關(guān)于新型抗高溫防塌劑的開發(fā)與應(yīng)用分析

李曉勇

【摘要】針對(duì)油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用開發(fā)的新型抗高溫防塌劑，具有抑制、封堵、降濾失及保護(hù)油層等多種功能，同時(shí)具有不起泡，無增稠性的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鉆井液流變性能影響很小。本文對(duì)這種新型抗高溫防塌劑對(duì)鉆井液性能的影響進(jìn)行認(rèn)真地分析與研究，進(jìn)行了砂床封堵、頁(yè)巖滾動(dòng)回收測(cè)試、頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)等有關(guān)性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該產(chǎn)品具有較好的封堵能力，抑制防塌能力強(qiáng)，高溫降濾失效果好，是一種實(shí)用性強(qiáng)的抗高溫新型抗高溫防塌劑。

【關(guān)鍵詞】抗高溫 防塌劑 研究 認(rèn)識(shí)

在油田生產(chǎn)鉆井過程中，井壁失穩(wěn)一直是影響鉆井順利進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)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(xì)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(wěn)定井壁的作用；抑制劑是能有效抑制泥頁(yè)巖膨脹分散的防塌劑，該類防塌劑通過抑制地層中的泥頁(yè)巖水化膨脹、分散而起到穩(wěn)定井壁的作用；降濾失劑主要通過護(hù)膠作用使鉆井液中保持一定比例細(xì)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(wěn)定井壁的作用。

在復(fù)雜井施工時(shí)，抑制劑、封堵劑和降濾失劑往往同時(shí)加入，這樣既增加了鉆井液成本，又增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)使鉆井液成份復(fù)雜，維護(hù)處理難度增加。針對(duì)目前防塌劑存在問題，經(jīng)過大量的室內(nèi)研究，研制出一種同時(shí)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(diǎn)

1.1 新型抗高溫防塌劑合成

將單體、引發(fā)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(shí)，反應(yīng)完成后既得產(chǎn)品。

1.2 新型抗高溫防塌劑的特點(diǎn)

（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(wěn)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(huì)發(fā)生彈性變性，以適應(yīng)不同形狀和尺寸的孔喉，對(duì)較寬尺寸的孔喉產(chǎn)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(duì)鉆井液性能無不良影響，不增粘、不起泡。

（4）抗高溫能力強(qiáng)

新型抗高溫防塌劑抗溫能力達(dá) 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(huán)境保護(hù)。

2 新型抗高溫防塌劑性能評(píng)價(jià)

2.1 理化性能評(píng)價(jià)

（1）外觀測(cè)定

產(chǎn)品的外觀顏色為無色或淡黃色膠狀體 。

（2）分散性測(cè)定

將一定數(shù)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(tài)。新型抗高溫防塌劑水中分散良好。

（3）含量測(cè)定

用一張濾紙稱重，設(shè)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(shè)為W2，用下式計(jì)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(cè)定

采用激光粒度儀測(cè)定，新型抗高溫防塌劑粒度在 2.5～120μm。

2.2 對(duì)鉆井液性能影響評(píng)價(jià)

（1）頁(yè)巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)

采用頁(yè)巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)，對(duì)新型抗高溫防塌劑抑制巖屑分散性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，可以得出，在 0.5%～2%的加量范圍內(nèi)，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(píng)價(jià)

采用砂床侵入實(shí)驗(yàn)方法對(duì)新型抗高溫防塌劑封堵性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。按蒸餾水：鈉膨潤(rùn)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(yǎng)護(hù) 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(yàn)漿 150ml，上緊杯蓋，打開下閥桿，接通氣源，將壓力緩慢調(diào)至 0.69MPa，保持 30min，測(cè)量砂床最大侵入深度。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)抑制性評(píng)價(jià)

稱取（105±3）℃下烘 4h 的鉆井液試驗(yàn)用鈉膨潤(rùn)土 10.00g 裝入頁(yè)巖膨脹筒中，在壓力機(jī)上加 4MPa 壓力，并保持 5min，取下安裝在頁(yè)巖膨脹儀上，分別測(cè)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(jì)算相對(duì)抑制性：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型抗高溫防塌劑的相對(duì)抑制性為 36%。

（4）對(duì)鉆井液流變性的影響

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

（5）對(duì)鉆井液濾失性能的影響

對(duì)新型抗高溫防塌劑在不同溫度下的降濾失性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，在 0.5%～2%的加量范圍內(nèi)，新型抗高溫防塌劑的加入對(duì)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(duì)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(jī)理分析

（1）強(qiáng)封堵機(jī)理

由于新型抗高溫防塌劑粒度小，很容易擠入一些納米級(jí)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(yīng)性好，封堵范圍廣且封堵更為有效。

（2）電性抑制機(jī)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(fù)電性，這樣就能夠部分阻止泥頁(yè)巖水化膨脹及分散。

（3）降濾失機(jī)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(jìn)一步降低泥餅的滲透率，降低鉆井液濾矢量。

（4）表面吸附機(jī)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(zhì)發(fā)生吸附反應(yīng)的機(jī)會(huì)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(jié)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(qiáng)，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(duì)鉆井液流變性無不良影響，是配制高溫鉆井液優(yōu)良的防塌劑。