油基钻井液提切剂的复配研究

魏君，于洪江，肖志海，李明明

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

油基钻井液提切剂的复配研究

魏君，于洪江，肖志海，李明明

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

应用混料设计法研究了油基钻井液提切剂的配方，以动切力、低剪切动切力和塑性黏度为指标，得到了优化的提切剂配方组成为：油酸聚乙二醇单酯80.6%，异辛酸铝7.4%，软脂酸6.0%，肉豆蔻酸6.0%。热滚实验验证了加入该提切剂后钻井液流变性和悬浮性都得到改善。计算表明，该钻井液应选用赫巴模式来描述其流变性。

油基钻井液；提切剂；流变模式

油基钻井液具有抗高温、抗盐、井壁稳定性好、润滑性能好、对油气层损害较小等优点，是钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且在解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等方面有广泛应用。但油基钻井液切力小，难以悬浮重晶石[1，2]。因此，切力成为影响油基钻井液性能的关键流变性参数之一，影响携岩效果、重晶石的沉降等性能。在油基钻井液中加入增黏提切剂，适当控制切力，成为钻探深水井、高温高压井等复杂井的重要手段之一[3，4]。

钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，在钻井过程中有着十分重要的作用：（1）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；（2）悬浮岩屑与重晶石；（3）提高机械钻速；（4）保持井眼规则和保证井下安全。钻井液的某些流变参数还可用于钻井环空水力学的计算。钻井液的流变性质用流变方程来描述,不同的流变方程表征了不同的流变模式,目前，常用的流变模式有宾汉模式、幂律模式、赫-巴模式和卡森模式等。优选钻井液流变模式不仅对准确计算流变参数至关重要,而且对于钻井液性能的评价、钻井水力学参数的优选、井壁稳定和井眼净化能力的分析等均具有重要意义[5，6]。

本文研究了一种新型油基钻井液提切剂，并以此配制成油基钻井液，测试了其流变性能，计算了宾汉模式、幂律模式、赫-巴模式和卡森模式等各流变方程的参数，优选出适合该油基钻井液的流变模式。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

ZNN-D6S型六速旋转黏度计（青岛海通达专用仪器厂）；GJSS-B12K变频高速搅拌机（青岛海通达专用仪器厂）；JJ-1型精密增力电动搅拌器（常州国华电器有限公司）。

肉豆蔻酸（A.R.天津市博迪化工有限公司）；棕榈酸（A.R.天津市博迪化工有限公司）；油桂酸聚乙二醇酯（实验室自制）；异辛酸铝（实验室自制）。

1.2 实验内容

1.2.1 提切剂的配制提切剂配方由油酸聚乙二醇酯、异辛酸铝、肉豆蔻酸、棕榈酸4种成分组成，其中油酸聚乙二醇酯作为溶剂。该提切剂配方研究属于混料设计问题，响应（即指标，如钻井液评价中的切力）取决于这些分量（成分）的相对比率（其值介于0～100%之间）。成分的量（以重量、体积或某些其他单位来度量）相加后得出标准总量（一般为100%）。提切剂配方的混料设计方案见表1。

表1 提切剂配方组成Tab.1The formulation of the rheological control agent

1.2.2 钻井液的配制方法将白油240mL，高速搅拌加入9mL乳化剂，6g有机土，高速搅拌10min，缓慢加入60mL蒸馏水，6g Ca（OH）2，继续搅拌1h，制得实验基浆。按照表1方案配制的提切剂，加入到配制好的实验基浆中，用变频高速搅拌机高速搅拌30min，将搅拌后的钻井液用六速旋转黏度计测量流变性。

2 结果与讨论

2.1 油基钻井液性能测试及配方优化

提切剂能够提高油基钻井液的切力，改善钻井液的防沉降性能，但是塑性黏度的增量要小，以保证钻进速度。评价提切剂时测试的参数常见的有塑性黏度和动切力。要准确地评价油基钻井液的低剪切流变性，认为以φ3和φ6读值或低剪切速率动切力LSYP参数评价更准确

按1.2.2的方法配制钻井液，测定其流变性结果见表2。

表2 钻井液流变性测量值Tab.2Measurement of rheological properties of drilling fluids

对表1所示的提切剂混料设计方案，以塑性黏度PV、动切力YP和低剪切速率动切力LSYP为指标进行分析，并且希望YP、LSYP增加幅度大，PV的增加幅度小。因此，得到的优化的配方组成为：油酸聚乙二醇单酯80.6%，异辛酸铝7.4%，软脂酸6.0%，肉豆蔻酸6.0%。对上述优化配方根据模型预测，PV=10.5mPa·s，YP=3.3Pa，LSYP=2.7Pa。对优化配方进行验证实验，测定其流变性，计算的PV=8.0 mPa· s，YP=3.1Pa，LSYP=3.0Pa，与预测值基本吻合。

2.2 热滚试验

提切剂按优化配方，以1.2.2的方法配制钻井液进行热滚实验，120℃下滚动6h。分别在25和65℃测试流变性，试验数据见表3。

表3结果表明，加入提切剂后钻井液流变性和悬浮性都得到改善，LSYP和动切力增加幅度都较大，而塑性黏度增加幅度较小。

表3 热滚实验及流变性Tab.3Hot rolling experiments and rheological properties of drilling fluids

2.3 钻井液流变模式选择

提切剂按优化配方，以1.2.2的方法配制钻井液，测其流变性，测定结果见表4。

表4 优化配方流变性Tab.4Rheological properties of the optimized formulation of rheological control agent

宾汉模式、幂律模式、赫-巴模式和卡森模式是常见的4种钻井液流变模式，流变参数的计算往往采用两个范氏黏度计读数。此方法的简便易用，方便现场操作。由于采用了一种或几种范氏黏度读数，使系统误差增大，实验数据没有充分的利用，在有异常点的情况下往往误差较大。因此，本文采用线性回归的方法计算宾汉模式和卡森模式（需经过线性化变换），对幂律模式和赫-巴模式利用非线性回归的方法计算。计算结果列于表5。表中标准差按公式为测量值，为按表5中模型估算值。

表5 流变模式选择Tab.5Select rheological models

通过比较标准差s的大小可以衡量模型对原始实验数据拟合程度的大小，s值越小，拟合的越好，从而优选出合适的流变模式。赫-巴模式计算的标准差最小，可以确定该钻井液应选用赫-巴模式来描述其流变性。

3 结论

（1）由油酸聚乙二醇酯、异辛酸铝、肉豆蔻酸、棕榈酸4种成分组成的提切剂，加入到钻井液中，能够有效提高钻井液的动切力和低剪切动切力，而塑性黏度增加较小。

（2）以动切力、低剪切动切力和塑性黏度为指标，得到优化的提切剂配方组成为：油酸聚乙二醇单酯80.6%，异辛酸铝7.4%，软脂酸6.0%，肉豆蔻酸6.0%。

（3）热滚实验验证了加入提切剂后钻井液流变性和悬浮性都得到改善，低剪切动切力和动切力增加幅度都较大，而塑性黏度增加幅度较小。

（4）对钻井液的流变模式计算表明，该钻井液应选用赫巴模式来描述其流变性。

［1］Mas M，Tapin T.A new high temperature oil based drilling fluid［C］.SPE 53941，1999.

［2］舒福昌，岳前升，黄红玺等.新型无水全油基钻井液［J］.断块油气田，2008，15（3）：103-104.

［3］冯萍，邱正松，曹杰，等.国外油基钻井液提切剂的研究与应用进展［J］.钻井液与完井液，2012，29（5）：84-88.

［4］Jones，Cruise K.Oil-based drilling muds with increased viscosity［P］.EP：0922743 B1，2007-12.

［5］董书礼,鄢捷年.利用最小二乘法优选钻井液流变模式［J］.石油钻探技术，2000，（5）:27-29.

［6］鲁港,李晓光,陈铁铮，等.钻井液幂律模式非线性最小二乘参数估计的新算法［J］.钻井液与完井液,2007,（S1）：65-68；128-129.

Optimization of the formulation of rheological control agent for oil-based drilling fluid

WEI Jun，YU Hong-jiang，XIAO Zhi-hai，LI Ming-ming
（College of Chemistry and Chemical Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an710065,China）

The formulation of the oil-based drilling fluid rheological control agent has been obtained from mixture design,and the yield point,the shear yield point and the plastic viscosity are considered as index,the optimized formulation of rheological control agent is:80.6%of oleic acid ester of polyethylene glycol,7.4%of aluminum ethylhexanoate,6.0%of palmitic acid and 6.0%of myristic acid.From the hot rolling experiments we can know that the rheological and suspension properties of the oil-based drilling fluid with rheological control agent have improved.Calculations indicate that the rheological properties of this oil-based drilling fluid should be described with Herschel-Bulkely model.

oil-based drilling fluid；rheological control agent；rheological model

TE254.3

A

1002-1124（2014）11-0027-03

2014-09-02

魏君（1963-），男，汉族，陕西省西安市，高级工程师，1986年毕业于复旦大学化学系，理学学士，主要从事计算化学与油田化学方面的研究工作。