油基鉆井液穩(wěn)黏提切劑的研制及應(yīng)用

楊 斌

(1低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院)

與傳統(tǒng)的水基鉆井液相比，油基鉆井液因其良好的抑制性能、潤(rùn)滑性能、流變性能在頁巖氣鉆探中得以廣泛應(yīng)用[1～3]。但高密度油基鉆井液普遍存在黏度高、低剪切速率切力低，流變性難以調(diào)控的問題[4-5]。川渝地區(qū)的頁巖氣水平井大多采用高密度油基鉆井液[6]。水平段施工要求高密度鉆井液既有較高的切力，尤其是低剪切速率切力能夠充分?jǐn)y砂清潔井眼，又能保持較低黏度、防止高密度油基鉆井液憋漏地層。這時(shí)油基鉆井液在流變性調(diào)控方面的問題顯得尤為突出，高密度油基鉆井液的流變性調(diào)控技術(shù)成為制約頁巖氣水平井安全快速施工的關(guān)鍵[7]。

提切劑是油基鉆井液的核心處理劑之一，對(duì)于油基鉆井液體系的流變性能好壞起著至關(guān)重要的作用[8]。國(guó)外常用的提切劑有VERSAMOD、RHEFLAT、RHEMODTM等[9-10]。國(guó)外產(chǎn)品的提切效果較好，對(duì)高密度油基鉆井液的黏度影響較小，但價(jià)格高，不利于頁巖氣低成本開發(fā)；國(guó)內(nèi)主要采用有機(jī)土、油溶性樹脂等提切，在提切的同時(shí)伴隨著黏度的大幅度上升。在高密度油基鉆井液中這一現(xiàn)象尤為明顯，導(dǎo)致高密度油基鉆井液過稠，嚴(yán)重影響體系的流變性，給后續(xù)的鉆井施工帶來一系列問題，例如起下鉆不暢，鉆井液黏鉆桿，容易誘發(fā)井漏、開泵困難等。為解決上述難題，以脂肪酸二聚體與多元醇為原料生成的聚合酯為主劑，三甘醇單丁醚為溶劑，復(fù)配增效劑制備出油基鉆井液用提切劑G322-MOD用于高密度油基鉆井液。在長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)和四川反承包項(xiàng)目進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。

一、增效劑的優(yōu)選

以脂肪酸二聚體與多元醇為原料的合成產(chǎn)物與其它幾種材料進(jìn)行復(fù)配，以油基鉆井液的動(dòng)切力和塑性黏度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出最佳增效劑。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，反應(yīng)產(chǎn)物與肉豆蔻酸復(fù)配后提切效果最好，增黏效應(yīng)較低，因此將肉豆蔻酸作為增效助劑。

二、提切劑的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)了提切劑G322-MOD在高密度無土相油基鉆井液體系中的性能，并與國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比。無土相油基鉆井液基本配方：白油+16%氯化鈣鹽水+3%乳化劑 G326-HEM+2.0%氫氧化鈣+4.0%降濾失劑G328-TROL+1.0%增黏劑 G336-VIS+0.6%提切劑 G322-MOD+重晶石。密度為2.0 g/cm3。

1. 流變性能評(píng)價(jià)

測(cè)試了提切劑不同加量下，無土相油基鉆井液的流變性能，重點(diǎn)考察了油基鉆井液的動(dòng)切力(YP)、低剪切速率切力(LSYP)和塑性黏度(PV)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同加量下油基鉆井液的動(dòng)切力和低剪切速率切力

由表1結(jié)果可知，提切劑能夠顯著改善鉆井液的流變性，提升鉆井液的動(dòng)切力和低剪切速率切力，同時(shí)增黏效果較低。當(dāng)加量為0.5%時(shí)，體系的動(dòng)切力和低剪切速率切力增加率均大于30%，而塑性黏度增加率小于10%。

2. 提切劑的抗溫性能

分別測(cè)試120℃、140℃、160℃及180℃熱滾后鉆井液的流變性能，以此考察提切劑G322-MOD的抗溫性能。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

隨著熱滾溫度的升高，鉆井液的動(dòng)切力和低剪切速率切力也隨之降低，但降低幅度較小，抗溫可達(dá)160℃。

3. 不同基礎(chǔ)油的提切性能

按照無土相油基鉆井液基本配方：基礎(chǔ)油+16%氯化鈣鹽水+3.0%乳化劑G326-HEM+2.0%氫氧化鈣+4.0%降濾失劑G328-TROL+1.0%增黏劑G336-VIS+0.5%提切劑G322-MOD+重晶石。測(cè)試不同基礎(chǔ)油中無土相油基鉆井液的流變性能，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖1 提切劑的抗溫性能

序號(hào)基礎(chǔ)油ρ/(g·cm-3)ES/VAV/mPa·sPV/mPa·sYP/PaLSYP/PaGel/PaHTHP/mL10#柴油2.00199961451669/13.52.223#白油2.00188066431358.5/123.835#白油2.00189060451558/113.64氣制油Saraline2.0018605141104.56.5/94.2

由表2結(jié)果可知，提切劑G322-MOD在白油、柴油、氣制油Saraline配制的高密度油基鉆井液中均有良好的提切性能，動(dòng)切力和低剪切速率切力均較高。表明提切劑G322-MOD對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)較為廣泛。

4. 與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比

在相同密度條件下(2.0 g/cm3)，對(duì)提切劑G322-MOD與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 G322與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比

提切劑G322-MOD與目前國(guó)內(nèi)外幾種常用的油基鉆井液提切劑相比，熱滾后鉆井液的表觀黏度增加率較低，而動(dòng)切力增加率尤其是低剪切速率切力增加率顯著提高，體現(xiàn)出更優(yōu)異的流變性能，達(dá)到了長(zhǎng)水平段施工中對(duì)油基鉆井液高密度、低剪切速率切力高、黏度低的要求。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

提切劑G322-MOD在長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)推廣應(yīng)用9口井，在四川反承包項(xiàng)目應(yīng)用21口井，替代了國(guó)外鉆井液公司的同類產(chǎn)品。應(yīng)用該提切劑的X-19井與未用該提切劑的X-6井油基鉆井液性能對(duì)比見表3。

表3 應(yīng)用前后油基鉆井液的性能對(duì)比

注：ρ為1.90 g/cm3。

同區(qū)塊前期鄰井使用國(guó)內(nèi)其他品牌的提切劑的提切效果不佳，在高密度油基鉆井液中，增黏現(xiàn)象顯著，鉆井液黏稠，流動(dòng)性差且低剪切速率切力低導(dǎo)致井眼不清潔，起下鉆過程不暢。應(yīng)用G322-MOD的高密度油基鉆井液流變性能良好，起下鉆順利。

將使用G322-MOD的油基鉆井液與同區(qū)塊前期鄰井的油基鉆井液進(jìn)行了流變性對(duì)比，結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 相同LSYP新舊體系的動(dòng)切力對(duì)比

圖4 相同LSYP新舊體系的塑性黏度對(duì)比

在相同的低剪切速率切力條件下，應(yīng)用G322-MOD的新油基鉆井液具有更高的動(dòng)切力和較低的塑性黏度，既有利于水平段的井眼清潔，又有利于高密度油基鉆井液的流變性能調(diào)控。

四、結(jié)論

(1)以脂肪酸二聚體與多元醇為原料生成的聚合酯為主劑，三甘醇單丁醚為溶劑，復(fù)配肉豆蔻酸制備出油基鉆井液用提切劑G322-MOD。

(2)提切劑G322-MOD能夠顯著提升油基鉆井液的動(dòng)切力，特別是低剪切速率切力，同時(shí)對(duì)油基鉆井液的黏度影響較小，尤其適用于高密度鉆井液。

(3)提切劑G322-MOD對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)廣泛，在白油、柴油、氣制油配制的鉆井液中均具有良好的提切效果。

(4)提切劑G322-MOD在現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用30口井，解決了頁巖氣水平井施工中高密度油基鉆井液低剪切速率切力低而黏度過高，鉆井液流動(dòng)性差的難題。