無土相合成基鉆井液的研究

王旭東

(中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營 257000)

與水基鉆井液相比，油基鉆井液在熱穩定性、降濾失性、潤滑性以及泥頁巖穩定性等方面更具優勢，在復雜地層、深層/超深層和復雜結構井的鉆探中得到了廣泛的應用[1]。根據所使用基礎油的不同，油基鉆井液可分為：柴油基鉆井液、白油基鉆井液和合成基鉆井液。合成基鉆井液體系采用合成基基礎油為連續相，其生物毒性測試顯示，EC50數值均遠遠大于10000mg/L，是一種無害化環保的鉆井液體系。和柴油/白油基鉆井液相比，合成基鉆井液鉆井性能基本相當，但是環保性能更為顯著，具有廣闊的推廣應用前景[2-3]。目前合成基鉆井液使用有機土作為增粘提切劑，體系中固相含量高，高度分散的固相顆粒很容易侵入儲層，降低儲層滲透率，儲層傷害顯著，特別是在水平井中，這一現象更為明顯；此外，高的固相含量不利于提高機械鉆速[2-7]。

和常規的合成基鉆井液相比，無土相的合成基鉆井液可以有效降低固相侵入對地層的影響，顯著提高油層保護效果，大幅降低循環滲漏，有效提高機械鉆速，并且有利于清潔井眼。本文研制了一種適合合成基基礎油使用的流型調節劑，形成了一套無土相合成基鉆井液體系，為合成基鉆井液的推廣應用提供了技術支撐。

1 流型調節劑的研制

流型調節劑是無土相合成基鉆井液的核心處理劑，通過流型調節劑來代替有機土，一方面可以降低固相含量，防止固相侵入對儲層的傷害，另一方面通過提高流型調節劑的抗溫性能可有效解決有機土的高溫稠化問題。

1.1 制備方法

將一定量的二聚酸和多元醇胺加入到燒瓶中，氮氣保護，在一定溫度下反應6h后，加入多乙烯多胺，進行適度交聯，繼續反應3h后停止反應，除去多余的溶劑，冷卻后所的產物即為研制的流型調節劑，代號為：SLTJ-1。

1.2 作用原理

所研制的流型調節劑SLTJ-1具有親油的主鏈，在合成基基礎油充分舒展，保證其在合成基中具有較好、較快的溶解性，同時在分子結構中引入了酰胺基、羥基等親水基團。親油的烷基鏈通過締合作用形成三維網絡結構，實現增粘提切，酰胺基、羥基等親水基團通過氫鍵與其他基團相互作用提高了體系的網架結構強度，增大體系的動切力和凝膠強度。

此外，流型調節劑SLTJ-1分子進行可適度交聯，只有當溫度高到分解溫度以上，才會破壞交聯后的分子結構，提高了其抗溫性能。

2 流型調節劑的評價

2.1 流型調節劑在合成基基礎油中的性能評價

流型調節劑SLTJ-1在合成基基礎油中的性能評價詳見表1。由表1的數據可知，SLTJ-1可有效提高基礎油的粘度和切力，隨著SLTJ-1加量的增加，體系的塑性粘度、動切力和靜切力均有較大幅度的上升，當加量為1.5%時已經有很好的效果，繼續增加SLTJ-1的加量，體系粘度和切力的增幅減小，因此SLTJ-1最優加量為1.5%。

表1 流型調節劑SLTJ-1在合成基基礎油中的性能評價

2.2 流型調節劑抗溫能力評價

將加入流型調節劑SLTJ-1(加量：1.5%)的合成基基礎油倒入高溫老化罐中，在一定溫度下老化16h，之后測試其流變性能，可以評價流型調節劑SLTJ-1的高溫穩定性。

流型調節劑SLTJ-1抗溫性能評價結果見表2。由表2的數據可知，隨著老化溫度的升高，SLTJ-1的性能呈現先上升后下降的趨勢，這是因為當老化溫度低于150 ℃時，溫度升高促進了流型調節劑在基礎油中的溶解，增強了SLTJ-1形成的空間網絡的結構，當溫度繼續升高時，流型調節劑SLTJ-1的分子結構遭到部分破壞，其性能有所下降，老化溫度為180℃時，含有SLTJ-1的合成基基礎油仍然能夠保持較好的流變性能，說明其抗溫性能達到180℃，當老化溫度升高至200℃時，SLTJ-1的分子結構完全遭到破壞，已經不能起到增黏提切的作用了。

表2 流型調節劑SLTJ-1的抗溫性能評價

3 無土相合成基鉆井液

3.1 無土相合成基鉆井液的基礎配方

在研制流型調節劑SLTJ-1的基礎上，優選其他處理劑(乳化劑、降濾失劑、潤濕劑、抗高溫封堵劑等)，建立了無土相合成基鉆井液基礎配方：合成基基礎油(320 mL)+20%的CaCl2水溶液80 mL+1.5%流型調節劑SLTJ-1+2%～3%乳化劑+3%～4%降濾失劑+3%～5%潤濕劑+1%～2%封堵劑+2%的堿度調節劑(CaO)+重晶石(鉆井液體系密度范圍1.5～2.0 g/cm3)。

3.2 無土相合成基鉆井液的基本性能

測試了無土相合成基鉆井液的流變性能、電穩定性、抗溫性能以及高溫高壓濾失量(FLHTHP，150℃，3.5 MPa)，并和有土相合成基鉆井液體系的性能進行了對比。無土相合成基鉆井液的性能詳見表3。

表3 無土相合成基鉆井液的性能(50℃)

由表3 的數據可知，研制的無土相合成基鉆井液在180 ℃老化16 h之后體系的性能變化不大，說明該體系具有較強的抗溫能力，能抗180 ℃的高溫；在較寬的溫度范圍內(50～180 ℃)該體系塑性粘度和動切力維持在較好的水平上，動塑比在0.15～0.19之間，說明該體系具有良好的流變性能，有利于高密度鉆井液體系的穩定和攜巖；老化前后該體系的高溫高壓濾失量可以控制在7 mL以下，能夠滿足現場應用的要求。

通過和有土相合成基鉆井液的性能對比可知：無土相合成基鉆井液老化前后塑性粘度較低，有利于機械鉆速的提高，并且動切力和動塑比較高，有利于高密度鉆井液體系的穩定和清潔井眼，此外，無土相合成基鉆井液高溫老化前后的性能變化較小，有利于現場施工時鉆井液性能的控制。

3.3 儲層保護效果評價

對無土相合成基鉆井液的儲層保護效果進行了研究，實驗采用DW-III動態污染儀模擬鉆井條件對巖心(人造巖心)進行了動態污染實驗，并與有土相合成基鉆井液體系進行了對比，試驗結果見表4。

表4 幾種鉆井液體系動態污染實驗數據

注： Ko為污染前的滲透率；Kd為污染后的滲透率；鉆井液密度：2.0g/cm3

試驗結果說明：無土相合成基鉆井液體系滲透率恢復值在96%以上，巖心污染端面泥餅致密，動濾失量最小；由于體系中不含有機土，可進一步降低鉆井液對儲層的損害，更好地滿足儲層保護的要求。

3.4 抗污染能力評價

對無土相合成基鉆井液體系的抗污染能力進行了評價，試驗結果見表5。由表5的數據可知，加入3%的NaCl 、2%的CaCl2、10%的水和20%的鉆屑后，塑性粘度、動切力、破乳電壓和濾失量等關鍵指標沒有出現明顯的惡化，主要性能可以滿足現場施工的要求。

表5 無土相合成基鉆井液體系抗污染能力評價結果

4 結論

(1)研制了流型調節劑SLTJ-1，該處理劑在合成基基礎油中具有良好的增粘提切性能，可替代有機土，并且能抗180℃的高溫。

(2)以流型調節劑SLTJ-1為基礎，優選其它處理劑，構建了無土相合成基鉆井液體系。該體系抗溫達到180℃，最高密度可到2.0g/cm3；高溫老化前后體系的流變性能優異，動塑比高，濾失量低，抗污染能力強，能夠滿足現場施工的需要。