關(guān)鍵詞：油基鉆井液，提切劑，分析，標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

油基鉆井液具有抑制性強(qiáng)、抗溫性好、利于井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑性能出眾和儲(chǔ)層損害程度小等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已成為頁(yè)巖氣水平井、大斜度定向井和各種復(fù)雜地層的重要手段[1-8]。油基鉆井液如切力不足，會(huì)破壞鉆井液的穩(wěn)定性，出現(xiàn)較差的攜巖能力，而導(dǎo)致巖屑床出現(xiàn)、卡鉆等情況發(fā)生。為保證油基鉆井液的適當(dāng)切力，通常需要加入提切劑調(diào)節(jié)油基鉆井液的流變性[9，10]。目前對(duì)于油基鉆井液提切劑質(zhì)量?jī)?yōu)劣的判斷，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。檢索到現(xiàn)有油基鉆井液提切劑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)，均為國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，未見油基鉆井液提切劑相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)以各企業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)土、乳化劑為基準(zhǔn)物，存在指標(biāo)不統(tǒng)一、測(cè)試方法不一致等問題；另外有些標(biāo)準(zhǔn)只有常溫下的性能測(cè)試，與實(shí)際井下高溫提切能力工作環(huán)境差別較大。為了更好地對(duì)油基鉆井液提切劑的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行有效分析，控制提切劑的質(zhì)量，有利于油基鉆井液技術(shù)的發(fā)展，筆者收集了不同現(xiàn)場(chǎng)用的6種提切劑及其標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)驗(yàn)討論了提切劑評(píng)價(jià)用的基準(zhǔn)體系，為提切劑標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

柴油：應(yīng)符合GB/T 19147中0號(hào)柴油指標(biāo)的要求；氧化鈣，無水氯化鈣：分析純；司盤80，十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，吐溫60，烷基酚聚氧乙烯醚：化學(xué)純；有機(jī)土：符合GB/T 27798規(guī)定的要求；提切劑、主乳化劑和輔乳化劑：各生產(chǎn)廠家；鉆井液用重晶石：符合GB/T 5005規(guī)定的密度為4.20g/cm3以上的重晶石粉。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

高速攪拌機(jī)：GJS-B12K型或同類產(chǎn)品，負(fù)載轉(zhuǎn)速12000r/min±300r/min；鉆井液密度計(jì)：量程0.80～2.0 0g /cm3，精度0.01g /cm3；六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：Fann35型或同類產(chǎn)品，帶加熱套；電穩(wěn)定性測(cè)定儀：Fann23E型或同類產(chǎn)品；天平：精度0.01g；溫度計(jì)：分度值1.0℃；滾子加熱爐：OFITE型或同類產(chǎn)品，控溫精度±5℃。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 簡(jiǎn)單基漿的選擇

油基鉆井液通常由基礎(chǔ)油、乳化劑、有機(jī)土、氯化鈣鹽水、氧化鈣、降濾失劑、重晶石組成。這些成分共同作用，使得油基鉆井液在鉆井過程中具有良好的穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性和防塌能力。但這些處理劑質(zhì)量的優(yōu)劣及相互間的配伍性對(duì)提切劑的性能評(píng)價(jià)產(chǎn)生一定的影響，因此評(píng)價(jià)提切劑的基準(zhǔn)體系越簡(jiǎn)單越好。

2.1.1 基礎(chǔ)油

選用最簡(jiǎn)單體系作為基漿，首選提切劑在柴油中性能評(píng)價(jià)。基漿：柴油。試樣漿：柴油+1%提切劑，150℃老化16h。按照GB/ T 16783.2-2012中規(guī)定的方法在50℃下測(cè)試流變性能，結(jié)果見表1。由表1可知，在基漿中加入1#～6#提切劑，老化前后黏度、切力、破乳電壓均沒有變化。這說明基礎(chǔ)油不能作為基漿判斷提切劑性能。

2.1.2 基礎(chǔ)油+有機(jī)土

基漿：400mL柴油+4%有機(jī)土，試樣漿：基漿+1%提切劑，150℃老化16h，結(jié)果見表2。由表2可知，2～7號(hào)基漿中加入1%提切劑，150℃老化后基漿的黏度稍微有變化，但切力均沒有提升，且有機(jī)土在底部沉降?？梢娀A(chǔ)油+有機(jī)土不能作為基漿判斷提切劑性能。

2.1.3 基礎(chǔ)油+有機(jī)土+鹽水

基漿：3 2 0 m L柴油+ 4%有機(jī)土+ 8 0 m L 2 5%CaCl2水溶液，試樣漿：基漿+1%提切劑，150℃老化16h，結(jié)果見表3。由表3可知，1號(hào)的基漿150℃老化后分層，底部有機(jī)土沉降，測(cè)試數(shù)據(jù)較低。3號(hào)中加入1%2#提切劑，150℃老化后分層，底部有機(jī)土沉降，指針來回?cái)[動(dòng)，幾乎無法測(cè)試，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。4號(hào)中加入1%3#提切劑后，150℃老化后上部有2cm油析出，測(cè)試數(shù)據(jù)較低，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。2號(hào)、5號(hào)和6號(hào)加入提切劑后底部未發(fā)現(xiàn)有機(jī)土沉降。但由于1號(hào)基漿老化后分層，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，無法有效對(duì)比。這說明基礎(chǔ)油+有機(jī)土+鹽水不能作為基漿判斷提切劑性能。

通過以上實(shí)驗(yàn)可看出，采用柴油+提切劑、柴油+有機(jī)土+提切劑和柴油+有機(jī)土+鹽水+提切劑的配方均無法判斷提切劑效果，因此后面實(shí)驗(yàn)，我們選擇加入乳化劑配制成油包水乳狀液，通過加入提切劑前后乳狀液體系切力變化情況來判斷提切劑效果。

2.2 油包水基漿的選擇

2.2.1 試劑類乳化劑

目前市場(chǎng)上油基鉆井液常用的乳化劑有1#司盤80，2#十二烷基硫酸鈉，3#吐溫60，4#烷基酚聚氧乙烯醚，5#十二烷基苯磺酸鈉，以下實(shí)驗(yàn)分別采用互相組合配制基漿，優(yōu)選可靠的乳化劑?；鶟{：32 0 mL柴油+ 4%有機(jī)土+8 0 mL 25%CaCl 2水溶液+4%乳化劑（二者前后比例為2：1）+1.5%氧化鈣+重晶石，密度1. 5g/cm3，120℃老化16h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，上述乳化劑形成的乳狀液體系老化后均一，沒有沉降。老化后4號(hào)配方的流變性較好，破乳電壓最高，4號(hào)為司盤80和十二烷基苯磺酸鈉組合，表明此配方形成的乳狀液體系更穩(wěn)定，適合作為基漿體系。

2.2.2 基漿的優(yōu)化

（1）120℃基漿的優(yōu)化

基漿：320mL柴油+4%有機(jī)土+80mL25%CaCl2水溶液+乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為司盤80和十二烷基苯磺酸鈉，比例為2：1，密度1.5g/cm3，通過乳化劑加量?jī)?yōu)化基漿性能，120℃老化16h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可看出，乳化劑加量為4%時(shí)切力較低。提高乳化劑加量至12%，破乳電壓提高，但切力變化不大，因此需要提高有機(jī)土加量。

通過表6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，5%有機(jī)土加量配方較合適。有機(jī)土加量越高體系黏度太大，不適合判斷提切劑性能。因此我們采用6%乳化劑和5%有機(jī)土的配方評(píng)價(jià)120℃條件下提切劑性能。

（2） 150℃/180℃基漿的優(yōu)化

1） 試劑類乳化劑

基漿：3 2 0 m L柴油+ 4%有機(jī)土+ 8 0 m L 2 5%CaCl2水溶液+乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為司盤80和十二烷基苯磺酸鈉比例為2：1，密度1.5g/cm3，150℃/180℃老化16h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7和表8。

由表7可知，1號(hào)基漿150℃老化后有沉降，底部有1.5cm軟泥，加入收集到的6種提切劑后試樣漿依舊有1.0cm沉降。其中5號(hào)漿老化后幾乎不流動(dòng)，無法測(cè)試；7號(hào)漿老化后增稠，流動(dòng)性較小。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使加入6%乳化劑和5%有機(jī)土，油基鉆井液150℃老化后依舊沉降，不適合作為150℃基漿評(píng)價(jià)用。由表8可知，基漿180℃老化后沉降嚴(yán)重，底部有2cm硬泥，用力才可攪動(dòng)，加入4種提切劑后油基泥漿依舊有硬泥沉降，切力均為0。

由表7和表8可知，市場(chǎng)上通用的化學(xué)品乳化劑司盤80和十二烷基苯磺酸鈉作為乳化劑基準(zhǔn)物在150℃和180℃老化后均有沉降，即使加入收集到的6種提切劑后，油基泥漿依舊沉降，并且切力也幾乎不變。由此可見化學(xué)品乳化劑司盤80和十二烷基苯磺酸鈉在150℃/180℃老化后不能形成穩(wěn)定的基漿體系，這是由于試劑類乳化劑司盤80和十二烷基苯磺酸鈉不耐高溫，150℃以上高溫時(shí)不能作為基漿用乳化劑，150℃/180℃提切劑評(píng)價(jià)只能采用抗高溫的乳化劑作為基漿體系。

2）高溫乳化劑

優(yōu)選了2種抗溫性能較好的工業(yè)化生產(chǎn)的脂肪酸類乳化劑作為基準(zhǔn)乳化劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9。由表9可知，1#乳化劑配制的基礎(chǔ)漿，150℃老化前后性能較好，老化罐內(nèi)泥漿均一且底部無沉降，可以作為評(píng)價(jià)提切劑基礎(chǔ)漿；180℃老化后流變性能較好，老化后無沉降，與未老化前及150℃老化后的性能變化大，但破乳電壓較低。2#乳化劑配制的基礎(chǔ)漿，150℃老化后性能較好，老化罐內(nèi)泥漿均一且底部無沉降，可以作為評(píng)價(jià)提切劑基礎(chǔ)漿；180℃老化后流變性能也很好，無沉降，破乳電壓高于70 0V，適合作為180℃老化后基礎(chǔ)漿用。作為評(píng)價(jià)提切劑性能的基礎(chǔ)漿，優(yōu)選性能比較穩(wěn)定的2#乳化劑。鑒于試劑類乳化劑不耐高溫，可作為120℃提切劑評(píng)價(jià)用，而各個(gè)企業(yè)研發(fā)的抗高溫乳化劑雖然可以抗高溫，但工業(yè)化乳化劑不能保證每批次的穩(wěn)定性，建議采用實(shí)驗(yàn)室制抗高溫乳化劑作為評(píng)價(jià)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

2.3 提切劑評(píng)價(jià)

2.3.1 120℃評(píng)價(jià)

基漿：320mL柴油+5%有機(jī)土+80mL25%CaCl2水溶液+6%乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為司盤8 0和十二烷基苯磺酸鈉比例為2 ：1，密度1.5g/cm3，試樣漿：基漿+1%提切劑，120℃老化16h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表10。

由表10可知，未加提切劑時(shí)基漿切力為3.5Pa，加入1%提切劑后切力升高為4.5～14Pa。6#提切劑加入后塑性黏度和切力顯著提升，塑性黏度由32.5mPa·s提高至52mPa·s，切力由3.5Pa提高至10Pa，切力提高率為185.7%，但動(dòng)塑比提高率僅為90%，和其他提切劑相比動(dòng)塑比提升幅度較小。此體系中，1#、2#和4#提切劑切力提高率和動(dòng)塑比提高率均大于100%。3#提切劑的切力提高率和動(dòng)塑比提高率最低，說明3#提切劑效果最差?？紤]到添加提切劑的主要作用是提高油基鉆井液的切力，為與增粘劑等予以區(qū)分，建議提切劑在提高油基鉆井液體系切力的同時(shí)要盡可能地降低黏度的提高，加入動(dòng)塑比提高率指標(biāo)。

2.3.2 150℃/180℃評(píng)價(jià)

基漿：320mL柴油+5%有機(jī)土+80mL25%CaCl2水溶液+6%乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為工業(yè)化生產(chǎn)的高溫乳化劑（主/輔乳化劑比例為2：1），密度1. 5g /cm3，試樣漿：基漿+1%提切劑，150℃/180℃老化16h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表11和表12。

由表11和表12可知，150℃老化后提切劑1#、2#和3#提切劑的提切率大于10 0%（含10 0%），動(dòng)塑比提高率大于50%，說明這3種提切劑150℃老化后具有較好的提切效果，適合在150℃鉆井液體系中應(yīng)用。而7#提切劑老化后切力提高率和動(dòng)塑比提高率均較低，不耐150℃高溫。180℃老化后1#和3#提切劑的切力提高率均大于10 0%，動(dòng)塑比提高率均大于50%，說明1#和3#提切劑180℃老化后相比較于其他提切劑具有較好的提切效果。5#和6#提切劑切力提高率和動(dòng)塑比提高率均較低，說明這2種提切劑180℃老化后效果較差，不耐180℃高溫。

3 結(jié)論及建議

隨著勘探開發(fā)向深部發(fā)展，油基鉆井液的應(yīng)用范圍越來越廣，對(duì)油基鉆井液的要求越來越多，油基鉆井液的切力提高的需求越來越迫切。針對(duì)油基鉆井液提切劑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求，建議120℃以下鉆井液用提切劑采用試劑類乳化劑作為提切劑基準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)；高溫條件下的提切劑的優(yōu)選，150℃和180℃條件下采用高溫乳化劑作為基準(zhǔn)物進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選，同時(shí)要盡量避免使用工業(yè)級(jí)乳化劑，最好采用實(shí)驗(yàn)室制乳化劑，有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和一致性，便于對(duì)比提切劑的性能。提切劑標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)建議采用提切力提高率和動(dòng)塑比提高率進(jìn)行考察，以便于優(yōu)選的提切劑在切力提高的同時(shí)，黏度提高幅度不大。