鉆井液用磺化瀝青抑制性評價(jià)方法分析與探討

張麗華 郭明紅 李秀妹 李景濤

1.中國石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院 華北分院 （河北 任丘 062552）

2.中國石油渤海鉆探井下作業(yè)分公司 第二試油工程作業(yè)部 （河北 任丘 062552）

瀝青類產(chǎn)品是鉆井液處理劑中的一大類，使用范圍和用量都相當(dāng)可觀（不計(jì)算土粉、重晶石類基礎(chǔ)材料情況下，瀝青類產(chǎn)品在鉆井液處理劑中所占比例接近20%）?；腔癁r青作為瀝青類處理劑中應(yīng)用最廣的一種產(chǎn)品，其包括粉狀 （如:FT-1）和膏狀（如:SAS）[1,2]。在國內(nèi)外鉆井液材料與處理劑的分類中，磺化瀝青類處理劑均歸為抑制劑類[3]，但是抑制性作為磺化瀝青的一項(xiàng)重要性能，其測試方法還不統(tǒng)一或者不完善，不同的標(biāo)準(zhǔn)采用的方法也不盡相同，分別有使用 “塑性黏度和動(dòng)切力降低率”（黏度法）、“頁巖膨脹降低率”（線性膨脹法）、“頁巖回收率”（分散回收法）等進(jìn)行表征的，這幾種方法所得結(jié)果有較大出入[4]。從磺化瀝青自身產(chǎn)品特征和其抑制井壁垮塌的機(jī)理進(jìn)行分析，提出了采用“線性膨脹法”和“動(dòng)態(tài)封堵法”相結(jié)合的方式來對磺化瀝青產(chǎn)品抑制井壁垮塌進(jìn)行評價(jià)的新思路。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

材料:粉狀磺化瀝青FT-1，膏狀磺化瀝青SAS，評價(jià)土，純堿等材料。

儀器:ZNN-D6S型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，NP-01A型頁巖膨脹測試儀，CJSS-B12K高頻高速攪拌機(jī)，XGRL-4型高溫滾子加熱爐，JHDS-Ⅱ型高溫高壓動(dòng)態(tài)失水測試儀，JH-Ⅱ巖心滲透率梯度測試儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）塑性黏度和動(dòng)切力降低率測定[5]:采用ZNN-D6S型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，分別測定基漿（6%膨潤土漿）和試樣漿塑性黏度和動(dòng)切力，計(jì)算其降低率。

（2）頁巖膨脹降低率測定[6]:采用NP-01A型頁巖膨脹測試儀，分別測定人工巖心在清水和磺化瀝青水溶液中浸泡8h后的線性膨脹量，計(jì)算其膨脹量降低率。

（3）頁巖回收率測定[7]:稱取2份40g頁巖巖屑（6～10目），分別放入裝有清水和磺化瀝青水溶液的高溫罐中，在120℃高溫滾子爐中滾動(dòng)16h，冷卻之后取出用40目篩網(wǎng)清洗，烘干，稱重，分別計(jì)算頁巖巖屑在兩種液體中的回收率。

（4）動(dòng)態(tài)封堵效率測試[8]:采用JH-Ⅱ巖心滲透率梯度測試儀正向驅(qū)替測試人工巖心原始滲透率K0，然后采用JHDS-Ⅱ型高溫高壓動(dòng)態(tài)失水測試儀測試試樣漿動(dòng)態(tài)失水量FL，再采用JH-Ⅱ巖心滲透率梯度測試儀正向驅(qū)替測試人工巖心封堵之后滲透率 K1，計(jì)算封堵效率（K0-K1）/K0。

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)分別采用 “黏度法”、“線性膨脹法”、“分散回收法”和“動(dòng)態(tài)封堵法”4種方法對粉狀和膏狀磺化瀝青抑制性進(jìn)行評價(jià)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，對比各種評價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出建議。

2.1 “黏度法”表征磺化瀝青抑制性

分別測定基漿（6%膨潤土漿）、基漿+1%粉狀磺化瀝青FT-1、基漿+2%粉狀磺化瀝青FT-1、基漿+2%膏狀磺化瀝青SAS和基漿+4%膏狀磺化瀝青SAS的流變參數(shù)，計(jì)算各試樣漿相對于基漿的塑性黏度和動(dòng)切力降低率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 “黏度法”表征磺化瀝青抑制性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，基漿中加入磺化瀝青之后，塑性黏度和動(dòng)切力不但沒有降低反而有所升高，并且塑性黏度和動(dòng)切力的變化與與磺化瀝青的加量沒有直接量化關(guān)系，可見“黏度法”不適用于表征磺化瀝青類產(chǎn)品的抑制性。

2.2 “線性膨脹法”表征磺化瀝青抑制性

分別測定人工巖心在清水、水+1%粉狀磺化瀝青FT-1、水+2%粉狀磺化瀝青FT-1、水+2%膏狀磺化瀝青SAS和水+4%膏狀磺化瀝青SAS中浸泡8h后的線性膨脹量，計(jì)算各試樣相對于清水的膨脹量降低率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，人工巖心在磺化瀝青水溶液中的線性膨脹量相對清水降低率較小，且隨著磺化瀝青加量增大其線性膨脹量降低率變化幅度不大，可見“線性膨脹法”在表征磺化瀝青類產(chǎn)品抑制性方面存在誤差大、重復(fù)性差等不足。

2.3 “分散回收法”表征磺化瀝青的抑制性

分別測定華北油田家59井巖屑（6～10目）在清水、水+1%粉狀磺化瀝青FT-1、水+2%粉狀磺化瀝青FT-1、水+2%膏狀磺化瀝青SAS和水+4%膏狀磺化瀝青SAS中的滾動(dòng)回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，清水中加入磺化瀝青之后巖屑滾動(dòng)回收率顯著升高，且隨著磺化瀝青加量的增大，其中巖屑滾動(dòng)回收率也明顯升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“分散回收法”表征磺化瀝青抑制性相對比較準(zhǔn)確，但是該法所使用的巖屑沒有標(biāo)準(zhǔn)物資且難以收集，嚴(yán)重影響了該法的推廣應(yīng)用。

表2 “線性膨脹法”表征磺化瀝青抑制性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 “分散回收法”表征磺化瀝青抑制性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 “動(dòng)態(tài)封堵法”表征磺化瀝青抑制性

前面3種方法在表征磺化瀝青的抑制性方面均存在一些不足之處，因此有必要從其抑制機(jī)理來深入研究其抑制性評價(jià)方法。一般認(rèn)為其抑制機(jī)理:是溶于水的磺酸根陰離子基團(tuán)通過化學(xué)作用吸附在粘土顆?；蝽搸r邊緣，形成具有一定強(qiáng)度的水化膜，阻止自由水進(jìn)入泥頁巖，抑制粘土膨脹和頁巖分散，起穩(wěn)定井壁的作用[3]。但是，筆者認(rèn)為，磺化瀝青的抑制性主要是封堵作用，磺酸根陰離子基團(tuán)的吸附作用是次要的。因此，提出采用“動(dòng)態(tài)封堵法”來表征磺化瀝青的抑制性，該法通過測定試樣在人工巖心中的高溫高壓動(dòng)態(tài)量及試樣對巖心的封堵效率兩個(gè)參數(shù)來進(jìn)行表征。相比較常規(guī)高溫高壓失水而言，高溫高壓動(dòng)態(tài)失水不僅可以表征試樣的封堵效果，而且可以反映出泥餅的抗沖刷強(qiáng)度。

分別測定基漿（6%膨潤土漿）、基漿+1%粉狀磺化瀝青FT-1、基漿+2%粉狀磺化瀝青FT-1、基漿+2%膏狀磺化瀝青SAS和基漿+4%膏狀磺化瀝青SAS的高溫高壓動(dòng)態(tài)失水量及各試樣對人工巖心的封堵效率（表4）。

從表4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，基漿中加入磺化瀝青抑制劑之后高溫高壓動(dòng)態(tài)失水量明顯減小，封堵效率明顯提高，且隨著磺化瀝青加量逐漸增大，高溫高壓動(dòng)態(tài)失水量和封堵效率變化幅度也增大?？梢?，磺化瀝青抑制劑不僅能夠提高鉆井液封堵能力，而且能夠有效提高泥餅抗沖刷強(qiáng)度，從而達(dá)到提高井壁穩(wěn)定性的效果。

表4 “動(dòng)態(tài)封堵法”表征磺化瀝青抑制性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論及認(rèn)識

（1）采用“黏度法”、“線性膨脹法”、“分散回收法”及“動(dòng)態(tài)封堵法”4種方法對磺化瀝青的抑制性進(jìn)行評價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:“黏度法”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律性極差；“線性膨脹法”相對誤差較大；“分散回收法”所使用的巖屑沒有標(biāo)準(zhǔn)物資且難以收集；“動(dòng)態(tài)封堵法”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律性較強(qiáng)。

（2）從磺化瀝青抑制井壁垮塌機(jī)理和所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，采用“線性膨脹法”和“動(dòng)態(tài)封堵法”相結(jié)合可以較為全面準(zhǔn)確地表征磺化瀝青的抑制性。

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