關于新型抗高溫防塌劑的開發與應用分析

李曉勇

【摘要】針對油田生產現場應用開發的新型抗高溫防塌劑，具有抑制、封堵、降濾失及保護油層等多種功能，同時具有不起泡，無增稠性的優點，對鉆井液流變性能影響很小。本文對這種新型抗高溫防塌劑對鉆井液性能的影響進行認真地分析與研究，進行了砂床封堵、頁巖滾動回收測試、頁巖膨脹實驗等有關性能測試，實驗結果表明，該產品具有較好的封堵能力，抑制防塌能力強，高溫降濾失效果好，是一種實用性強的抗高溫新型抗高溫防塌劑。

【關鍵詞】抗高溫 防塌劑 研究 認識

在油田生產鉆井過程中，井壁失穩一直是影響鉆井順利進行的主要因素，特別是在深井、超深井、定向井和大斜度井日益增多的情況下，上述問題顯得更加突出。現場常采用加入抑制劑、封堵劑和降濾失劑解決這一問題。封堵劑，如瀝青、石蠟和超細碳酸鈣等，通過封堵地層孔隙和微裂縫，減少鉆井液中的自由水侵入地層而起到穩定井壁的作用；抑制劑是能有效抑制泥頁巖膨脹分散的防塌劑，該類防塌劑通過抑制地層中的泥頁巖水化膨脹、分散而起到穩定井壁的作用；降濾失劑主要通過護膠作用使鉆井液中保持一定比例細顆粒的含量，使鉆井液形成的泥餅滲透率降低，從而降低鉆井液中的自由水向地層濾失而起到穩定井壁的作用。

在復雜井施工時，抑制劑、封堵劑和降濾失劑往往同時加入，這樣既增加了鉆井液成本，又增加了工人的勞動強度，同時使鉆井液成份復雜，維護處理難度增加。針對目前防塌劑存在問題，經過大量的室內研究，研制出一種同時具有封堵、抑制及降濾失作用的新型抗高溫防塌劑。

1 新型抗高溫防塌劑合成與特點

1.1 新型抗高溫防塌劑合成

將單體、引發劑、分散劑加入到水中，攪拌均勻，形成均勻溶液，然后升溫至一定溫度，

保持該溫度 2-3 小時，反應完成后既得產品。

1.2 新型抗高溫防塌劑的特點

（1）能有效抑制粘土的水化分散

新型抗高溫防塌劑具有良好的抑制作用，通過吸附作用吸附在鉆屑和井壁表面，形成較為良好、性能穩定的吸附層，阻止鉆屑和井壁表面與水接觸。

（2）具有較好的封堵性能

新型抗高溫防塌劑顆粒在壓差作用下會發生彈性變性，以適應不同形狀和尺寸的孔喉，對較寬尺寸的孔喉產生良好的封堵作用，降低鉆井液向地層濾失。

（3）與鉆井液和其它處理劑配伍性好新型抗高溫防塌劑對鉆井液性能無不良影響，不增粘、不起泡。

（4）抗高溫能力強

新型抗高溫防塌劑抗溫能力達 200℃，可在深井超深井中使用。

（5）新型抗高溫防塌劑無毒，有利于環境保護。

2 新型抗高溫防塌劑性能評價

2.1 理化性能評價

（1）外觀測定

產品的外觀顏色為無色或淡黃色膠狀體 。

（2）分散性測定

將一定數量的新型抗高溫防塌劑加入水中，在攪拌器下攪拌 5min，倒入量筒中靜置 3min后觀察新型抗高溫防塌劑分散狀態。新型抗高溫防塌劑水中分散良好。

（3）含量測定

用一張濾紙稱重，設重為 W1；用一干凈容器稱取 200g 新型抗高溫防塌劑，將新型抗高溫防塌劑全部倒在濾紙上，過濾 10min；再稱取剩下新型抗高溫防塌劑及濾紙重量，設為W2，用下式計算新型抗高溫防塌劑含量，新型抗高溫防塌劑含量為 93%。

（4）粒度測定

采用激光粒度儀測定，新型抗高溫防塌劑粒度在 2.5～120μm。

2.2 對鉆井液性能影響評價

（1）頁巖滾動回收實驗

采用頁巖滾動回收實驗，對新型抗高溫防塌劑抑制巖屑分散性能進行了評價，可以得出，在 0.5%～2%的加量范圍內，新型抗高溫防塌劑加量能顯著提高巖屑回收率，說明新型抗高溫防塌劑具有較好的抑制巖屑水化的性能。

（2）封堵性能評價

采用砂床侵入實驗方法對新型抗高溫防塌劑封堵性能進行評價。按蒸餾水：鈉膨潤土：無水碳酸鈉=100：6：0.25 的比例配制基漿，高速攪拌 20min，室溫下密閉養護 24h 后即為基漿。取基漿 300ml，攪拌加入 9.00g 試樣，高速攪拌 20min，在室溫下將 400g 粒徑為0.150mm～0. 250mm 的石英砂倒入鉆井液砂床濾失儀的筒狀可視鉆井液杯中，鋪平，小心倒入配制好的試驗漿 150ml，上緊杯蓋，打開下閥桿，接通氣源，將壓力緩慢調至 0.69MPa，保持 30min，測量砂床最大侵入深度。實驗結果表明，新型抗高溫防塌劑能有效封堵砂床，砂床最大侵入深度為 11cm。

（3）相對抑制性評價

稱取（105±3）℃下烘 4h 的鉆井液試驗用鈉膨潤土 10.00g 裝入頁巖膨脹筒中，在壓力機上加 4MPa 壓力，并保持 5min，取下安裝在頁巖膨脹儀上，分別測定 5%KCl 溶液和 2%樣品溶液浸泡巖心 7h 的膨脹高度。按下式計算相對抑制性：實驗結果表明，新型抗高溫防塌劑的相對抑制性為 36%。

（4）對鉆井液流變性的影響

在 0.5%～2%的加量范圍內，新型抗高溫防塌劑的加入對鉆井液表觀粘度影響不大。

（5）對鉆井液濾失性能的影響

對新型抗高溫防塌劑在不同溫度下的降濾失性能進行了評價，經過實驗，在 0.5%～2%的加量范圍內，新型抗高溫防塌劑的加入對鉆井液的濾失量具有一定的影響。在低于 60℃的低溫條件下，新型抗高溫防塌劑對鉆井液濾失量影響不大，隨著溫度升高，新型抗高溫防塌劑的降濾失效果增加，在 200℃在仍具有一定的降濾失效果。

3 防塌機理分析

（1）強封堵機理

由于新型抗高溫防塌劑粒度小，很容易擠入一些納米級的孔喉中，在孔喉中形成典型的架橋封堵，而且新型抗高溫防塌劑具有較好的彈性和適度的可變形性，與地層孔隙適應性好，封堵范圍廣且封堵更為有效。

（2）電性抑制機理

由于新型抗高溫防塌劑電性呈正電性，它在井壁上的吸附就能夠降低井壁的負電性，這樣就能夠部分阻止泥頁巖水化膨脹及分散。

（3）降濾失機理

新型抗高溫防塌劑具有彈性和可變形性，通過參與形成泥餅，進一步降低泥餅的滲透率，降低鉆井液濾矢量。

（4）表面吸附機理

新型抗高溫防塌劑由于顆粒尺寸小，必然使其比表面積增大，這樣就大大增加了與其它物質發生吸附反應的機會和程度，易在地層井壁表面形成吸附層，阻止水侵入油層。

4 結論

（1）新型抗高溫防塌劑能顯著增加巖屑回收率，具有較好的抑制巖屑水化膨脹、分散的性能。

（2）新型抗高溫防塌劑封堵能力強，能有效封堵砂層。

（3）新型抗高溫防塌劑具有較好的高溫降濾失作用，隨著加量增大及溫度提高，降濾失效果增加。

（4）新型抗高溫防塌劑對鉆井液流變性無不良影響，是配制高溫鉆井液優良的防塌劑。