钻井液用磺化沥青抑制性评价方法分析与探讨

2013-09-07张丽华郭明红李秀妹李景涛

石油工业技术监督 2013年8期

张丽华郭明红李秀妹李景涛

1.中国石油渤海钻探工程技术研究院华北分院（河北任丘 062552）

2.中国石油渤海钻探井下作业分公司第二试油工程作业部（河北任丘 062552）

沥青类产品是钻井液处理剂中的一大类，使用范围和用量都相当可观（不计算土粉、重晶石类基础材料情况下，沥青类产品在钻井液处理剂中所占比例接近20%）。磺化沥青作为沥青类处理剂中应用最广的一种产品，其包括粉状（如:FT-1）和膏状（如:SAS）[1,2]。在国内外钻井液材料与处理剂的分类中，磺化沥青类处理剂均归为抑制剂类[3]，但是抑制性作为磺化沥青的一项重要性能，其测试方法还不统一或者不完善，不同的标准采用的方法也不尽相同，分别有使用 “塑性黏度和动切力降低率”（黏度法）、“页岩膨胀降低率”（线性膨胀法）、“页岩回收率”（分散回收法）等进行表征的，这几种方法所得结果有较大出入[4]。从磺化沥青自身产品特征和其抑制井壁垮塌的机理进行分析，提出了采用“线性膨胀法”和“动态封堵法”相结合的方式来对磺化沥青产品抑制井壁垮塌进行评价的新思路。

1 室内实验

1.1 实验材料及仪器

材料:粉状磺化沥青FT-1，膏状磺化沥青SAS，评价土，纯碱等材料。

仪器:ZNN-D6S型六速旋转黏度计，NP-01A型页岩膨胀测试仪，CJSS-B12K高频高速搅拌机，XGRL-4型高温滚子加热炉，JHDS-Ⅱ型高温高压动态失水测试仪，JH-Ⅱ岩心渗透率梯度测试仪。

1.2 实验方法

（1）塑性黏度和动切力降低率测定[5]:采用ZNN-D6S型六速旋转黏度计，分别测定基浆（6%膨润土浆）和试样浆塑性黏度和动切力，计算其降低率。

（2）页岩膨胀降低率测定[6]:采用NP-01A型页岩膨胀测试仪，分别测定人工岩心在清水和磺化沥青水溶液中浸泡8h后的线性膨胀量，计算其膨胀量降低率。

（3）页岩回收率测定[7]:称取2份40g页岩岩屑（6～10目），分别放入装有清水和磺化沥青水溶液的高温罐中，在120℃高温滚子炉中滚动16h，冷却之后取出用40目筛网清洗，烘干，称重，分别计算页岩岩屑在两种液体中的回收率。

（4）动态封堵效率测试[8]:采用JH-Ⅱ岩心渗透率梯度测试仪正向驱替测试人工岩心原始渗透率K0，然后采用JHDS-Ⅱ型高温高压动态失水测试仪测试试样浆动态失水量FL，再采用JH-Ⅱ岩心渗透率梯度测试仪正向驱替测试人工岩心封堵之后渗透率 K1，计算封堵效率（K0-K1）/K0。

2 结果与讨论

实验分别采用 “黏度法”、“线性膨胀法”、“分散回收法”和“动态封堵法”4种方法对粉状和膏状磺化沥青抑制性进行评价，对实验结果进行分析讨论，对比各种评价方法的优缺点，并提出建议。

2.1 “黏度法”表征磺化沥青抑制性

分别测定基浆（6%膨润土浆）、基浆+1%粉状磺化沥青FT-1、基浆+2%粉状磺化沥青FT-1、基浆+2%膏状磺化沥青SAS和基浆+4%膏状磺化沥青SAS的流变参数，计算各试样浆相对于基浆的塑性黏度和动切力降低率，实验结果见表1。

表1 “黏度法”表征磺化沥青抑制性实验结果

从表1中的实验数据可以看出，基浆中加入磺化沥青之后，塑性黏度和动切力不但没有降低反而有所升高，并且塑性黏度和动切力的变化与与磺化沥青的加量没有直接量化关系，可见“黏度法”不适用于表征磺化沥青类产品的抑制性。

2.2 “线性膨胀法”表征磺化沥青抑制性

分别测定人工岩心在清水、水+1%粉状磺化沥青FT-1、水+2%粉状磺化沥青FT-1、水+2%膏状磺化沥青SAS和水+4%膏状磺化沥青SAS中浸泡8h后的线性膨胀量，计算各试样相对于清水的膨胀量降低率，实验结果见表2。

从表2中的实验数据可以看出，人工岩心在磺化沥青水溶液中的线性膨胀量相对清水降低率较小，且随着磺化沥青加量增大其线性膨胀量降低率变化幅度不大，可见“线性膨胀法”在表征磺化沥青类产品抑制性方面存在误差大、重复性差等不足。

2.3 “分散回收法”表征磺化沥青的抑制性

分别测定华北油田家59井岩屑（6～10目）在清水、水+1%粉状磺化沥青FT-1、水+2%粉状磺化沥青FT-1、水+2%膏状磺化沥青SAS和水+4%膏状磺化沥青SAS中的滚动回收率，实验结果见表3。

从表3中的实验数据可以看出，清水中加入磺化沥青之后岩屑滚动回收率显著升高，且随着磺化沥青加量的增大，其中岩屑滚动回收率也明显升高。实验结果表明，“分散回收法”表征磺化沥青抑制性相对比较准确，但是该法所使用的岩屑没有标准物资且难以收集，严重影响了该法的推广应用。

表2 “线性膨胀法”表征磺化沥青抑制性实验结果

表3 “分散回收法”表征磺化沥青抑制性实验结果

2.4 “动态封堵法”表征磺化沥青抑制性

前面3种方法在表征磺化沥青的抑制性方面均存在一些不足之处，因此有必要从其抑制机理来深入研究其抑制性评价方法。一般认为其抑制机理:是溶于水的磺酸根阴离子基团通过化学作用吸附在粘土颗粒或页岩边缘，形成具有一定强度的水化膜，阻止自由水进入泥页岩，抑制粘土膨胀和页岩分散，起稳定井壁的作用[3]。但是，笔者认为，磺化沥青的抑制性主要是封堵作用，磺酸根阴离子基团的吸附作用是次要的。因此，提出采用“动态封堵法”来表征磺化沥青的抑制性，该法通过测定试样在人工岩心中的高温高压动态量及试样对岩心的封堵效率两个参数来进行表征。相比较常规高温高压失水而言，高温高压动态失水不仅可以表征试样的封堵效果，而且可以反映出泥饼的抗冲刷强度。

分别测定基浆（6%膨润土浆）、基浆+1%粉状磺化沥青FT-1、基浆+2%粉状磺化沥青FT-1、基浆+2%膏状磺化沥青SAS和基浆+4%膏状磺化沥青SAS的高温高压动态失水量及各试样对人工岩心的封堵效率（表4）。

从表4中的实验数据可以看出，基浆中加入磺化沥青抑制剂之后高温高压动态失水量明显减小，封堵效率明显提高，且随着磺化沥青加量逐渐增大，高温高压动态失水量和封堵效率变化幅度也增大。可见，磺化沥青抑制剂不仅能够提高钻井液封堵能力，而且能够有效提高泥饼抗冲刷强度，从而达到提高井壁稳定性的效果。