鉆井液用抑制劑相對抑制率評價方法應(yīng)用現(xiàn)狀及建議

雷祖猛，司西強(qiáng)，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(shù)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(biāo)的最高級別標(biāo)準(zhǔn)為中國石油化工集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0323-2009《鉆井液用頁巖抑制劑技術(shù)要求》，標(biāo)準(zhǔn)中要求，完全水化好的10%鈣膨潤土基漿的100 r/min應(yīng)在110±10范圍內(nèi)，但在實際操作中發(fā)現(xiàn)，很難準(zhǔn)確配制出符合標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)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(jié)果誤差較大，會影響到抑制劑樣品相對抑制率的準(zhǔn)確性，體現(xiàn)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(dá)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(zhuǎn)粘度計在實驗室中很難準(zhǔn)確讀出100 r/min的讀值，導(dǎo)致讀值重現(xiàn)性差、嚴(yán)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(zhì)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(wěn)定、來源正規(guī)的鈣膨潤土，制定滿足室內(nèi)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(dá))、分析天平(上海精密科學(xué)儀器)、高速攪拌機(jī)(青島海通達(dá))、六速旋轉(zhuǎn)黏度計(青島海通達(dá))、碳酸鈉(分析純)、鈣膨潤土(工業(yè)品)。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 鈣膨潤土的優(yōu)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(chǔ)，本著鈣膨潤土產(chǎn)品來源廣泛、產(chǎn)品性能穩(wěn)定，有較高級別的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(jù)。

按照碳酸鈉的常規(guī)加量，固定其加量為鈣膨潤土的5.0%。具體實驗方法如下：

準(zhǔn)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(guī)定使用六速旋轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)粘度計無法準(zhǔn)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(wěn)定，配制的鈣膨潤土基漿重現(xiàn)性好，可滿足測試結(jié)果的準(zhǔn)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(zhuǎn)換為鈉膨潤土，進(jìn)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(chǔ)上，對碳酸鈉的加量進(jìn)行了優(yōu)選，測試結(jié)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(jié)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(dāng)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(dá)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(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0323-2009《鉆井液用頁巖抑制劑技術(shù)要求》測試程序要求，依據(jù)室內(nèi)優(yōu)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(zhǔn)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(guī)定使用六速旋轉(zhuǎn)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(zhǔn)確性和可靠性，按照測試程序要求測試了室內(nèi)合成的三種鉆井液用抑制劑樣品的相對抑制率，測試結(jié)果見表3。

表3 相對抑制率測試結(jié)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(jié)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(jié)果分別94.23%、95.19%和96.15%，結(jié)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(zhǔn)確地評價出三種鉆井液用抑制劑樣品的微弱優(yōu)劣區(qū)別，達(dá)到了評價的目的，測試程序可操作性強(qiáng)，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

(1)通過優(yōu)選性能穩(wěn)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(jié)果重現(xiàn)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(qiáng)、結(jié)果準(zhǔn)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(dá)1.00%，方便指導(dǎo)鉆井液用抑制劑的采購、驗收和質(zhì)量監(jiān)督檢驗。

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

[2]雷祖猛，司西強(qiáng)，王忠瑾，等．現(xiàn)場鉆井液用烷基糖苷類處理劑性能研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及問題分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2013，29(12)：55-61．

[4]徐羅鳳，嚴(yán) 沾．鉆井用抑制劑檢驗方法探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2016，32(8)：49-51．

[5]張 華，程秋華，張 梅，等．淺談油田化學(xué)劑標(biāo)準(zhǔn)存在的問題及對策[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2015，31(12)：28-30．

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