水溶性钻井液加重剂的研制及性能评价初探

田惠，刘音，赵雷，张璐洋

（1.中国石油渤海钻探工程技术研究院，天津300457；2.渤海钻探第五钻井工程分公司，河北河间062465）

水溶性钻井液加重剂的研制及性能评价初探

田惠1，刘音1，赵雷1，张璐洋2

（1.中国石油渤海钻探工程技术研究院，天津300457；2.渤海钻探第五钻井工程分公司，河北河间062465）

针对常用非溶性惰性加重剂使高密度钻井液体系固相含量增加，流变性变差，制约机械钻速提高的问题，开发了高性能水溶性钻井液加重剂RSW1、RSW2。20℃时，RSW1饱和溶液密度为1.33 g/cm3，RSW2饱和溶液密度为1.56 g/cm3，两产品抑制性能和抗盐性能均较好。与目前市场上用量较大的水溶性加重剂Weigh2和Weigh3相比，RSW1、RSW2就单剂基本性能与其溶液密度、抑制性能和抗盐性能相当，甚至略好；体系性能、生物毒性及环保等性能还在进一步评价中。

水溶性钻井液加重剂；RSW1；RSW2；页岩膨胀降低率；岩屑滚动回收率

近年来，随着勘探开发向深部地层发展，钻遇的深井、超深井、高压井的数量越来越多。为满足钻井工程需要，要求钻井液密度合适，流变性好，抑制性强，滤失造壁性好[1]。常用的重晶石、石灰石和铁矿粉等非溶性惰性加重材料虽然能使钻井液的密度达标，但却使钻井液体系固相含量过高，流变性变差，制约机械钻速提高，腐蚀钻具，甚至对油气层产生影响，导致作业成本增加[2，3]。

1993年至今，以水溶性加重剂为主剂的有机盐钻井液体系在全世界已应用几百口井，并取得良好效果。国内水溶性加重剂应用较广泛的是培康佳业技术有限公司的Weigh2和Weigh3，但售价较高，增大生产成本。

因此迫切需要自主研究一种高性能的水溶性钻井液加重剂，解决井眼、成本、防腐及环保之间的矛盾。

1 实验部分

1.1 主要药剂与仪器

高性能水溶性钻井液加重剂RSW1、RSW2、北京培康佳业技术发展有限公司水溶性有机盐加重剂Weigh2、Weigh3、钙膨润土、岩屑、氯化钠、氯化钙、氯化镁等试剂均为工业级；实验用水为去离子水。

精密电子天平、磁力搅拌器、NP-01页岩膨胀测试仪、电热鼓风干燥箱、5轴高温辊子加热炉。

1.2 实验方法

（1）高性能水溶性钻井液加重剂RSW1、RSW2的制备：产品由主剂和副剂共混而得，其中主剂是钾、钠、胺等有机酸盐、有机酸季铵盐的混合物；副剂是钾、钠、胺的天然高分子改性后得到的产物[4]。

（2）加重剂加量与水溶液密度关系：配制不同加量的加重剂溶液，称量10 mL溶液的质量，并由此计算该加量下水溶液的密度。

（3）页岩膨胀降低率的测定。配制几种加重剂的饱和溶液（20℃），测定其浸泡岩心8 h的线性膨胀量，并计算页岩膨胀降低率。

（4）岩屑滚动回收率的测定：所用岩屑为滨深某井，3 228 m~3 546 m井段岩屑。配制几种加重剂的饱和溶液，120℃/16h老化后，测定岩屑滚动回收率。

（5）饱和溶液抗盐性的测定：配制几种加重剂的饱和溶液，分别加入氯化钠、无水氯化钙和氯化镁，测定几种盐在饱和溶液中的最大溶解度。

2 结果与讨论

2.1 加重剂加量与水溶液密度的关系

几种水溶性加重剂加量与水溶液密度的关系（20℃）（见表1、表2）[5]。当加量相同时，RSW1溶液与Weigh2溶液的密度几乎相同，饱和溶液密度均达1.35 g/cm3；RSW2溶液与Weigh3溶液的密度几乎相同，饱和溶液密度分别达1.55 g/cm3和1.56 g/cm3。

表1 RSW1、Weigh2加量与水溶液密度（20℃）关系

表2 RSW2、Weigh3加量与水溶液密度（20℃）关系

2.2 抑制性能评价

通过页岩膨胀降低率和岩屑滚动回收率两种方法来表征几种水溶性加重剂的抑制性能。

2.2.1 页岩膨胀降低率几种水溶性有机盐饱和溶液浸泡岩心8 h的线性膨胀量及页岩膨胀降低率（见表3）。饱和RSW1溶液浸泡岩心8 h的线性膨胀量为8.91 mm，岩心膨胀降低率为36.13%；Weigh2饱和溶液的为8.70 mm和37.63%，两者差异很小，几乎相同。饱和RSW2溶液浸泡岩心8 h的线性膨胀量为8.12 mm，岩心膨胀降低率为41.79%；Weigh3饱和溶液的为9.09 mm和34.84%，RSW2饱和溶液的抑制性明显优于Wejgh3。

2.2.2 岩屑滚动回收率几种水溶性加重剂饱和溶液120℃/16h老化后，岩屑的滚动回收率（见表4）。120℃/16h老化后，RSW1饱和溶液的岩屑滚动回收率为49.70%，Weigh2为41.58%，前者抑制性明显优于后者；RSW2饱和溶液的岩屑滚动回收率为67.61%，Weigh3为59.96%，前者抑制性也明显优于后者。这与页岩膨胀降低率的结果稍有出入。分析原因可能是：温度升高使RSW1与RSW2中某些组分的抑制效果或几种组分的协同抑制效果增强。

表3 几种水溶性有机盐饱和溶液浸泡岩心8 h的岩心线性膨胀量及页岩膨胀降低率

表4 几种水溶性加重剂饱和溶液120℃/16 h老化后岩屑滚动回收率

为了验证该分析的正确性，将120℃/16h老化后的饱和溶液取滤液，继续做页岩膨胀实验，结果（见表5）。120℃/16h老化后，RSW1、Weigh2和RSW2浸泡岩心8 h线性膨胀量较常温均有所下降，页岩膨胀降低率也有所上升；而Weigh3的几乎没变，这说明之前的分析正确，而且温度升高后RSW1与RSW2的抑制性增强。

2.3 饱和溶液抗盐性

配制几种水溶性加重剂的饱和溶液，分别加入氯化钠、无水氯化钙和氯化镁，测定几种盐在饱和溶液中的最大溶解度，结果（见表6）。几种水溶性加重剂饱和溶液的抗盐率几乎相当。

表5 几种水溶性有机盐饱和溶液120℃/16h老化后浸泡岩心8 h的岩心线性膨胀量及页岩膨胀降低率

表6 几种盐在水溶性加重剂饱和溶液中的最大溶解度（20℃）

3 结论与认识

（1）研制了高性能水溶性钻井液加重剂RSW1、RSW2，对其溶液密度、抑制性和抗盐性进行了评价。20℃时，RSW1饱和溶液密度为1.35 g/cm3，RSW2饱和溶液密度为1.56 g/cm3，两产品抑制性能和抗盐性能均较好。

（2）与目前市场上用量较大的水溶性加重剂Weigh2和Weigh3相比，RSW1、RSW2就单剂基本性能与其溶液密度、抑制性能和抗盐性能相当，甚至略好。

（3）RSW1、RSW2在有机盐钻井液体系的性能及生物毒性、环保等性能还在进一步评价中。

［1］匡韶华，蒲晓林，柳艳丽.超高密度水基钻井液滤失造壁性控制原理［J］.钻井液与完井液，2010，27（5）：8-11.

［2］黄维安，等.高密度钻井液加重剂的研究［J］.国外油田工程，2010，26（8）：37-40.

［3］王琳，林永学，杨小华，等.不同加重剂对超高密度钻井液性能的影响［J］.石油钻探技术，2012，40（3）：48-53.

［4］培康佳业技术发展有限公司.有机盐（Weigh）钻井液、完井液技术［G］.2012：4-5.

Preparation and performance evaluation of water soluble drilling fluid weighting agent

TIAN Hui1，LIU Yin1，ZHAO Lei1，ZHANG Luyang2
（1.Engineering Technology Research Institute，BHDC，Tianjin 300457，China；2.The Fifth Drilling Engineering Branch，BHDC，Hejian Hebei 062465，China）

Adding of the insoluble weighting agents increase the solid content of the drilling fluid system,worsen rheological performances,and restrict the increase of ROP.Aimd at these outstanding problems,new soluble weighting agents RSW1,RSW2were developed.Lab evaluation tests showed that the density of RSW1saturated solution was 1.33 g/cm3,and RSW2was 1.56 g/cm3in 20℃.Their inhibition performances and salt resistances were both very good.Compared with soluble weighting agents Weigh2and Weigh3used at present,the solution densities,inhibition performances and salt resistances were almost equal,or even better in some aspects.System performances,biological toxicity and environmental performances are still testing,and dates will publish later on.

water soluble drilling fluid weighting agent；RSW1；RSW2；shale expansion reduction percentage；cutting roller recovery

TE254.1

A

1673-5285（2017）02-0152-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.037

2016－10-14

2017－02-13

田惠，女（1982-），硕士研究生，主要从事钻井液方面的研究工作，邮箱：th0409.student@sina.com。