自制有机土在白油基钻井液中的应用

皇飞

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

自制有机土在白油基钻井液中的应用

皇飞

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

为解决传统钻井液中膨润土成胶率低的问题，该文以膨润土为原料，经提纯、钠化、有机化，自制了有机土，其在白油中的平均成胶率为74%。胶体稳定性实验表明，需在体系中添加质量分数为2%的凝胶剂以保证其胶体稳定性；抗温结果表明，本钻井液的抗温能力可达150℃；页岩滚动回收结果显示，回收率为93.27%，表明本钻井液不仅在页岩表面具有很强的吸附性能，还有很好的防塌性能；线性膨胀实验的膨胀率为14.27%，表明本钻井液在抑制页岩膨胀方面具有较好的性能。

膨润土；成胶率；有机土；稳定性

钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质[1-3]。按连续相不同可分为水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井流体等[4]。油基钻井液是一种以柴油、白油以及气制油等为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系[5]。相对于水基钻井液存在的在综合打井成本较高，废弃物处理困难，以及在某些地层遇水会立马变硬等缺点，油基钻井液已经成为解决泥页岩水化问题的主要技术[6]，同时在施工高难度深井、大斜度定向井、水平井以及处理各种复杂地层时得到广泛的应用。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

试剂：十六烷基三甲基溴化铵，天津市科密欧化学试剂开发中心，分析纯；白油，湖北泊润化工科技有限公司；气制油，南通信炜油品有限公司；柴油，上海瑞贝石化有限公司；焦磷酸钠，郑州邦诺化工产品有限公司；膨润土，南阳市宏发膨润土总厂；氟化钠，河南博特尔化工产品有限公司；凝胶剂，郑州郑亚化工产品有限公司。

仪器：ZNN-D6六速旋转黏度仪，青岛海通达专用仪器有限公司；NP-02型页岩膨胀测定仪，北京京晶科技有限公司。

1.2 实验方法

自制有机土：按照以下步骤自制有机土。

（1）提纯：将一定量的膨润土配制成质量分数为20%的泥浆，充分搅拌后静置12h，得上部的悬浮液，将一定量的焦磷酸钠加入此悬浮液中使其质量分数为1%，充分搅拌后静置12h，抽取上部悬浮液，即为提纯后产物。

（2）钠化：在上一步获得的悬浮液中加入与其同体积的水，再加入40g氟化钠，在分散机中钠化24 h，得钠化的膨润土悬浮液。

（3）有机化：将200g十六烷基三甲基溴化铵加入到上一步获得的钠化的膨润土悬浮液中，充分搅拌后，静置24h，以板框压滤机脱水，再将所得固体干燥、磨粉、过200目筛，即得自制有机土。

1.3 分析测试

1.3.1 自制有机土成胶率

取5份等质量的自制有机土分别配成质量分数为2%的溶液，再加入等质量的白油，充分混匀后，静置24 h，测量上部析出的白油质量，按下式计算成胶率。

成胶率=（悬浊液总质量-油析出质量）/悬浊液总质量×100%

1.3.2 滚动回收率

配制不同类型一定质量分数的钻井液，参照SY-T 5613—2000标准，进行滚动回收实验，计算回收率。

1.3.3 线性膨胀率

分别配制3种不同类型的钻井液，使用NP-02型页岩膨胀测定仪，测定6h内的膨胀量，计算膨胀率。

1.3.4 性能评价

采用自制有机土配制白油基钻井液，以六速旋转黏度计测定其AV（表观黏度）、PV（塑性黏度）、YP（动切力），并在0.7MPa压力下，参照API标准测定并记录7.5min的FL（滤失量）。

2 结果与讨论

2.1 自制有机土的成胶率

表1给出了4组自制有机土在白油中的成胶率。

表1 自制有机土在白油中的成胶率

由表1可知，4组平行实验中自制有机土在白油中的平均成胶率为74%，相比于未经提纯、钠化和有机化的膨润土10%左右的成胶率，自制有机土的成胶率有了很大的提高，符合钻井液体系对其性能的要求。

2.2 自制有机土胶体稳定性评价

表2给出了自制有机土的胶体稳定性评价结果。

表2 自制有机土胶体稳定性评价

由表2可知，自制有机土在老化后，胶体遭到破坏，说明其稳定性能不好，在加入质量分数为2%的凝胶剂后，其PV、AV和YP值有所提高，说明胶体稳定性很好。所以，为了保证自制有机土的胶体稳定性，还需加入质量分数为2%的凝胶剂以保证其效果。

2.3 抗温性能评价

考虑到本钻井液以白油为基液，自身的抗温性能较强，因此该体系可能适用于中、高温地层，评价测定温度范围90～180℃，老化时间24h，实验结果见表3。

由表3可知，在温度90～150℃范围内，包括FL在内的AV、PV和YP值变化都很小，但是当温度达到180℃时，各性能指标变化较为明显，意味着本钻井液体系在温度180℃下的抗温性能较差。而温度150℃已经能够满足钻井的需求，综合可知，本钻井液体系具有较好的抗温性能，且抗温能力可以达到温度150℃。

2.4 页岩滚动回收实验

页岩滚动回收率结果见表4。

表3 本钻井液抗温性能

表4 页岩滚动回收率结果

由表4可知，页岩在清水中的回收率仅为10.25%，在柴油钻井液及气制油钻井液中的回收率分别达到76.33%和81.16%，而本钻井液的回收率为93.27%，比清水、柴油钻井液以及气制油钻井液的回收率分别高出83.02、16.94和12.11百分点。结果表明本钻井液不仅在页岩表面具有很强的吸附性能，还有很好的防塌性能。

2.5 线性膨胀实验

对比考察自制有机土分别在本钻井液、气制油钻井液以及柴油钻井液中的线性膨胀性能，结果见图1。

图1 自制有机土在不同油基钻井液中膨胀率随时间变化曲线

由图1可知，在抑制膨胀方面，本钻井液＞气制油钻井液＞柴油钻井液。相对于柴油基钻井液380 min时27.35%的膨胀率，本钻井液膨胀率仅为14.27%，表明本钻井液在抑制页岩膨胀方面具有较好的性能。

3 结论

以膨润土为原料，经提纯、钠化、有机化，自制了有机土，其在白油中的平均成胶率为74%；胶体稳定性实验表明，需在体系中添加质量分数为2%的凝胶剂以保证其胶体稳定性；抗温结果表明，本钻井液抗温能力可达温度150℃；页岩滚动回收结果显示回收率为93.27%，表明本钻井液不仅在页岩表面具有很强的吸附性能，还有很好的防塌性能；线性膨胀实验在380min时的膨胀率仅为14.27%，表明本钻井液在抑制页岩膨胀方面具有较好的性能。

[1]鄢捷年，黄林基.钻井液优化设计与实用技术[M].东营：石油大学出版社，1993：235-236.

[2]徐同台，赵忠举，袁春.国外钻井液和完井液技术的新进展[J].钻井液与完井液，2004，,21（2）：1-11.

[3]舒福昌，岳前升，黄红奎，等.新型无水全油基钻井液[J].断块油气田，2008，15（3）：102-105.

[4]鄢捷年，李志勇，张金波.深井油基钻井液在高温高压下表观黏度和密度的快速预测方法[J].石油钻探技术，2005，33（5）：35-39.

[5]蓝强，苏长明，刘伟荣.乳液和乳化技术及其在钻井液完井液中的应用[J].钻井液与完井液，2006，23（2）：61-69.

[6]白小东，蒲晓林.国外保护储层的油基钻井完井液新技术研究与应用[J].精细石油化工进展，2005，6（12）：12-14.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.01.008

2016-11-07