鉆井液用抑制劑相對抑制率評價方法應用現狀及建議

雷祖猛，司西強，王忠瑾，張希紅

(中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院，河南 濮陽 457001)

目前，在中石化檢驗鉆井液抑制劑相對抑制率指標的最高級別標準為中國石油化工集團公司企業標準Q/SH 0323-2009《鉆井液用頁巖抑制劑技術要求》，標準中要求，完全水化好的10%鈣膨潤土基漿的100 r/min應在110±10范圍內，但在實際操作中發現，很難準確配制出符合標準指標要求的鈣膨潤土基漿[1-5]。原因主要有兩點，首先，10%鈣膨潤土基漿的100 r/min讀值不能太低，太低在計算時，結果誤差較大，會影響到抑制劑樣品相對抑制率的準確性，體現不出抑制劑的精確相對抑制效果差別；第二，10%鈣膨潤土基漿的100 r/min讀值不宜太高，即使10%所選鈣膨潤土基漿的100 r/min讀值能達到110±10，由于此時鈣膨潤土基漿的觸變性大，高速攪拌后容易很快失去流動，使用六速旋轉粘度計在實驗室中很難準確讀出100 r/min的讀值，導致讀值重現性差、嚴重影響評價方法的可操作性和普適性。

目前市場上的鈣膨潤土質量參差不齊，鈣膨潤土礦源不同，性能差別很大，篩選出性能穩定、來源正規的鈣膨潤土，制定滿足室內評價要求的鉆井液抑制劑相對抑制率測試程序十分必要。

1 儀器和材料

高溫滾子加熱爐(青島海通達)、分析天平(上海精密科學儀器)、高速攪拌機(青島海通達)、六速旋轉黏度計(青島海通達)、碳酸鈉(分析純)、鈣膨潤土(工業品)。

2 試驗結果與討論

2.1 鈣膨潤土的優選

尋找合適的鈣膨潤土，是制定鉆井液用抑制劑相對抑制率評價方法的基礎，本著鈣膨潤土產品來源廣泛、產品性能穩定，有較高級別的產品標準的原則，考察了市場上常用的五種鈣膨潤土的性能，作為選擇合適的鈣膨潤土提供依據。

按照碳酸鈉的常規加量，固定其加量為鈣膨潤土的5.0%。具體實驗方法如下：

準確量取350 mL 蒸餾水5份，分別加入1.75 g碳酸鈉，高速攪拌5 min后，分別加入1#、2#、3#、4#、5#鈣膨潤土35.00g，高速攪拌20 min，在120℃±3℃的高溫滾子爐中滾動16 h后，取出冷卻至室溫后，高速攪拌5 min，按照GB/T 16783.1的規定使用六速旋轉黏度計測定10%鈣膨潤土，基漿100 r/min下的讀值。不同鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值見表1。

表1 不同鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值

由表1結果可以看出，1#、2#、3#鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值太小，5#鈣膨潤土10%基漿的黏度太大，基漿觸變性大，六速旋轉粘度計無法準確測出100 r/min讀值，而4#鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值為42.0，選擇了4#鈣膨潤土作為鉆井液用抑制劑相對抑制率評價方法用的鈣膨潤土，該鈣膨潤土符合《鉆井液試驗用土》SY/T 5490-2015中鉆井液膨脹試驗用膨潤土的要求，該鈣膨潤土性能穩定，配制的鈣膨潤土基漿重現性好，可滿足測試結果的準確性要求。

2.2 碳酸鈉加量的確定

鈣膨潤土都是通過加入碳酸鈉，讓鈣膨潤土轉換為鈉膨潤土，進而提高造漿率，所以，碳酸鈉的加量對鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值影響很大，在確定了鈣膨潤土的基礎上，對碳酸鈉的加量進行了優選，測試結果見表2。

表2 不同碳酸鈉加量的10%鈣膨潤土基漿100 r/min讀值

由表2結果可以看出，隨著碳酸鈉加量的不斷增大，鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值先增大后降低，當碳酸鈉加量為6.0%時，鈣膨潤土的水化效果最好，鈣膨潤土10%基漿的100 r/min讀值達到52.0，這里選擇6.0%作為鉆井液用抑制劑相對抑制率評價方法中碳酸鈉的最佳加量。

2.3 測試程序的制定

參考了中國石油化工集團公司企業標準Q/SH 0323-2009《鉆井液用頁巖抑制劑技術要求》測試程序要求，依據室內優選確定的鈣膨潤土和碳酸鈉加量，制定了鉆井液用抑制劑相對抑制率評價新方法測試程序如下：

準確量取350 mL 蒸餾水兩份，其中一份加入2.10 g碳酸鈉，另一份加入1.5%鉆井液用抑制劑樣品和2.10 g碳酸鈉。高速攪拌5min。兩份中均加入35.00g鈣膨潤土，高速攪拌20min，在120℃±3℃的高溫滾子爐中滾動16 h后，取出冷卻至室溫后，高速攪拌5 min，按照GB/T 16783.1的規定使用六速旋轉黏度計測定空白漿和樣品漿100 r/min下的讀值，分別記作Φ1、Φ2。

按式(1)計算相對抑制率：

(1)

式中：

Y—相對抑制率，%；

Φ2—樣品漿100 r/min讀值；

Φ1—空白漿100 r/min讀值。

2.4 測試程序的驗證

為了驗證該評價方法測試程序的準確性和可靠性，按照測試程序要求測試了室內合成的三種鉆井液用抑制劑樣品的相對抑制率，測試結果見表3。

表3 相對抑制率測試結果

注：基漿組成：350 mL水+35 g鈣膨潤土+2.1 g碳酸鈉，測試條件：120℃，16 h。

由表3結果可以看出，按照鉆井液用抑制劑相對抑制率評價方法要求，測試了三種不同鉆井液用抑制劑樣品的相對抑制率，結果分別94.23%、95.19%和96.15%，結果表明，雖然這三種鉆井液用抑制劑樣品的抑制性都非常好，但該方法仍能準確地評價出三種鉆井液用抑制劑樣品的微弱優劣區別，達到了評價的目的，測試程序可操作性強，結果準確可靠。

3 結論

(1)通過優選性能穩定的鈣膨潤土和碳酸鈉加量，新配制的鈣膨潤土基漿性能測試結果重現性好，制定了新的鉆井液用抑制劑相對抑制率測試程序；

(2)形成了一套可操作性強、結果準確可靠的鉆井液用抑制劑相對抑制率評價新方法，相對抑制率精度可達1.00%，方便指導鉆井液用抑制劑的采購、驗收和質量監督檢驗。

[1]中國石油化工集團公司．Q/SH 0323-2009 鉆井液用頁巖抑制劑技術要求[S].北京:中國石化出版社,2009．

[2]雷祖猛，司西強，王忠瑾，等．現場鉆井液用烷基糖苷類處理劑性能研究[J].精細石油化工進展，2016，17(1)：6-8．

[3]安耀彬，劉翠微，周 怡，等．我國鉆井液處理劑標準現狀及問題分析[J].石油工業技術監督，2013，29(12)：55-61．

[4]徐羅鳳，嚴 沾．鉆井用抑制劑檢驗方法探討[J].石油工業技術監督，2016，32(8)：49-51．

[5]張 華，程秋華，張 梅，等．淺談油田化學劑標準存在的問題及對策[J].石油工業技術監督，2015，31(12)：28-30．

[6]楊俊貞，黃達全，馬翠雪，等. 鉆井液實驗用標準鈣土研究[J]．鉆井液與完井液，2012，29(6)：13-16．