有機鹽鉆井液沉降穩定性研究

申文琦，尹　達，王志龍，李　磊，羅　躍，梁紅軍

(1.長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023；2.塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000)

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有機鹽鉆井液沉降穩定性研究

申文琦1，尹達2，王志龍1，李磊2，羅躍1，梁紅軍2

(1.長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023；2.塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000)

摘要：為研究鹽水侵污和溫度對有機鹽鉆井液沉降穩定性的影響，室內測試了不同加量飽和鹽水侵污后的有機鹽鉆井液分別在20 ℃、120 ℃、150 ℃下的沉降穩定性。結果表明：有機鹽鉆井液在20 ℃和120 ℃時的沉降穩定性較好，150 ℃時的沉降穩定性較差；飽和鹽水加量和溫度對有機鹽鉆井液沉降穩定性均有顯著性的影響。

關鍵詞：鉆井液；沉降穩定性；高溫；鹽水侵污

鉆井液沉降是指鉆井液中高密度固相或加重劑下沉而引起的鉆井液密度變化[1]。在深井鉆井中，為了平衡較高的地層壓力，通常需要在鉆井液中加入加重材料，加重材料在重力的作用下容易發生沉降，并引發井下漏失、卡鉆等復雜情況[2]。同時，鉆井液作為一種分散體系受溫度影響較大，井下的高溫環境必然導致鉆井液黏度、切力的變化，并影響鉆井液的沉降穩定性。因此，鉆井液在高溫條件下的沉降穩定性是鉆井液研究必須解決的一個問題。目前主要關注的是加重劑的靜態沉降，因此，對鉆井液沉降性能的評價一般在靜態條件下進行[3]。作者考察了鹽水侵污及溫度對有機鹽鉆井液沉降穩定性的影響。

1實驗

1.1材料、試劑與儀器

有機鹽鉆井液，取自克深6井，井深為5 170m，現場配方為：膨潤土(1.0%～2.5%)+燒堿(0.1%～0.3%)+抗鹽提切劑(2%～4%)+大分子聚合物(0.4%～0.6%)+抗鹽降濾失劑BZ-Redu(1%～3%)+抑制防塌劑BZ-YFT(3%～5%)+抑制潤滑劑BZ-YRH(2%～4%)+復合有機鹽Ⅰ型BZ-WYJ1(20%～40%)+加重劑。

JJ-1型增力電動攪拌器；電熱恒溫干燥箱；密度計；不銹鋼沉降罐(內徑6.35cm，外徑7.60cm，內空凈高35cm，高度39cm，容積1 107mL)。

1.2方法

靜態沉降測試是評價鉆井液在井筒內靜態條件下沉降趨勢的方法[4]。利用自制的高溫沉降實驗裝置測試沉降穩定性。測試方法為：將1L鉆井液攪拌均勻后置于沉降罐中，并置于恒溫箱內，控制箱內溫度分別為20 ℃、120 ℃、150 ℃，放置24h后取出并冷卻至室溫。用注射器或移液管移除上清液，棄掉上部泥漿1.5cm，測量上部鉆井液密度(ρtop)，記錄沉降罐液面高度；除去沉降罐中鉆井液10cm，再次測量鉆井液密度(ρbottom)，兩者之差即為鉆井液的密度差(ρ差)。靜態沉降因子(SF)按下式計算：

當SF=0.5時，說明沉降穩定性良好；當SF>0.52時，說明沉降穩定性較差[5]。

2結果與討論

2.1有機鹽鉆井液的沉降穩定性

室內以有機鹽鉆井液為基礎加入不同量的飽和鹽水，充分攪拌后分別在20 ℃、120 ℃、150 ℃下測試其沉降穩定性，結果見表1。

表1有機鹽鉆井液的沉降穩定性

Fig.1　Sedimentation stability of organic salt drilling fluid

由表1可知，高溫條件下的沉降實驗的析水量對密度差的測試結果有影響，因此析水量也間接反映了沉降穩定性的好壞。在同一溫度下，隨著飽和鹽水加量的增加，密度差逐漸增大，有機鹽鉆井液表面析水量逐漸增多，即沉降穩定性越來越差。在飽和鹽水加量相同的情況下，隨著溫度的升高，密度差隨之增大，有機鹽鉆井液表面析水量也越來越多，即沉降穩定性越來越差。

靜態沉降因子也可以反映沉降穩定性的變化。有機鹽鉆井液在20 ℃、120 ℃下，SF=0.5，說明有機鹽鉆井液的沉降穩定性較好；在150 ℃下，SF=0.52，說明有機鹽鉆井液的沉降穩定性較差，受溫度影響較大。在溫度相同時，隨著飽和鹽水加量的增加，SF增大，說明鹽水侵污會導致有機鹽鉆井液的沉降穩定性變差。在飽和鹽水加量相同時，隨著溫度的升高，SF增大，說明高溫會影響有機鹽鉆井液的沉降穩定性。

2.2顯著性分析

為了更好地分析有機鹽鉆井液靜態條件下的沉降穩定性，利用多因素方差分析法對飽和鹽水加量及溫度對有機鹽鉆井液沉降穩定性影響的顯著性進行分析。首先提出零假設(H0)：控制變量(飽和鹽水加量和溫度)和它們的交互作用對觀測變量(沉降因子SF)沒有產生顯著性影響。采用F統計量，選擇主效應模型，利用SPSS軟件計算，結果見表2。

由表2可看出，溫度與飽和鹽水加量的顯著性都小于0.05，因此，溫度和飽和鹽水加量對有機鹽鉆井液體系的沉降穩定性都有顯著性的影響，兩者影響能力相當。

3結論

測試不同加量飽和鹽水侵污后的有機鹽鉆井液分別在20 ℃、120 ℃、150 ℃下的沉降穩定性，研究鹽水侵污和溫度對有機鹽鉆井液沉降穩定性的影響。結果表明：有機鹽鉆井液在20 ℃、120 ℃下，SF=0.5，表明體系的沉降穩定性較好；在150 ℃下，SF=0.52，表明有機鹽鉆井液的沉降穩定性較差，受溫度的影響較大。在相同溫度下，隨著飽和鹽水加量的增加，有機鹽鉆井液的密度差變大，SF增大，沉降穩定性變差，表明鹽水侵污會導致鉆井液的沉降穩定性變差。在飽和鹽水加量相同時，隨著溫度的升高，有機鹽鉆井液的密度差變大，SF增大，有機鹽鉆井液的沉降穩定性變差，表明溫度會影響有機鹽鉆井液的沉降穩定性。顯著性分析表明，溫度和飽和鹽水加量對有機鹽鉆井液體系的沉降穩定性都有顯著性的影響，兩者影響能力相當。

表2顯著性分析

Tab.2　Significance analysis

注：因變量為沉降因子；顯著性水平設為默認值0.05。

參考文獻：

[1]張彪.一種鉆井液的沉降穩定性的測試方法：CN 103048218A[P].2013-04-17.

[2]王建，彭芳芳，徐同臺,等.鉆井液沉降穩定性測試與預測方法研究進展[J].鉆井液與完井液，2012,29(5):79-63.

[3]萬秀梅,王平全,常元,等.高溫高密度近飽和鹽水鉆井液室內研究[J].重慶科技學院學報(自然科學版),2010,12(2):86-88.

[4]王中華.國內外鉆井液技術進展及對鉆井液的有關認識[J].中外能源,2011,16(1):48-60.

[5]鄢捷年.鉆井液工藝學[M].東營:中國石油大學出版社,2001:423-424.

Sedimentation Stability of Organic Salt Drilling Fluid

SHEN Wen-qi1,YIN Da2,WANG Zhi-long1,LI Lei2,LUO Yue1,LIANG Hong-jun2

(1.CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,YangtzeUniversity,Jingzhou434023,China;2.WorkingStationforTarimOilfield,Kuele841000,China)

Abstract：In order to study the effects of salt water communication and temperature on sedimentation stability of organic salt drilling fluid,the sedimentation stability of organic salt drilling fluid for different dosage of saturated salt water and temperature of 20 ℃,120 ℃ and 150 ℃ was studied respectively.Results showed that,the sedimentation stability of organic salt drilling fluid was good at 20 ℃ and 120 ℃,whilst the sedimentation stability was poor at 150 ℃.And the dosage of saturated salt water and temperature had significant effect on sedimentation stability of organic salt drilling fluid.

Keywords：drilling fluid;sedimentation stability;high temperature;salt water communication

基金項目：國家科技重大專項資助項目(2011ZX05046)

收稿日期：2016-03-15

作者簡介：申文琦(1989-)，女，河南濮陽人，碩士研究生，研究方向：鉆井液，E-mail：shenwenqi1114@163.com；通訊作者：王志龍，教授，E-mail：wangzl@yangtzeu.edu.cn。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.05.014

中圖分類號：TE 254

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)05-0056-03