油基鉆井液提切劑標準用基漿探討

關鍵詞：油基鉆井液，提切劑，分析，標準

0 引言

油基鉆井液具有抑制性強、抗溫性好、利于井壁穩定、潤滑性能出眾和儲層損害程度小等諸多優點，目前已成為頁巖氣水平井、大斜度定向井和各種復雜地層的重要手段[1-8]。油基鉆井液如切力不足，會破壞鉆井液的穩定性，出現較差的攜巖能力，而導致巖屑床出現、卡鉆等情況發生。為保證油基鉆井液的適當切力，通常需要加入提切劑調節油基鉆井液的流變性[9，10]。目前對于油基鉆井液提切劑質量優劣的判斷，沒有統一的標準。檢索到現有油基鉆井液提切劑相關標準6項，均為國內各生產企業的企業標準，未見油基鉆井液提切劑相關的國家標準與行業標準，且多數標準以各企業生產的有機土、乳化劑為基準物，存在指標不統一、測試方法不一致等問題；另外有些標準只有常溫下的性能測試，與實際井下高溫提切能力工作環境差別較大。為了更好地對油基鉆井液提切劑的技術指標進行有效分析，控制提切劑的質量，有利于油基鉆井液技術的發展，筆者收集了不同現場用的6種提切劑及其標準，通過實驗討論了提切劑評價用的基準體系，為提切劑標準的制定提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

柴油：應符合GB/T 19147中0號柴油指標的要求；氧化鈣，無水氯化鈣：分析純；司盤80，十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，吐溫60，烷基酚聚氧乙烯醚：化學純；有機土：符合GB/T 27798規定的要求；提切劑、主乳化劑和輔乳化劑：各生產廠家；鉆井液用重晶石：符合GB/T 5005規定的密度為4.20g/cm3以上的重晶石粉。

1.2 實驗儀器

高速攪拌機：GJS-B12K型或同類產品，負載轉速12000r/min±300r/min；鉆井液密度計：量程0.80～2.0 0g /cm3，精度0.01g /cm3；六速旋轉黏度計：Fann35型或同類產品，帶加熱套；電穩定性測定儀：Fann23E型或同類產品；天平：精度0.01g；溫度計：分度值1.0℃；滾子加熱爐：OFITE型或同類產品，控溫精度±5℃。

2 實驗分析

2.1 簡單基漿的選擇

油基鉆井液通常由基礎油、乳化劑、有機土、氯化鈣鹽水、氧化鈣、降濾失劑、重晶石組成。這些成分共同作用，使得油基鉆井液在鉆井過程中具有良好的穩定性、潤滑性和防塌能力。但這些處理劑質量的優劣及相互間的配伍性對提切劑的性能評價產生一定的影響，因此評價提切劑的基準體系越簡單越好。

2.1.1 基礎油

選用最簡單體系作為基漿，首選提切劑在柴油中性能評價。基漿：柴油。試樣漿：柴油+1%提切劑，150℃老化16h。按照GB/ T 16783.2-2012中規定的方法在50℃下測試流變性能，結果見表1。由表1可知，在基漿中加入1#～6#提切劑，老化前后黏度、切力、破乳電壓均沒有變化。這說明基礎油不能作為基漿判斷提切劑性能。

2.1.2 基礎油+有機土

基漿：400mL柴油+4%有機土，試樣漿：基漿+1%提切劑，150℃老化16h，結果見表2。由表2可知，2～7號基漿中加入1%提切劑，150℃老化后基漿的黏度稍微有變化，但切力均沒有提升，且有機土在底部沉降。可見基礎油+有機土不能作為基漿判斷提切劑性能。

2.1.3 基礎油+有機土+鹽水

基漿：3 2 0 m L柴油+ 4%有機土+ 8 0 m L 2 5%CaCl2水溶液，試樣漿：基漿+1%提切劑，150℃老化16h，結果見表3。由表3可知，1號的基漿150℃老化后分層，底部有機土沉降，測試數據較低。3號中加入1%2#提切劑，150℃老化后分層，底部有機土沉降，指針來回擺動，幾乎無法測試，數據不準確。4號中加入1%3#提切劑后，150℃老化后上部有2cm油析出，測試數據較低，數據不準確。2號、5號和6號加入提切劑后底部未發現有機土沉降。但由于1號基漿老化后分層，基準數據不準，無法有效對比。這說明基礎油+有機土+鹽水不能作為基漿判斷提切劑性能。

通過以上實驗可看出，采用柴油+提切劑、柴油+有機土+提切劑和柴油+有機土+鹽水+提切劑的配方均無法判斷提切劑效果，因此后面實驗，我們選擇加入乳化劑配制成油包水乳狀液，通過加入提切劑前后乳狀液體系切力變化情況來判斷提切劑效果。

2.2 油包水基漿的選擇

2.2.1 試劑類乳化劑

目前市場上油基鉆井液常用的乳化劑有1#司盤80，2#十二烷基硫酸鈉，3#吐溫60，4#烷基酚聚氧乙烯醚，5#十二烷基苯磺酸鈉，以下實驗分別采用互相組合配制基漿，優選可靠的乳化劑。基漿：32 0 mL柴油+ 4%有機土+8 0 mL 25%CaCl 2水溶液+4%乳化劑（二者前后比例為2：1）+1.5%氧化鈣+重晶石，密度1. 5g/cm3，120℃老化16h，實驗結果見表4。由表4可知，上述乳化劑形成的乳狀液體系老化后均一，沒有沉降。老化后4號配方的流變性較好，破乳電壓最高，4號為司盤80和十二烷基苯磺酸鈉組合，表明此配方形成的乳狀液體系更穩定，適合作為基漿體系。

2.2.2 基漿的優化

（1）120℃基漿的優化

基漿：320mL柴油+4%有機土+80mL25%CaCl2水溶液+乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為司盤80和十二烷基苯磺酸鈉，比例為2：1，密度1.5g/cm3，通過乳化劑加量優化基漿性能，120℃老化16h，實驗結果見表5。由表5可看出，乳化劑加量為4%時切力較低。提高乳化劑加量至12%，破乳電壓提高，但切力變化不大，因此需要提高有機土加量。

通過表6的實驗結果可看出，5%有機土加量配方較合適。有機土加量越高體系黏度太大，不適合判斷提切劑性能。因此我們采用6%乳化劑和5%有機土的配方評價120℃條件下提切劑性能。

（2） 150℃/180℃基漿的優化

1） 試劑類乳化劑

基漿：3 2 0 m L柴油+ 4%有機土+ 8 0 m L 2 5%CaCl2水溶液+乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為司盤80和十二烷基苯磺酸鈉比例為2：1，密度1.5g/cm3，150℃/180℃老化16h，實驗結果見表7和表8。

由表7可知，1號基漿150℃老化后有沉降，底部有1.5cm軟泥，加入收集到的6種提切劑后試樣漿依舊有1.0cm沉降。其中5號漿老化后幾乎不流動，無法測試；7號漿老化后增稠，流動性較小。進一步實驗發現，即使加入6%乳化劑和5%有機土，油基鉆井液150℃老化后依舊沉降，不適合作為150℃基漿評價用。由表8可知，基漿180℃老化后沉降嚴重，底部有2cm硬泥，用力才可攪動，加入4種提切劑后油基泥漿依舊有硬泥沉降，切力均為0。

由表7和表8可知，市場上通用的化學品乳化劑司盤80和十二烷基苯磺酸鈉作為乳化劑基準物在150℃和180℃老化后均有沉降，即使加入收集到的6種提切劑后，油基泥漿依舊沉降，并且切力也幾乎不變。由此可見化學品乳化劑司盤80和十二烷基苯磺酸鈉在150℃/180℃老化后不能形成穩定的基漿體系，這是由于試劑類乳化劑司盤80和十二烷基苯磺酸鈉不耐高溫，150℃以上高溫時不能作為基漿用乳化劑，150℃/180℃提切劑評價只能采用抗高溫的乳化劑作為基漿體系。

2）高溫乳化劑

優選了2種抗溫性能較好的工業化生產的脂肪酸類乳化劑作為基準乳化劑進行評價。實驗結果見表9。由表9可知，1#乳化劑配制的基礎漿，150℃老化前后性能較好，老化罐內泥漿均一且底部無沉降，可以作為評價提切劑基礎漿；180℃老化后流變性能較好，老化后無沉降，與未老化前及150℃老化后的性能變化大，但破乳電壓較低。2#乳化劑配制的基礎漿，150℃老化后性能較好，老化罐內泥漿均一且底部無沉降，可以作為評價提切劑基礎漿；180℃老化后流變性能也很好，無沉降，破乳電壓高于70 0V，適合作為180℃老化后基礎漿用。作為評價提切劑性能的基礎漿，優選性能比較穩定的2#乳化劑。鑒于試劑類乳化劑不耐高溫，可作為120℃提切劑評價用，而各個企業研發的抗高溫乳化劑雖然可以抗高溫，但工業化乳化劑不能保證每批次的穩定性，建議采用實驗室制抗高溫乳化劑作為評價用標準物質。

2.3 提切劑評價

2.3.1 120℃評價

基漿：320mL柴油+5%有機土+80mL25%CaCl2水溶液+6%乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為司盤8 0和十二烷基苯磺酸鈉比例為2 ：1，密度1.5g/cm3，試樣漿：基漿+1%提切劑，120℃老化16h，實驗結果見表10。

由表10可知，未加提切劑時基漿切力為3.5Pa，加入1%提切劑后切力升高為4.5～14Pa。6#提切劑加入后塑性黏度和切力顯著提升，塑性黏度由32.5mPa·s提高至52mPa·s，切力由3.5Pa提高至10Pa，切力提高率為185.7%，但動塑比提高率僅為90%，和其他提切劑相比動塑比提升幅度較小。此體系中，1#、2#和4#提切劑切力提高率和動塑比提高率均大于100%。3#提切劑的切力提高率和動塑比提高率最低，說明3#提切劑效果最差。考慮到添加提切劑的主要作用是提高油基鉆井液的切力，為與增粘劑等予以區分，建議提切劑在提高油基鉆井液體系切力的同時要盡可能地降低黏度的提高，加入動塑比提高率指標。

2.3.2 150℃/180℃評價

基漿：320mL柴油+5%有機土+80mL25%CaCl2水溶液+6%乳化劑+1.5%氧化鈣+重晶石，乳化劑為工業化生產的高溫乳化劑（主/輔乳化劑比例為2：1），密度1. 5g /cm3，試樣漿：基漿+1%提切劑，150℃/180℃老化16h，實驗結果見表11和表12。

由表11和表12可知，150℃老化后提切劑1#、2#和3#提切劑的提切率大于10 0%（含10 0%），動塑比提高率大于50%，說明這3種提切劑150℃老化后具有較好的提切效果，適合在150℃鉆井液體系中應用。而7#提切劑老化后切力提高率和動塑比提高率均較低，不耐150℃高溫。180℃老化后1#和3#提切劑的切力提高率均大于10 0%，動塑比提高率均大于50%，說明1#和3#提切劑180℃老化后相比較于其他提切劑具有較好的提切效果。5#和6#提切劑切力提高率和動塑比提高率均較低，說明這2種提切劑180℃老化后效果較差，不耐180℃高溫。

3 結論及建議

隨著勘探開發向深部發展，油基鉆井液的應用范圍越來越廣，對油基鉆井液的要求越來越多，油基鉆井液的切力提高的需求越來越迫切。針對油基鉆井液提切劑評價標準的要求，建議120℃以下鉆井液用提切劑采用試劑類乳化劑作為提切劑基準物質進行評價；高溫條件下的提切劑的優選，150℃和180℃條件下采用高溫乳化劑作為基準物進行評價優選，同時要盡量避免使用工業級乳化劑，最好采用實驗室制乳化劑，有利于實驗結果的重復性和一致性，便于對比提切劑的性能。提切劑標準制定時建議采用提切力提高率和動塑比提高率進行考察，以便于優選的提切劑在切力提高的同時，黏度提高幅度不大。