王旭東

(中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營 257000)

與水基鉆井液相比，油基鉆井液在熱穩(wěn)定性、降濾失性、潤滑性以及泥頁巖穩(wěn)定性等方面更具優(yōu)勢，在復(fù)雜地層、深層/超深層和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆探中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。根據(jù)所使用基礎(chǔ)油的不同，油基鉆井液可分為：柴油基鉆井液、白油基鉆井液和合成基鉆井液。合成基鉆井液體系采用合成基基礎(chǔ)油為連續(xù)相，其生物毒性測試顯示，EC50數(shù)值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10000mg/L，是一種無害化環(huán)保的鉆井液體系。和柴油/白油基鉆井液相比，合成基鉆井液鉆井性能基本相當(dāng)，但是環(huán)保性能更為顯著，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景[2-3]。目前合成基鉆井液使用有機(jī)土作為增粘提切劑，體系中固相含量高，高度分散的固相顆粒很容易侵入儲層，降低儲層滲透率，儲層傷害顯著，特別是在水平井中，這一現(xiàn)象更為明顯；此外，高的固相含量不利于提高機(jī)械鉆速[2-7]。

和常規(guī)的合成基鉆井液相比，無土相的合成基鉆井液可以有效降低固相侵入對地層的影響，顯著提高油層保護(hù)效果，大幅降低循環(huán)滲漏，有效提高機(jī)械鉆速，并且有利于清潔井眼。本文研制了一種適合合成基基礎(chǔ)油使用的流型調(diào)節(jié)劑，形成了一套無土相合成基鉆井液體系，為合成基鉆井液的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

1 流型調(diào)節(jié)劑的研制

流型調(diào)節(jié)劑是無土相合成基鉆井液的核心處理劑，通過流型調(diào)節(jié)劑來代替有機(jī)土，一方面可以降低固相含量，防止固相侵入對儲層的傷害，另一方面通過提高流型調(diào)節(jié)劑的抗溫性能可有效解決有機(jī)土的高溫稠化問題。

1.1 制備方法

將一定量的二聚酸和多元醇胺加入到燒瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，在一定溫度下反應(yīng)6h后，加入多乙烯多胺，進(jìn)行適度交聯(lián)，繼續(xù)反應(yīng)3h后停止反應(yīng)，除去多余的溶劑，冷卻后所的產(chǎn)物即為研制的流型調(diào)節(jié)劑，代號為：SLTJ-1。

1.2 作用原理

所研制的流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1具有親油的主鏈，在合成基基礎(chǔ)油充分舒展，保證其在合成基中具有較好、較快的溶解性，同時在分子結(jié)構(gòu)中引入了酰胺基、羥基等親水基團(tuán)。親油的烷基鏈通過締合作用形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)增粘提切，酰胺基、羥基等親水基團(tuán)通過氫鍵與其他基團(tuán)相互作用提高了體系的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增大體系的動切力和凝膠強(qiáng)度。

此外，流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1分子進(jìn)行可適度交聯(lián)，只有當(dāng)溫度高到分解溫度以上，才會破壞交聯(lián)后的分子結(jié)構(gòu)，提高了其抗溫性能。

2 流型調(diào)節(jié)劑的評價

2.1 流型調(diào)節(jié)劑在合成基基礎(chǔ)油中的性能評價

流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1在合成基基礎(chǔ)油中的性能評價詳見表1。由表1的數(shù)據(jù)可知，SLTJ-1可有效提高基礎(chǔ)油的粘度和切力，隨著SLTJ-1加量的增加，體系的塑性粘度、動切力和靜切力均有較大幅度的上升，當(dāng)加量為1.5%時已經(jīng)有很好的效果，繼續(xù)增加SLTJ-1的加量，體系粘度和切力的增幅減小，因此SLTJ-1最優(yōu)加量為1.5%。

表1 流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1在合成基基礎(chǔ)油中的性能評價

2.2 流型調(diào)節(jié)劑抗溫能力評價

將加入流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1(加量：1.5%)的合成基基礎(chǔ)油倒入高溫老化罐中，在一定溫度下老化16h，之后測試其流變性能，可以評價流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1的高溫穩(wěn)定性。

流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1抗溫性能評價結(jié)果見表2。由表2的數(shù)據(jù)可知，隨著老化溫度的升高，SLTJ-1的性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這是因?yàn)楫?dāng)老化溫度低于150 ℃時，溫度升高促進(jìn)了流型調(diào)節(jié)劑在基礎(chǔ)油中的溶解，增強(qiáng)了SLTJ-1形成的空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1的分子結(jié)構(gòu)遭到部分破壞，其性能有所下降，老化溫度為180℃時，含有SLTJ-1的合成基基礎(chǔ)油仍然能夠保持較好的流變性能，說明其抗溫性能達(dá)到180℃，當(dāng)老化溫度升高至200℃時，SLTJ-1的分子結(jié)構(gòu)完全遭到破壞，已經(jīng)不能起到增黏提切的作用了。

表2 流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1的抗溫性能評價

3 無土相合成基鉆井液

3.1 無土相合成基鉆井液的基礎(chǔ)配方

在研制流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1的基礎(chǔ)上，優(yōu)選其他處理劑(乳化劑、降濾失劑、潤濕劑、抗高溫封堵劑等)，建立了無土相合成基鉆井液基礎(chǔ)配方：合成基基礎(chǔ)油(320 mL)+20%的CaCl2水溶液80 mL+1.5%流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1+2%～3%乳化劑+3%～4%降濾失劑+3%～5%潤濕劑+1%～2%封堵劑+2%的堿度調(diào)節(jié)劑(CaO)+重晶石(鉆井液體系密度范圍1.5～2.0 g/cm3)。

3.2 無土相合成基鉆井液的基本性能

測試了無土相合成基鉆井液的流變性能、電穩(wěn)定性、抗溫性能以及高溫高壓濾失量(FLHTHP，150℃，3.5 MPa)，并和有土相合成基鉆井液體系的性能進(jìn)行了對比。無土相合成基鉆井液的性能詳見表3。

表3 無土相合成基鉆井液的性能(50℃)

由表3 的數(shù)據(jù)可知，研制的無土相合成基鉆井液在180 ℃老化16 h之后體系的性能變化不大，說明該體系具有較強(qiáng)的抗溫能力，能抗180 ℃的高溫；在較寬的溫度范圍內(nèi)(50～180 ℃)該體系塑性粘度和動切力維持在較好的水平上，動塑比在0.15～0.19之間，說明該體系具有良好的流變性能，有利于高密度鉆井液體系的穩(wěn)定和攜巖；老化前后該體系的高溫高壓濾失量可以控制在7 mL以下，能夠滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。

通過和有土相合成基鉆井液的性能對比可知：無土相合成基鉆井液老化前后塑性粘度較低，有利于機(jī)械鉆速的提高，并且動切力和動塑比較高，有利于高密度鉆井液體系的穩(wěn)定和清潔井眼，此外，無土相合成基鉆井液高溫老化前后的性能變化較小，有利于現(xiàn)場施工時鉆井液性能的控制。

3.3 儲層保護(hù)效果評價

對無土相合成基鉆井液的儲層保護(hù)效果進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)采用DW-III動態(tài)污染儀模擬鉆井條件對巖心(人造巖心)進(jìn)行了動態(tài)污染實(shí)驗(yàn)，并與有土相合成基鉆井液體系進(jìn)行了對比，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 幾種鉆井液體系動態(tài)污染實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

注： Ko為污染前的滲透率；Kd為污染后的滲透率；鉆井液密度：2.0g/cm3

試驗(yàn)結(jié)果說明：無土相合成基鉆井液體系滲透率恢復(fù)值在96%以上，巖心污染端面泥餅致密，動濾失量最?。挥捎隗w系中不含有機(jī)土，可進(jìn)一步降低鉆井液對儲層的損害，更好地滿足儲層保護(hù)的要求。

3.4 抗污染能力評價

對無土相合成基鉆井液體系的抗污染能力進(jìn)行了評價，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5的數(shù)據(jù)可知，加入3%的NaCl 、2%的CaCl2、10%的水和20%的鉆屑后，塑性粘度、動切力、破乳電壓和濾失量等關(guān)鍵指標(biāo)沒有出現(xiàn)明顯的惡化，主要性能可以滿足現(xiàn)場施工的要求。

表5 無土相合成基鉆井液體系抗污染能力評價結(jié)果

4 結(jié)論

(1)研制了流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1，該處理劑在合成基基礎(chǔ)油中具有良好的增粘提切性能，可替代有機(jī)土，并且能抗180℃的高溫。

(2)以流型調(diào)節(jié)劑SLTJ-1為基礎(chǔ)，優(yōu)選其它處理劑，構(gòu)建了無土相合成基鉆井液體系。該體系抗溫達(dá)到180℃，最高密度可到2.0g/cm3；高溫老化前后體系的流變性能優(yōu)異，動塑比高，濾失量低，抗污染能力強(qiáng)，能夠滿足現(xiàn)場施工的需要。