水基钻井液用防塌封堵剂封堵效果实验研究

曹成，蒲晓林，王贵，赵正国，李茜，黄桃

(1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500;2.中国石油西南油气田分公司 采气工程研究院，四川 广汉 618300)

泥页岩井壁稳定问题是钻井工程中普遍存在并且非常严重的问题，防塌钻井液技术一直是泥页岩井壁稳定技术的重要研究方向［1-3］。防塌封堵剂是构成防塌钻井液的基础，室内实验和现场实践均表明，防塌封堵剂的类型与加量对封堵作用效果具有显著影响［4］。合理的防塌封堵剂及复配有利于充分发挥各种封堵剂的作用，实现封堵性能的最优化。因此，研究防塌封堵剂封堵作用效果对高效利用防塌钻井液技术具有重要的工程实际意义。现有防塌钻井液技术多集中于处理剂的研制及其工程应用方面，关于各种防塌封堵剂封堵作用效果的系统研究的报道并不多见［5-13］。

为了研究防塌封堵剂封堵作用效果，针对水基钻井液用防塌封堵剂，笔者开展了评价封堵剂封堵作用效果的室内实验，通过测量高温高压失水量随时间的变化规律，获得水基钻井液用最优封堵配方。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

沥青类封堵剂:乳化沥青、氧化沥青、磺化沥青、白沥青均为工业品;刚性颗粒封堵剂:超细碳酸钙(1 000 目)、超细二氧化硅(1 000 目)、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅均为工业品;其它封堵剂:乳化石蜡、聚乙二醇(20 000 分子量)均为工业品;十八烷基胺为分析纯。

DFC-0705 型高温高压失水仪;BRGL-7 型变频滚子加热炉。

1.2 实验方法

实验基浆为固相含量为4%的预水化膨润土浆+1%SMP-2。以基浆+一定浓度封堵剂作为封堵型钻井液。采用高温高压静失水评价法进行评价。①将一定浓度的封堵剂加入基浆中，搅拌均匀后放入滚子加热炉中，在120 ℃条件下老化16 h，取出滚筒，冷却至室温，将钻井液倒出再次搅拌均匀;②按照相关标准在高温高压静失水仪上进行操作实验，实验温度设定为120 ℃，压差设定为3.5 MPa，分别记录一定时间的累计失水量。

2 结果与讨论

2.1 封堵剂单剂评价

沥青类封堵剂、刚性颗粒封堵剂以及其它封堵剂的高温高压失水量随时间的变化，见图1 ～图3。

图1 沥青类封堵剂封堵效果Fig.1 Sealing performance of asphalt

图2 刚性颗粒封堵剂封堵效果Fig.2 Sealing performance of rigidity particle

图3 其它封堵剂封堵效果Fig.3 Sealing performance of other materials

由图1 可知，与基浆相比，沥青类封堵剂在10 min后滤失量的增加幅度明显减小，具有一定的封堵效果，其中乳化沥青的瞬时滤失小，总的滤失量小，封堵效果最优。

由图2 可知，超细碳酸钙的高温高压滤失量最小，滤失量趋于恒定所用时间最短，封堵效果最优。

由图3 可知，十八烷基胺的高温高压滤失量最大，聚乙二醇次之。乳化石蜡的高温高压滤失量最小，且瞬时滤失量最小，封堵效果最优。因此，选择乳化沥青、超细碳酸钙、乳化石蜡进行封堵剂复配优化。

2.2 封堵剂复配优化

现场应用中一般采用1 ～2 种封堵剂，因而将3种封堵剂两两组合，分为3 组，分别采用2 因素5 水平均匀设计表U5(53)进行实验［14］，结果见图4 ～图7。

由图4 可知，3%A +2%B 即3%乳化沥青+2%乳化石蜡的瞬时滤失小，总的滤失量小，10 min后滤失量的增幅较小，封堵效果最优。

由图5 可知，4%B +4%C 即4%乳化石蜡+4%超细碳酸钙的高温高压滤失量最小，并且该配方滤失量趋于恒定的时间最短，封堵效果最优。

图4 乳化沥青(A)与乳化石蜡(B)组合的封堵效果Fig.4 Sealing performance of the combination of emulsify asphalt and emulsify wax

图5 乳化石蜡(B)与超细碳酸钙(C)组合的封堵效果Fig.5 Sealing performance of the combination of emulsify wax and ultrafine calcium carbonate

图6 超细碳酸钙(C)与乳化沥青(A)组合的封堵效果Fig.6 Sealing performance of the combination of ultrafine calcium carbonate and emulsify asphalt

图7 3 种较优组合的封堵效果Fig.7 Sealing performance of the three combination

由图6 可知，3%C+2%A 即3%超细碳酸钙+2%乳化沥青的瞬时滤失小，总的滤失量小，10 min后滤失量几乎没有增幅，封堵效果最优。

由图7 可知，3 种较优组合中，3%超细碳酸钙+2%乳化沥青的高温高压滤失量最小，并且该配方滤失量趋于恒定所用时间最短，封堵效果最优，为水基钻井液用最佳封堵配方。

3 结论

(1)沥青类封堵剂中乳化沥青的封堵效果最优，刚性颗粒封堵剂中超细碳酸钙(1 000 目)的封堵效果最优，其它封堵剂中乳化石蜡的封堵效果最优。

(2)复配封堵剂较单一封堵剂的封堵效果更优，其中3%超细碳酸钙(1 000 目)+2%乳化沥青为水基钻井液用最优封堵剂配方。

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