皇飛
(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,陜西西安710065)
自制有機(jī)土在白油基鉆井液中的應(yīng)用
皇飛
(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,陜西西安710065)
為解決傳統(tǒng)鉆井液中膨潤土成膠率低的問題,該文以膨潤土為原料,經(jīng)提純、鈉化、有機(jī)化,自制了有機(jī)土,其在白油中的平均成膠率為74%。膠體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明,需在體系中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑以保證其膠體穩(wěn)定性;抗溫結(jié)果表明,本鉆井液的抗溫能力可達(dá)150℃;頁巖滾動(dòng)回收結(jié)果顯示,回收率為93.27%,表明本鉆井液不僅在頁巖表面具有很強(qiáng)的吸附性能,還有很好的防塌性能;線性膨脹實(shí)驗(yàn)的膨脹率為14.27%,表明本鉆井液在抑制頁巖膨脹方面具有較好的性能。
膨潤土;成膠率;有機(jī)土;穩(wěn)定性
鉆井液是鉆探過程中,孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)[1-3]。按連續(xù)相不同可分為水基鉆井液、油基鉆井液和氣體型鉆井流體等[4]。油基鉆井液是一種以柴油、白油以及氣制油等為分散介質(zhì),以加重劑、各種化學(xué)處理劑及水等為分散相的溶膠懸浮混合體系[5]。相對于水基鉆井液存在的在綜合打井成本較高,廢棄物處理困難,以及在某些地層遇水會(huì)立馬變硬等缺點(diǎn),油基鉆井液已經(jīng)成為解決泥頁巖水化問題的主要技術(shù)[6],同時(shí)在施工高難度深井、大斜度定向井、水平井以及處理各種復(fù)雜地層時(shí)得到廣泛的應(yīng)用。
1.1 儀器及試劑
試劑:十六烷基三甲基溴化銨,天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心,分析純;白油,湖北泊潤化工科技有限公司;氣制油,南通信煒油品有限公司;柴油,上海瑞貝石化有限公司;焦磷酸鈉,鄭州邦諾化工產(chǎn)品有限公司;膨潤土,南陽市宏發(fā)膨潤土總廠;氟化鈉,河南博特爾化工產(chǎn)品有限公司;凝膠劑,鄭州鄭亞化工產(chǎn)品有限公司。
儀器:ZNN-D6六速旋轉(zhuǎn)黏度儀,青島海通達(dá)專用儀器有限公司;NP-02型頁巖膨脹測定儀,北京京晶科技有限公司。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
自制有機(jī)土:按照以下步驟自制有機(jī)土。
(1)提純:將一定量的膨潤土配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的泥漿,充分?jǐn)嚢韬箪o置12h,得上部的懸浮液,將一定量的焦磷酸鈉加入此懸浮液中使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,充分?jǐn)嚢韬箪o置12h,抽取上部懸浮液,即為提純后產(chǎn)物。
(2)鈉化:在上一步獲得的懸浮液中加入與其同體積的水,再加入40g氟化鈉,在分散機(jī)中鈉化24 h,得鈉化的膨潤土懸浮液。
(3)有機(jī)化:將200g十六烷基三甲基溴化銨加入到上一步獲得的鈉化的膨潤土懸浮液中,充分?jǐn)嚢韬螅o置24h,以板框壓濾機(jī)脫水,再將所得固體干燥、磨粉、過200目篩,即得自制有機(jī)土。
1.3 分析測試
1.3.1 自制有機(jī)土成膠率
取5份等質(zhì)量的自制有機(jī)土分別配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的溶液,再加入等質(zhì)量的白油,充分混勻后,靜置24 h,測量上部析出的白油質(zhì)量,按下式計(jì)算成膠率。
成膠率=(懸濁液總質(zhì)量-油析出質(zhì)量)/懸濁液總質(zhì)量×100%
1.3.2 滾動(dòng)回收率
配制不同類型一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉆井液,參照SY-T 5613—2000標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn),計(jì)算回收率。
1.3.3 線性膨脹率
分別配制3種不同類型的鉆井液,使用NP-02型頁巖膨脹測定儀,測定6h內(nèi)的膨脹量,計(jì)算膨脹率。
1.3.4 性能評價(jià)
采用自制有機(jī)土配制白油基鉆井液,以六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定其AV(表觀黏度)、PV(塑性黏度)、YP(動(dòng)切力),并在0.7MPa壓力下,參照API標(biāo)準(zhǔn)測定并記錄7.5min的FL(濾失量)。
2.1 自制有機(jī)土的成膠率
表1給出了4組自制有機(jī)土在白油中的成膠率。
表1 自制有機(jī)土在白油中的成膠率
由表1可知,4組平行實(shí)驗(yàn)中自制有機(jī)土在白油中的平均成膠率為74%,相比于未經(jīng)提純、鈉化和有機(jī)化的膨潤土10%左右的成膠率,自制有機(jī)土的成膠率有了很大的提高,符合鉆井液體系對其性能的要求。
2.2 自制有機(jī)土膠體穩(wěn)定性評價(jià)
表2給出了自制有機(jī)土的膠體穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果。
表2 自制有機(jī)土膠體穩(wěn)定性評價(jià)
由表2可知,自制有機(jī)土在老化后,膠體遭到破壞,說明其穩(wěn)定性能不好,在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑后,其PV、AV和YP值有所提高,說明膠體穩(wěn)定性很好。所以,為了保證自制有機(jī)土的膠體穩(wěn)定性,還需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑以保證其效果。
2.3 抗溫性能評價(jià)
考慮到本鉆井液以白油為基液,自身的抗溫性能較強(qiáng),因此該體系可能適用于中、高溫地層,評價(jià)測定溫度范圍90~180℃,老化時(shí)間24h,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。
由表3可知,在溫度90~150℃范圍內(nèi),包括FL在內(nèi)的AV、PV和YP值變化都很小,但是當(dāng)溫度達(dá)到180℃時(shí),各性能指標(biāo)變化較為明顯,意味著本鉆井液體系在溫度180℃下的抗溫性能較差。而溫度150℃已經(jīng)能夠滿足鉆井的需求,綜合可知,本鉆井液體系具有較好的抗溫性能,且抗溫能力可以達(dá)到溫度150℃。
2.4 頁巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)
頁巖滾動(dòng)回收率結(jié)果見表4。
表3 本鉆井液抗溫性能
表4 頁巖滾動(dòng)回收率結(jié)果
由表4可知,頁巖在清水中的回收率僅為10.25%,在柴油鉆井液及氣制油鉆井液中的回收率分別達(dá)到76.33%和81.16%,而本鉆井液的回收率為93.27%,比清水、柴油鉆井液以及氣制油鉆井液的回收率分別高出83.02、16.94和12.11百分點(diǎn)。結(jié)果表明本鉆井液不僅在頁巖表面具有很強(qiáng)的吸附性能,還有很好的防塌性能。
2.5 線性膨脹實(shí)驗(yàn)
對比考察自制有機(jī)土分別在本鉆井液、氣制油鉆井液以及柴油鉆井液中的線性膨脹性能,結(jié)果見圖1。
圖1 自制有機(jī)土在不同油基鉆井液中膨脹率隨時(shí)間變化曲線
由圖1可知,在抑制膨脹方面,本鉆井液>氣制油鉆井液>柴油鉆井液。相對于柴油基鉆井液380 min時(shí)27.35%的膨脹率,本鉆井液膨脹率僅為14.27%,表明本鉆井液在抑制頁巖膨脹方面具有較好的性能。
以膨潤土為原料,經(jīng)提純、鈉化、有機(jī)化,自制了有機(jī)土,其在白油中的平均成膠率為74%;膠體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明,需在體系中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠劑以保證其膠體穩(wěn)定性;抗溫結(jié)果表明,本鉆井液抗溫能力可達(dá)溫度150℃;頁巖滾動(dòng)回收結(jié)果顯示回收率為93.27%,表明本鉆井液不僅在頁巖表面具有很強(qiáng)的吸附性能,還有很好的防塌性能;線性膨脹實(shí)驗(yàn)在380min時(shí)的膨脹率僅為14.27%,表明本鉆井液在抑制頁巖膨脹方面具有較好的性能。
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10.13752/j.issn.1007-2217.2017.01.008
2016-11-07