一種新型油基鉆井液用高溫降濾失劑的研制

荊 鵬

（天津中海油服化學有限公司，天津 300459）

在油基鉆井液作業過程中，傳統作業方式一般均采用瀝青類材料（如氧化瀝青、改性瀝青和天然瀝青等）作為油基體系降濾失劑，來達到控制體系HTHP失水和兼顧體系穩定性的目的[1，2]。目前瀝青類材料在使用過程中存在一定的問題需解決：（1）在體系老化循環一段時間后，“老漿”有明顯的增黏現象，且通過外部調整，作用不明顯，即導致體系的使用壽命縮減，不利于成本控制；（2）瀝青材料自身結構特點，其在高溫后易產生S和N類化合物，對作業有較大的風險隱患；（3）隨著目前環保意識的加強，對油基鉆井液處理后產生的大量瀝青類廢棄物等問題，沒有很好的解決方案。本研究就是針對以上問題，研制出新型油基鉆井液降濾失劑解決以上問題，同時其應用性能又能達到傳統瀝青材料的性能要求[3-9]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

CaCl2（天津勤達威化工有限公司，工業級），CaO（天津金匯太亞化學試劑有限公司，分析純），有機膨潤土（上海永研化工科技廠，工業級），重晶石（廣州市東泰防護材料有限公司），0#柴油（中石化），5#白油（天津凱威永利聯合化學有限公司），磺化褐煤樹脂（工業級），氣制油（殼牌SAR185V），天然瀝青（工業級，10%灰分），改性瀝青（工業級），PF-MOEMUL乳化劑（自產），PF-MOMET潤濕劑（自產），PF-FLITER-2降濾失劑（自產）。

1.2 實驗儀器

變頻高速攪拌機（青島海通達專用儀器廠），23D型破乳電壓儀（Fann Instrument Company Houston Texax USA），滾子加熱爐（青島膠南分析儀器廠），ZNN-D6型六速旋轉黏度計（青島膠南分析儀器廠），GZX-9070MBE型電熱鼓風干燥箱（上海博迅實業有限公司醫療設備廠），高溫高壓失水儀（青島宏煜琳石油儀器有限公司）。

1.3 數據測定方法

高溫高壓濾失量是按照石油天然氣標準SY/T6453-2000進行測定；破乳電壓值是按照石油天然氣標準SY/T6615-2005進行測定；油基泥漿流變性能是按照ASTM C1752-2011進行；油基泥漿抗污染實驗按照GB/T15541-1995進行。

1.4 實驗原理

采用C5石油樹脂和EVA樹脂（乙烯-乙酸乙烯共聚物），兩種高分子聚合物為主要原料，以惰性材料為輔助材料，研制的新型油基鉆井液用高溫降濾失劑，其特點兩種高分子材料在高溫下形成的高分子黏流態，其黏度低且穩定性好，易與油基鉆井液體系形成穩定乳化液，使體系更加穩定；同時在高溫作用和地層壓力傳導下，在泥漿和井壁之間形成模狀結構，有效的形成物理和化學吸附，有利于控制體系失水，防止漏失和保障井壁穩定，形成的泥餅更薄且具有韌性；新型油基鉆井液用高溫降濾失劑全部采用環保材料，在鉆井液后續處理方面，也有較大的成本優勢。

2 結果與討論

2.1 不同降濾失劑對油基鉆井液體系的影響

以0#柴油為基礎油，以25%CaCl2水溶液為液相，油水比90/10，180℃溫度下老化，密度1.5 g/cm3（其他助劑加量，1.8%PF-MOEMUL，1.5%PF-MOMET，2.0%有機膨潤土，3.5%氧化鈣，3.0%降濾失劑。通過配制的油基泥漿鉆井液體系性能指標的變化，來比較不同降濾失劑對體系影響，數據和結論（見表1）。

從表1中數據可以看出，PF-FLITER-2降濾失劑在HTHP濾失量方面與其他材料相當，流變性能上要優于瀝青類材料，即在180℃老化后，其黏度基本保持與基漿一致，而常規的瀝青類材料，因其高溫軟化的問題，即在老化后會有一定幅度的增黏現象；另PFFLITER-2在油基鉆井液體系中有較好的乳化穩定性，體現在其有較高的破乳電壓值（較其他材料高出40%）。

2.2 溫度對不同降濾失劑作用的影響

以5#白油為基礎油，25%CaCl2水溶液為液相，油水比為85/15，配制密度為2.0 g/cm3的油基泥漿鉆井液（其他助劑加量2.5%PF-MOEMUL，2.5%有機膨潤土，1.2%PF-MOMET，3.0%氧化鈣，3.0%～5.0%降濾失劑。通過改變不同的熱滾溫度（120℃～240℃），來考察其濾失量和沉降穩定性能。

表1 不同降濾失劑對油基鉆井液性能的影響

圖1 不同溫度下不同降濾失劑HTHP濾失量

表2 不同溫度對油基鉆井液沉降穩定性能的影響

2.2.1 溫度對不同降濾失劑鉆井液體系HTHP失水的影響 如上述體系，采用不同降濾失劑，測定其體系不同溫度下的HTHP濾失量（見圖1）。

從圖1數據了解到，采用PF-FLITER-2降濾失劑（4#），其抗溫可滿足 240℃，與改性瀝青（2#）效果相近，進一步說明新型高溫降濾失劑可滿足高溫體系，其HTHP濾失量與同類型產品性能指標相當。

2.2.2 溫度對不同降濾失劑鉆井液體系沉降穩定性的影響 在120℃～240℃溫度范圍內分別測定不同降濾失劑體系（采用圖1配方）24 h沉降穩定性，具體數據（見表2）。

從表2數據可以看出PF-FLITER-2（4#）材料配制油基鉆井液體系，其沉降穩定性最好，主要原因是新型抗高溫降濾失劑體系中聚合物材料的黏溫特性的優勢，在高溫作用下，可更有效進行乳化，從而不容易形成死沉降。

2.3 連續老化對不同降濾失劑體系性能的影響

以圖1基礎白油基體系為基準鉆井液體系，分別對三個時間維度24 h、48 h和72 h，考察連續老化對不同降濾失劑體系作用，通過流變性，破乳電壓和HTHP濾失量，結果（見表3）。

從表3中數據可以了解到，從連續老化時間24 h～72 h，4#鉆井液體系維持了較高的鉆井液性能，其他降濾失劑體系均在黏度和HTHP濾失量兩個指標上明顯升高（性能變差），充分證明了新型高溫降濾失劑其在連續老化作用下，展現了很好的泥漿穩定性能。

2.4 油基鉆井液體系典型配方

分別例舉了在不同基礎油、不同密度、溫度、油水比等因素條件下，新型抗高溫降濾失劑-油基鉆井液典型實例（見表4）。從表4中的典型實例數可以了解到，該油基鉆井液，密度和溫度的可調性高（1.1 g/cm3～2.4 g/cm3，120 ℃～240 ℃）；流變性能優良；乳化穩定性高（ES＞450 V）；高溫高壓失水量低（＜8 mL）。說明該油基鉆井液性能優良，有利于提高鉆具機械效率，有效保障地層的穩定性。

表3 連續老化對降濾失劑作用影響

表4 油基鉆井液體系典型實例和性能

2.5 降濾失劑生物毒性實驗

新型抗高溫降濾失劑PF-FLITER-2，其單劑與185V氣制油生物毒性實驗（見表5），由表5中數據可知，其單劑生物毒性等級均為無毒，其優良的環保性能對油基鉆井液后續處理有較好的輔助作用。

3 結論

（1）采用C5石油樹脂和EVA樹脂為主要原料，制備新型抗高溫降濾失劑，其單劑性能，與其他降濾失劑材料相對比，在降濾失效果，流變性能以及環保等方面具備很大優勢。

（2）新型抗高溫降濾失劑在油基鉆井液體系中溫度可達240℃、最高密度滿足2.4 g/cm3；水相濃度范圍（10%～30%）條件下，流變性能穩定、電穩定性良好、HTHP濾失量＜10 mL且可調性較高。

［1］趙澤，王茂功，蔣官澄，等.國內外油基鉆井液降濾失劑研究進展［J］.應用化工，2014，（6）：22-25.

［2］王中華.國內外油基鉆井液研究院與應用進展［J］.斷塊油氣田，2011，18（4）：533-537.

［3］Veil J A，et al.Synthetic-based muds can improve drilling efficiency without polluting［J］.Oil&Gas Journal，1996，94（10）：49-54.

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