改性瀝青在鉆井液中的應用研究

張　黎，杜　森，李華峰，任香梅，李王娜（西安石油大學，陜西西安　710065）

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改性瀝青在鉆井液中的應用研究

張黎，杜森，李華峰，任香梅，李王娜
（西安石油大學，陜西西安710065）

摘要：在疏松地層等復雜地質結構下進行鉆井作業時，由于鉆井液的濾失而形成井壁黏土水化膨脹，造成井壁坍塌的危害，為了解決這一問題，通常需要加入各種鉆井液添加劑，來抑制黏土膨脹，降低鉆井液的濾失量，防止鉆井過程中的井壁塌陷等問題。本論文通過正交實驗考察了系列改性瀝青材料對鉆井液黏度，濾失，摩阻等性能的影響。實驗結果表明，當瀝青加量為0.15 %，搬土加量為6 %，CMC用量為0.2 %時，鉆井液的濾失、黏度等性能達到最優化。最后通過電子顯微鏡觀察最優配方下的濾餅結構，分析其性能。結果證明，改性瀝青材料具有較好的降濾失作用和造壁性能，有很好的應用前景。

關鍵詞：鉆井液；瀝青；濾失；黏度

1　前言

目前，國內外使用的降失水劑品種較多，根據降失水劑的作用機理，可分為兩大類，固體微粒材料和水溶性高分子材料[1]。改性瀝青是一種應用較廣泛的固體微粒材料，本文采用實驗室制備的改性瀝青材料，以瀝青的用量、瀝青種類、膨潤土的用量以及CMC的用量為因素，以鉆井液的黏度、密度、摩阻、濾失、pH等為指標，測試鉆井液的性能[2-5]。采用正交試驗法等優化設計手段，探索瀝青對低固相鉆井液的性能影響（見表1～表4，圖1～圖12）。

圖1　瀝青加量對黏度的影響

圖2　瀝青種類對黏度的影響

圖3　CMC加量對黏度的影響

圖4　搬土用量對黏度的影響

圖5　瀝青加量對濾失量的影響

圖6　瀝青種類對濾失量的影響

圖7　CMC加量對濾失量的影響

圖8　搬土用量對濾失量的影響

圖9　瀝青用量對摩阻的影響

圖10　瀝青種類對摩阻的影響

圖11　CMC加量對摩阻的影響

圖12　搬土用量對摩阻的影響

表1　因素水平表

表2　以黏度為指標的最優配比

表3　以濾失量為指標的最優配比

表4　以摩阻為指標的最優配比

降濾失劑性能的好壞可以從泥餅被降濾失劑作用前后的形貌變化和韌性變化來判斷[6]。本試驗以瀝青材料，納米材料為降濾失劑，得到的泥餅在電鏡下觀察其形貌變化和泥餅的韌性情況（見圖13）。

圖13　加入改性瀝青的鉆井液濾餅表面結構電鏡圖

2　結論

（1）通過對正交實驗得到的最優配比條件進行驗證后，可以看出：瀝青鉆井液與普通鉆井液相比，在濾失，黏度和摩阻方面等都有著較好的效果。綜合考慮下當瀝青加量為0.15 %，搬土加量為6 %，CMC用量為0.2 %時達到最優工藝。

（2）通過觀察鉆井液的濾餅，發現添加瀝青降濾失劑后的濾餅上瀝青分散均勻。使用電子顯微鏡觀察濾餅后，發現濾餅的結構緊密、韌性較強，由此可知，瀝青材料有堵塞濾餅孔隙和使濾餅更加致密柔韌的作用，所以瀝青鉆井液有著良好的造壁性能。

（3）本實驗還應該從改性瀝青材料的化學組成和表面結構入手，對其作用原理可進行進一步的分析。

參考文獻：

［1］張高波，吳錳.防塌劑的防塌機理及對應的評價方法［J］.鉆井液與完井液，1999，16（1）：33-34.

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［3］羅平亞.抗高溫水基泥漿作用原理［J］.西南石油學院學報，1979，2（2）：81-92.

［4］李淑廉.瀝青類鉆井液處理劑防塌機理研究［M］.北京：石油工業出版社，1999.

［5］周衛峰，原健安，戴經梁.影響粘附性的瀝青性質分析［J］.石油瀝青，2003，17（3）：22-25.

［6］吳志均，楊憲民，唐紅君.泥餅質量評價方法探討［J］.鉆井液與完井液，1997，14（6）：6-8.

Study on application of modified asphalt in drilling fluid

ZHANG Li，DU Sen，LI Huafeng，REN Xiangmei，LI Wangna
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Abstract:Drilling in complicated geological structure loose strata under, because drilling fluid filtrate and the formation of the clay hydration expansion,cause the harm to borehole collapse, in order to solve this problem,usually need to join the various kinds of drilling fluid additives,to suppress the clay swelling,reduce the loss of drilling fluid filter,to prevent the problem of borehole drilling in the process of collapse.The experiment adopted different modified asphalt materials on drilling fluid viscosity, filtration was studied by orthogonal experiment,effects of the friction properties.The experimental results show that,when the asphalt dosage 0.15 %,remove the earth quantity is 6 %,the dosage of CMC is 0.2 %,the drilling fluid filtrate,viscosity and other properties to achieve the optimization.Finally,observe the cake structure under the optimal formula by electron microscope,the analysis of its performance.Results show that,the modified asphalt material has good filtration reduction loss and wall building property,has good application prospects.

Key words：drilling fluid；asphalt；fluid loss；viscosity

作者簡介：張黎，女（1976-），講師，西安石油大學教師，從事油田化學品的合成與應用研究工作，郵箱：zhangli@xsyu.edu.cn。

基金項目：陜西省省級大學生科技創新項目“聚合物/膨潤土納米復合材料的制備及其在鉆井液中的應用”，項目編號：1036。

*收稿日期：2016－01-19

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.008

中圖分類號：TE254.4

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0029-04