù)難點(diǎn)是均質(zhì)性控制[6]。為保證成品的均質(zhì)性，生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制甩砂工藝，狹縫太小甩砂不及時(shí)，成品含砂量高；狹縫太大則會(huì)將優(yōu)質(zhì)的膨潤土帶出，使成品率下降[7]。為保證成品的均質(zhì)性，采取了初步生產(chǎn)加工混拌、異地二次混拌、二次包裝等工藝。

為充分驗(yàn)證鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的均質(zhì)性，在噸袋成品中任意抽取9 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)土樣品，試驗(yàn)結(jié)果見表3。結(jié)果表明，9 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)土樣品性能穩(wěn)定，均值性強(qiáng)。常溫時(shí)表觀黏度為16.8~19 mPa·s，中壓濾失量為10.4~12.0 mL，表明該標(biāo)準(zhǔn)土的均質(zhì)性好，抗溫性能穩(wěn)定，再現(xiàn)性較好，滿足生產(chǎn)要求。

9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)土的實(shí)驗(yàn)配方：400 mL蒸餾水+0.72 g堿+24 g 土，高速攪20 min，養(yǎng)護(hù)24 h。

表2 標(biāo)準(zhǔn)土礦源性能測(cè)試及對(duì)比分析

表3 標(biāo)準(zhǔn)土均質(zhì)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的性能評(píng)價(jià)

3.1 黏土礦物組成

隨機(jī)選取標(biāo)準(zhǔn)土成品樣品，進(jìn)行礦物X-射線衍射分析（其中1#為批量產(chǎn)品，2#為室內(nèi)制樣），如圖1、表4 所示。X 射線檢測(cè)結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)土的化學(xué)成分以石英、鉀長石和鈉長石為主，不含對(duì)鉆井液性能影響較大的硫酸鈣類成分，且礦源的黏土礦物總量較高（70%以上）。由表5 可知，標(biāo)準(zhǔn)土黏土礦物相對(duì)含量蒙脫土含量達(dá)99%，純度較高，并且不含干擾成分，較為理想。因此該標(biāo)準(zhǔn)土配制的鉆井液性能穩(wěn)定，抗溫性好。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)土礦物X-射線衍射圖

3.2 流變性能評(píng)價(jià)

為充分驗(yàn)證鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的流變性能，在各類基漿中，與原新疆夏子街標(biāo)準(zhǔn)土進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，詳見表6。結(jié)果表明，鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土與新疆土實(shí)驗(yàn)比對(duì)數(shù)據(jù)均滿足SY/T 5490—2016，該標(biāo)準(zhǔn)土質(zhì)量穩(wěn)定，能夠較好地代替原新疆夏子街標(biāo)準(zhǔn)土。

表4 標(biāo)準(zhǔn)土X-射線衍射分析結(jié)果

表5 標(biāo)準(zhǔn)土黏土礦物相對(duì)含量

表6 標(biāo)準(zhǔn)土和新疆土檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

3.3 抗溫性能評(píng)價(jià)

標(biāo)準(zhǔn)土主要用于鉆井液添加劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的基漿配制，需對(duì)其抗溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。將5組標(biāo)準(zhǔn)土樣品分別進(jìn)行常溫性能測(cè)試和150°C 高溫?zé)釢L后性能試驗(yàn)，結(jié)果見表7。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)土高溫后增稠效應(yīng)小，150°C高溫性能穩(wěn)定。

表7 標(biāo)準(zhǔn)土抗溫性能測(cè)試數(shù)據(jù)

3.4 復(fù)配性能評(píng)價(jià)

鉆井液用降濾失劑水解聚丙烯腈鹽具有良好的抑制性和降濾失性能[9]，同時(shí)還具有一定的降黏能力，能夠有效防止井壁坍塌，減少井下復(fù)雜情況，應(yīng)用廣泛[10-11]。因此，以水解聚丙烯腈鹽作為復(fù)配處理劑，對(duì)鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土適用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)Q/SY 1089—2009《鉆井液用降濾失劑水解聚丙烯腈鹽》指標(biāo)要求，鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土復(fù)配后性能數(shù)據(jù)見表8。結(jié)果表明，鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土復(fù)配效果良好，能夠滿足水解聚丙烯腈鹽各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)要求，適用性能較好。

表8 銨水解聚丙烯腈鹽復(fù)配性能

4 結(jié)束語

鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土是有效實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范鉆井液化學(xué)劑質(zhì)量檢測(cè)工作的基礎(chǔ)支撐。通過對(duì)國內(nèi)鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土應(yīng)用現(xiàn)狀分析，研究了國內(nèi)主要的天然礦物土礦源性能，優(yōu)選宣化礦源為鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的礦源。采取初步生產(chǎn)加工混拌、異地二次混拌、二次包裝的生產(chǎn)工藝，研發(fā)生產(chǎn)了性能好、礦源廣、成本低的鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土。

評(píng)價(jià)了鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的黏土礦物組成、流變性能、抗溫性能及復(fù)配性能。新研發(fā)的鉆井液試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土的黏土礦物總量高達(dá)70%以上，且黏土礦物蒙脫土相對(duì)含量達(dá)99%。具有較好的流變性能和抗溫性能，150°C熱滾后性能與熱滾前保持一致。試驗(yàn)重現(xiàn)性強(qiáng)，能夠較好地替代原新疆夏子街標(biāo)準(zhǔn)土，為有效規(guī)范鉆井液用化學(xué)劑領(lǐng)域的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和性能評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。