FK—1仿油性水基钻井液的室内研究

张川 高丽娜 宋元辉 赵海存 赵建

【摘要】油基钻井液因其成分中含有一定量的有毒有害物质，不能被生物所降解，会对环境造成污染，且成本高昂，故油基钻井液的使用范围和推广受到了限制。近期研究、试制出公司代号为FK-1的新型水基钻井液助剂。以该助剂为主要处理剂的钻井液具有优良的流变性、滤失性，较强的页岩抑制性。同时还兼具转化、维护处理简便的特点

【关键词】页岩 抑制 仿油性 水基钻井液 钻井液性能

1 FK-1的理化性能与机理

公司研究、试制出代号为FK-1的仿油性水基钻井液助剂。FK-1属葡萄糖衍生物，是多羟基、水溶性、低毒有机化合物。该物质由淀粉降解，双元催化剂作用下制得。实际产品为奶黄色、黄色。

FK-1分子结构上具有的亲水基团和亲油基团，在通过这些亲油基团，钻井液不但可以改善泥饼质量，降低泥包钻头，提高润滑性能，还可在一定程度上改變岩石的润 湿性。FK-1 分子结构中的K+的水化能较低，并具有合适的离子半径，能显著抑制泥页岩表面水化和晶层间水化，起到了泥页岩的防塌效果。而FK-1分子结构上的的亲水基团则可以吸附在井壁岩石和钻屑上。在井壁上或在井壁附近岩石孔隙及裂缝中的吸附，达到使岩石表面亲水性降低、不易吸水并有排水的作用，其结果不但可以降低水敏性地层的水化问题，而且还可以减轻由于储层粘土水化引起的储层伤害问题，从而有效阻止页岩的水化膨胀，保持井壁稳定。FK-1与MEG、甘油钻井液等钻井液一样需要加量达到一定量才能真正显示出类似油基钻井液的性能。

2 FK-1的性能评价2.1 对基浆性能影响

在4%的预水化好的膨润土浆中分别加入不同剂量的FK-1单剂，测量、记录材料对性能的影响。

从上述两图可以看出，和基浆相对比，不同浓度加量的FK-1单剂，钻井液老化前后的流变性变化不大，说明FK-1单剂具有良好的流变性。伴随加量增加，常温滤失量和高温高压滤失量呈现下降趋势，说明FK-1还具有一定的降滤失性。

2.2 FK-1单剂的页岩滚动回收率测定

取克拉玛依油田8区泥岩样本，在120℃的FK-1 钻井液中热滚16小时，计算岩屑回收率。结果显示，伴随FK-1单剂加量的增加，页岩的回收率随之增加，说明FK-1单剂的页岩抑制能力与加量成正比。当FK-1单剂加量达到7%后，抑制效果的增强趋势逐渐变缓。

2.3 FK-1润滑性能测试

在4%的预水化好的膨润土浆中分别加入不同剂量的FK-1单剂，用NZ粘滞系数测定仪分别测得不同浓度下的泥饼粘滞系数。在120℃下老化，分别利用E-P极压润滑仪分别测定不同浓度下的润滑性。结果显示，向基浆中加入FK-1单剂，钻井液的润滑性能得到改善，且伴随FK-1单剂加量的增加，钻井液的润滑性能更加增强。

2.4 FK-1单剂抗污染性能测试

在4%的预水化好的膨润土浆中加入7%的FK-1单剂，分别进行抗盐侵（15%的NaCl），抗石膏侵（2%的CaSO4），抗钙侵（1% 的CaCl2）试验。结果显示：加入7%的FK-1单剂后，钻井液在抗盐、抗钙抗石膏污染方面都具有一定的作用，钻井液性能得到了改善，同时还在一定程度上降低了钻井液滤失量。

2.5 FK-1加重试验

在4%的预水化好的膨润土浆中加入7%的FK-1进行加重实验，将钻井液常温静置24h后，测量其上下层密度分别加重至1.33 g/ cm3、1.41g/cm3和1.55g/cm3。

结果显示：加入7%的FK-1单剂后，在不同密度下，钻井液悬浮稳定性基本能满足加重至1.55 g/cm3，且其上下层密度差也小于2%。伴随密度的升高，钻井液呈现密度差逐渐大趋势。

综上所述，FK-1单剂具有较好的页岩抑制能力和润滑性能，通过FK-1的加入，钻井液性能得到显著改善。在室内研究过程中，钻井液性能优化结果随FK-1加量成正比。但出于时间、经济等因数考虑，目前使用不低于7%加量。当加量超过10%后，FK-1可视为性能优良的润滑剂。

3 FK-1的钻井液体系配方评价3.1 FK-1钻井液体系配方确定

室内试验将F K-1加量暂定7%，配伍其他化工材料进行一系列优选试验后，确定钻井液配方：4%的膨润土浆+7%FK-1+0.4%CMC+0.7聚合物降滤失剂+0.3%聚合物降滤失剂+3%SMP-1+3%LS-1+2%QCX-1+1%WC-1+重晶石+0.2%XY-27+0.2%KOH。

3.2 FK-1钻井液体系抑制性能评价

取50克克拉玛依油田8区泥岩样本，再倒入350ml钻井液入老化罐，在120℃，热滚16小时，计算岩屑回收率。结果显示：FK-1单剂与辅助化工材料配伍良好，该体系配方岩屑回收率远高于FK-1单剂的岩屑回收率74.1%。

3.3 FK-1钻井液体系抗盐、钙、石膏性能评价

通过对实验数据分析，加入4% CaSO4后，钻井液体系的性能基本稳定，但AV、PV、Gel、FL都在升高。当加入10%NaCl后，体系仍具有良好的流变性，失水增加，粘切下降。当加入10%劣质土污染，失水减小，粘切上升，但体系仍具有良好的流变性。基本可以满足钻井施工需要。

4 结论与认识

（1）FK-1具有良好的抑制性能，同时还兼具润滑性能。

（2）FK-1仿油基钻井液体系具有良好的配伍性，体系配方简单，转化方便，维护方便。

（3）以FK-1为主剂的FK-1仿油基钻井液体系稳定，抗盐、钙及石膏污染能力强。

参考文献

[1] 张培成，吴铭，张俊甫.烷基葡萄糖苷的合成及其性能[J].精细化工，1992

[2] 松村秀一.糖质系界面活性剂的制造和功能[J].表面，1992