新型疏水締合聚合物鉆井液體系性能評價

盧興國

(中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

隨著海上油田鉆井數量的不斷增多，對鉆井液的性能也提出了更高的要求，現有的鉆井液體系和鉆井液處理劑無法滿足海上復雜井的鉆井要求，因此，迫切需要研究性能更加高效的鉆井液體系[1-4]。近年來，水溶性聚合物在海上油田鉆井液體系中的使用較為常見，主要包括聚丙烯酰胺類、纖維素類、生物聚合物類以及植物膠類等，但這些聚合物的耐溫性能及抗鹽性能通常不佳，從而限制了其大規模的推廣應用[5-8]。疏水締合聚合物以其獨特的結構及性能成為國內外眾多油田化學工作者的研究熱點。疏水締合聚合物在其親水性的分子鏈上含有一定量的疏水基團，這些疏水基團在水溶液中聚集纏繞，通過分子間和分子內的締合作用形成一種超分子結構，從而使溶液的黏度大幅度提高，且溶液性能穩定，具有良好的耐溫性能、抗鹽性能及抗剪切性能[9-12]。

作者以新型疏水締合聚合物SDH-N為主要處理劑，研制一種新型疏水締合聚合物鉆井液體系，并在室內對其綜合性能進行評價。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

海水，取自南海；巖屑，取自某海上油田儲層段。

新型疏水締合聚合物SDH-N，自制；降濾失劑LV-PAC和SPNH、潤滑劑RD-1、抑制劑YD-104、封堵劑FDJ-3、重晶石、膨潤土、NaCl、CaCl2、MgCl2，工業品。

ZNN-D6型六速旋轉黏度計、ZNS-2型中壓濾失儀、GGS71型高溫高壓濾失儀，山東美科儀器有限公司；XGRL-4型高溫滾子加熱爐，青島恒泰達機電設備有限公司；多功能巖心驅替實驗儀、高溫高壓巖心動態污染儀，海安石油科研儀器有限公司；EP-2A型極壓潤滑儀，青島泰峰儀器有限公司。

1.2 新型疏水締合聚合物鉆井液體系配方

通過大量室內實驗，選擇新型疏水締合聚合物SDH-N為主要處理劑，輔以降濾失劑、潤滑劑和抑制劑等處理劑，研制了一種新型疏水締合聚合物鉆井液體系，其配方為：3.0%海水土漿+0.6%SDH-N+0.3%降濾失劑LV-PAC+3.0%降濾失劑SPNH+2.5%潤滑劑RD-1+3.0%抑制劑YD-104+5.0%封堵劑FDJ-3+重晶石加重至密度為1.4 g·cm-3。

1.3 新型疏水締合聚合物鉆井液體系的性能評價

1.3.1 耐溫性能

將新型疏水締合聚合物鉆井液體系分別在不同溫度下滾動老化16 h，然后在室溫下使用六速旋轉黏度計測定其流變性，使用中壓濾失儀和高溫高壓濾失儀測定鉆井液體系的濾失量。

1.3.2 抗鹽性能

在新型疏水締合聚合物鉆井液體系中分別加入一定質量分數的NaCl、CaCl2和MgCl2，然后將鉆井液體系在120 ℃下滾動老化16 h，測定其流變性和濾失量。

1.3.3 抑制性能和潤滑性能

抑制性能：稱取一定質量的過6～10目篩后的巖屑，加入到新型疏水締合聚合物鉆井液體系中，在120 ℃下滾動老化16 h后，使用40目篩回收巖屑，清洗烘干后稱重，計算巖屑的滾動回收率。

潤滑性能：使用極壓潤滑儀測定新型疏水締合聚合物鉆井液體系的極壓潤滑系數，作為對比，測定不加潤滑劑時鉆井液體系的極壓潤滑系數，并計算潤滑系數降低率。

1.3.4 抗污染性能

在新型疏水締合聚合物鉆井液體系中分別加入不同質量的粉碎過篩后的巖屑，然后將其在120 ℃下滾動老化16 h，測定其流變性和濾失量。

1.3.5 儲層保護性能

將人造巖心烘干后稱重，然后用標準鹽水飽和，備用；將巖心裝入驅替實驗裝置中，使用煤油正向驅替測定巖心的初始滲透率；取出巖心，使用新型疏水締合聚合物鉆井液體系反向污染4 h；使用煤油正向驅替測定巖心污染后的滲透率，計算巖心污染后的滲透率恢復值；將巖心污染端面切除0.5 cm后，繼續使用煤油正向驅替測定巖心切除端面后的滲透率，并計算巖心切除端面后的滲透率恢復值，以評價鉆井液體系的儲層保護性能。實驗過程均在120 ℃下進行。

2 結果與討論

2.1 耐溫性能

表1為新型疏水締合聚合物鉆井液體系在不同溫度下滾動老化前后的性能測試結果。

由表1可知，隨著老化溫度的升高，鉆井液體系的黏度稍有下降，API濾失量和HTHP濾失量有所增加，但變化幅度均不大。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的耐溫性能，能夠在較寬的溫度范圍內保持性能的穩定，可以滿足不同地層溫度的鉆井需求。

表1 耐溫性能測試結果

2.2 抗鹽性能

表2為新型疏水締合聚合物鉆井液體系中加入不同類型鹽后的性能測試結果。

表2 抗鹽性能測試結果

由表2可知，加入不同類型的鹽后，鉆井液體系的流變性和濾失量稍有波動，但變化幅度均不大。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的抗鹽性能，能夠滿足高鹽儲層對鉆井液性能的要求。這是由于，鉆井液體系中的新型疏水締合聚合物SDH-N的分子鏈中含有一定量的疏水基團，使其在較低的濃度下就可以發生締合反應，從而使整個鉆井液體系形成穩定的超分子結構，增強其抗鹽性能。

2.3 抑制性能和潤滑性能

表3為新型疏水締合聚合物鉆井液體系的抑制性能和潤滑性能測試結果。

表3 抑制性能和潤滑性能測試結果/%

由表3可知，鉆井液體系對巖屑的平均滾動回收率可以達到92.5%，鉆井液體系中加入潤滑劑RD-1后，平均潤滑系數降低率可以達到90.5%。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的抑制性能和潤滑性能，能夠較好地抑制儲層巖屑水化分散，并可以有效減小鉆井過程中的摩擦阻力，滿足海上鉆井對鉆井液性能的要求。

2.4 抗污染性能

表4為新型疏水締合聚合物鉆井液體系的抗污染性能測試結果。

表4 抗污染性能測試結果

由表4可知，隨著巖屑加量的增加，鉆井液體系的黏度和切力不斷增大，API濾失量和HTHP濾失量也不斷增加，但變化幅度均不大。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的抗巖屑污染性能，能夠保證鉆井過程中鉆井液性能的穩定，從而確保鉆井過程的順利進行。

2.5 儲層保護性能

表5為新型疏水締合聚合物鉆井液體系的儲層保護性能測試結果。

表5 儲層保護性能測試結果

由表5可知，巖心經過鉆井液體系污染后，滲透率明顯下降，滲透率恢復值只有50%左右。這是由于，新型疏水締合聚合物鉆井液體系中含有封堵性能較好的封堵劑FDJ-3，其能夠通過架橋作用在巖心端面及端面附近孔隙中形成有效暫堵，阻止鉆井液對巖心深部進一步的污染；而將巖心污染端面切除0.5 cm后，巖心滲透率顯著升高，滲透率恢復值可以達到90%以上。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的儲層保護性能，鉆井液體系對巖心的污染深度較淺，后期能夠通過射孔等作業解除污染。

3 結論

以新型疏水締合聚合物SDH-N為主要處理劑，研制了一種新型疏水締合聚合物鉆井液體系，其配方為：3.0%海水土漿+0.6%SDH-N+0.3%降濾失劑LV-PAC+3.0%降濾失劑SPNH+2.5%潤滑劑RD-1+3.0%抑制劑YD-104+5.0%封堵劑FDJ-3+重晶石加重至密度為1.4 g·cm-3。該鉆井液體系具有較好的耐溫性能、抗鹽性能、抑制性能、潤滑性能、抗污染性能以及儲層保護性能，能夠滿足海上油田鉆井施工對鉆井液性能的要求。