潤濕反轉(zhuǎn)劑研制及性能評價(jià)

楊麗，唐清明，李莎莎

（1.中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽618000；2.西南石油大學(xué)，四川新都510114）

潤濕反轉(zhuǎn)劑研制及性能評價(jià)

楊麗1，唐清明2，李莎莎1

（1.中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽618000；2.西南石油大學(xué)，四川新都510114）

氣體鉆井在深井提速，保護(hù)儲層方面有很大優(yōu)勢，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，但氣體鉆井氣液轉(zhuǎn)換時(shí)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象普遍存在。針對川東北地區(qū)氣體鉆井過程中氣液轉(zhuǎn)換時(shí)井壁垮塌失穩(wěn)等問題，分析井壁失穩(wěn)原因，研制出一種性能優(yōu)良的潤濕反轉(zhuǎn)劑，該劑與現(xiàn)用的鉆井液基本不起泡，不增加鉆井液粘切，配伍性良好。

氣體鉆井;井壁垮塌;潤濕反轉(zhuǎn);配伍性

川東北地區(qū)井深、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層以砂巖和硬脆性泥頁巖為主，也含有硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)石英砂巖，含少量的煤層和煤線，砂巖孔隙及泥頁巖裂縫較發(fā)育，地層壓力系數(shù)較低，地層承壓能力低[1]。巖樣分析表明，該地區(qū)泥頁巖由伊利石、伊蒙混層、綠泥石、高嶺石等粘土礦物組成，具有低活性、低分散能力、高分散速度的特點(diǎn)。在實(shí)施氣體鉆井過程中，川東北地區(qū)在氣液轉(zhuǎn)換時(shí)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象普遍存在。因?yàn)?，川東北地區(qū)氣體鉆井過程中，在氣液轉(zhuǎn)換時(shí)井壁沒有泥餅的保護(hù)，鉆井液濾液浸入地層，引起原地應(yīng)力的變化和粘土的水化膨脹，產(chǎn)生膨脹壓，增加了地層塑性，使得井壁坍塌壓力增加；同時(shí)，在鉆井過程中，影響井壁穩(wěn)定性的工程措施不當(dāng)，如鉆頭對井壁過于嚴(yán)重的機(jī)械碰擊，加劇井壁微裂縫的發(fā)育；鉆井液對井壁的沖刷都會降低鉆井液作用在井壁上的壓力和巖石強(qiáng)度，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。為此，研究出一種潤濕反轉(zhuǎn)劑，該劑與現(xiàn)用的鉆井液基本不起泡，不增加鉆井液粘切，配伍性良好。

1 潤濕反轉(zhuǎn)劑主劑優(yōu)選

1.1 油溶性評價(jià)（見表1）

表1中明顯看出，D1821和煤油在加熱條件下溶解時(shí)，溶液較均勻，油溶性較好。

表1 油溶性評價(jià)

1.2 表面張力評價(jià)

配制1%的溶液，35℃下測定表面張力，考察藥劑的活性高低及吸附在巖石表面能力的強(qiáng)弱，數(shù)據(jù)見表2。

表2 表面張力測定

由表2評價(jià)結(jié)果得出，D1821表面張力小，活性高，易吸附在巖石表面。

1.3 起泡性評價(jià)

起泡性評價(jià)是安全快速鉆井的關(guān)鍵，起泡性評價(jià)結(jié)果見圖1。

從評價(jià)結(jié)果中得出，D1821幾乎不起泡，不會引起摩阻增大，卡鉆等問題。

1.4 裂縫毛管壓力評價(jià)

配制4%的標(biāo)準(zhǔn)鹽水，采用大邑須家河須二地區(qū)的低滲致密砂巖，用巖芯夾持器測定藥劑對裂縫毛管壓力的變化，評價(jià)結(jié)果見表3。

由表3可以得出，D1821對巖芯滲透率降低率達(dá)到82.25%，疏水性好。為此，通過油溶性、表面張力、起泡性、裂縫毛管壓力綜合評價(jià)，確定D1821作為潤濕反轉(zhuǎn)劑主劑。

表3 裂縫毛管壓力評價(jià)

2 主劑D1821加量確定

室內(nèi)采用裂縫毛管壓力變化作為評價(jià)的主要指標(biāo)確定D1821最佳用量，評價(jià)結(jié)果見圖2。

從圖2得出，隨D1821質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，巖芯滲透率降低，從疏水效果和降低成本兩方面確定出D1821用量為2%。

3 潤濕反轉(zhuǎn)劑輔劑確定

為進(jìn)一步增強(qiáng)潤濕反轉(zhuǎn)劑穩(wěn)定井壁的作用，考慮在D1821的基礎(chǔ)上加入脂肪胺和瀝青進(jìn)行配方優(yōu)化，通過脂肪胺的烷基疏水長鏈與瀝青的封堵作用達(dá)到更好的疏水效果。

3.1 脂肪胺配比的確定

脂肪胺最佳配比的確定，采用裂縫毛管壓力變化作為評價(jià)的主要性能指標(biāo)，評價(jià)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當(dāng)脂肪胺加量為2%時(shí)，對砂巖滲透率降低率能達(dá)到87.6%。從藥劑溶解度和處理成本綜合考慮，確定出脂肪胺最佳加量為2%。

3.2 瀝青配比的確定

瀝青價(jià)廉，在配方中復(fù)配使用，能大大降低處理成本，其配比的確定采用裂縫毛管壓力變化進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果見圖4。

從評價(jià)結(jié)果得出，配方中瀝青加量10%時(shí)，疏水性很好。由此，綜合前面的評價(jià)結(jié)果，最終確定出潤濕反轉(zhuǎn)劑最優(yōu)配方為:2%D1821+2%脂肪胺+10%瀝青+86%煤油。

4 潤濕反轉(zhuǎn)劑性能評價(jià)

4.1 配伍性評價(jià)

為避免井下復(fù)雜情況的發(fā)生，評價(jià)了潤濕反轉(zhuǎn)劑與鉆井液的配伍性，結(jié)果見表4。

從表4中看出，潤濕反轉(zhuǎn)劑與鉆井液配伍性很好，且還具有顯著的降濾失作用。100℃高溫老化16 h后性能良好，也具有降濾失的作用。

表4 潤濕反轉(zhuǎn)劑與鉆井液配伍性評價(jià)

4.2 抑制性評價(jià)

4.2.1頁巖線性膨脹率評價(jià)

從圖5中明顯看出，潤濕反轉(zhuǎn)劑線性膨脹率低，與蒸餾水相比24 h時(shí)線性膨脹降低率達(dá)到98.34%，對頁巖抑制性好。

4.2.2高溫滾動回收率評價(jià)

從表5中得出，將巖屑用潤濕反轉(zhuǎn)劑浸泡15 min后，其高溫滾動回收率達(dá)到90%以上。通過線性膨脹和高溫滾動回收綜合評價(jià)，潤濕反轉(zhuǎn)劑對頁巖抑制性較好，達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用的要求。

表5 巖屑高溫滾動回收評價(jià)

總之，經(jīng)過大量的室內(nèi)篩選與評價(jià)工作，研制出了一種性能優(yōu)良的潤濕反轉(zhuǎn)劑，其具有較好的疏水性能，良好的抑制性，與鉆井液配伍性好的特點(diǎn)。該劑成本低，原材料易得，生產(chǎn)工藝簡單，能解決川東北地區(qū)氣體鉆井過程中氣液轉(zhuǎn)換時(shí)井壁垮塌失穩(wěn)等問題。

［1］丁海峰，魏學(xué)成,等.空氣鉆井過程中的鉆井液轉(zhuǎn)化[J].石油鉆探技術(shù).2006，7.

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.01.012

TE254+4

1008-1267（2011）01-030-03

A

2010-04-19

楊麗（1981-），女，工程師，從事鉆井完井液方面的研究。