油基鉆井液流變性調(diào)控技術(shù)研究

王 磊，羅 勇，劉 勝，苗海龍，向興金，舒福昌，王 薦，崔應(yīng)中

油基鉆井液具有抑制性強(qiáng)、抗污染能力強(qiáng)、潤滑性好、儲層保護(hù)效果好等優(yōu)點，是復(fù)雜井、大斜度井、大位移井、高溫深井鉆探的首選鉆井液體系。油基鉆井液在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)雖然開發(fā)較晚，但經(jīng)各油田和科研單位的科技攻關(guān)與不斷完善，目前已開發(fā)出適用于不同油水比、不同密度、不同油相、不同溫度以及不同井型的系列油基鉆井液技術(shù)。

一直以來，為保障井眼清潔，油基鉆井液常常通過添加有機(jī)土和調(diào)節(jié)油水比的方式來提高鉆井液的粘切力和增強(qiáng)攜巖能力，但會帶來一系列問題，如泥漿增稠會增大泵壓，后續(xù)維護(hù)困難。因油基鉆井液增稠只能通過加油稀釋的辦法降低黏度，會導(dǎo)致鉆井液體系動切力降低、懸浮攜巖能力減弱，若現(xiàn)場使用這種調(diào)節(jié)方式，最后往往陷入惡性循環(huán)。隨著勘探技術(shù)的發(fā)展，井越來越深，水平位移越來越大，井溫也越來越高，因此，鉆井液必須具有良好的高溫流變性能才能滿足鉆進(jìn)過程的懸浮攜巖性能要求[1－3］。

油基鉆井液的基液主要為油相，體系的黏度對溫度十分敏感，溫度升高導(dǎo)致基液黏度和動切力降低，懸浮攜巖能力減弱。

鉆井液的攜巖能力用攜巖指數(shù)（Zj）來表征，攜巖指數(shù)越高，表明鉆井液體系的攜巖能力越強(qiáng)。

攜巖指數(shù)計算公式如下：

式中：ρf為鉆井液密度，g·cm－3；ρs為巖屑密度，g·cm－3（通常取2.60g·cm－3）；PV 為鉆井液的塑性黏度，mPa·s；YP為鉆井液的動切力，Pa；YP／PV為動塑比。

Zj值反映鉆井液的攜巖能力與密度、塑性黏度、動切力的相互關(guān)系，在密度和塑性黏度一定的情況下，動切力越高，Zj值越大，鉆井液攜巖能力越強(qiáng)。研究表明，環(huán)空返速在1.2m·s－1以上、攜巖指數(shù)大于1.50時，可獲得較好的攜巖效果。

由上可知，油基鉆井液要滿足復(fù)雜井、大斜度井、大位移井和高溫深井的鉆井需要，必須擁有高效的流變性調(diào)控手段。作者通過室內(nèi)大量研究，提供了針對中低溫和高溫不同溫度范圍的油基鉆井液的流變性調(diào)控技術(shù)。

1 中低溫條件下的油基鉆井液流變性調(diào)控技術(shù)研究與評價

鑒于傳統(tǒng)的油基鉆井液流變性調(diào)控技術(shù)存在的弊端和局限，湖北漢科新技術(shù)股份有限公司研制和開發(fā)了油基鉆井液流型調(diào)節(jié)劑提切劑HSV－4，已在國內(nèi)陸地和海洋油田區(qū)塊大規(guī)模應(yīng)用。

提切劑HSV－4是一種高分子表面活性劑，其主要提切作用機(jī)理為：（1）大分子鏈條舒展，吸附／粘結(jié)形成空間結(jié)構(gòu)；（2）增強(qiáng)有機(jī)土等親油膠體顆粒親油性；（3）增強(qiáng)乳化液滴乳化膜的穩(wěn)定性；（4）增強(qiáng)親油膠體、乳化液滴相互之間的粘結(jié)力。

1.1 提切劑HSV－4的流變調(diào)節(jié)效果評價（表1 ）

油基鉆井液基本配方：油水比＝80∶20（油相：3＃白油；水相：30%CaCl2水溶液），3%主乳化劑PF－MOEMUL－1＋1%輔乳化劑PF－MOCOAT－1＋1%潤濕劑PF－MOWET－1＋4%有機(jī)土PF－MOGEL＋3%降濾失劑PF－MOTEX＋2%堿度調(diào)節(jié)劑PF－MOALK＋2%封堵劑PF－MOLSF＋2%封堵劑PF－MOLPF＋2%疏水膠體封堵劑PF－MOHCP，重晶石加重至1.50g·cm－3。

表1 提切劑HSV－4加量對評價結(jié)果的影響Tab.1 The effect of dosage of shear strength improving agent HSV－4on evaluation results

由表1 可知，當(dāng)加入0.5%的提切劑 HSV－4時，動切力為10Pa，動塑比為0.42，攜巖指數(shù)為2.19，表明加入提切劑HSV－4后，油基鉆井液具有較高的動切力和攜巖能力。

1.2 提切劑HSV－4的高溫適應(yīng)性評價

提切劑HSV－4在0.5%加量下油基鉆井液在不同溫度下的流變性能見表2 。

表2 提切劑HSV－4抗溫性能評價結(jié)果Tab.2 Temperature resistance evaluation results of shear strength improving agent HSV－4

由表2 可知，當(dāng)老化溫度達(dá)到160℃以上時，油基鉆井液高溫老化后動切力和攜巖指數(shù)均下降，說明提切劑的抗溫極限為160℃。因此，油基鉆井液需添加能改善和提高其高溫流變性能的材料。

2 高溫條件下的油基鉆井液流變性調(diào)控技術(shù)研究與評價

為了保障高溫下油基鉆井液流變性能的穩(wěn)定，研制出一種聚合物高溫流變穩(wěn)定劑MOHST。高溫流變穩(wěn)定劑MOHST是在提切劑HSV－4基礎(chǔ)上通過提高分子量和增加親油吸附基團(tuán)獲得的一種親油高分子聚合物，因為具有空間多支鏈剛性結(jié)構(gòu)和親油吸附基團(tuán)，在高溫下大分子舒展形成更加穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，與油基鉆井液中的乳化液滴、有機(jī)土粘土片、其它親油膠體顆粒之間產(chǎn)生粘結(jié)／架構(gòu)作用，所以高溫下不容易發(fā)生解吸，能夠增強(qiáng)高溫下油基鉆井液的流變穩(wěn)定性能，進(jìn)而改善和提高其高溫下的懸浮攜巖能力。

2.1 高溫流變穩(wěn)定劑對高溫下油基鉆井液流變性改善效果評價（表3 ）

油基鉆井液基本配方同1.1。

表3 高溫流變穩(wěn)定劑的優(yōu)選結(jié)果Tab.3 Optimized results of high temperature rheological stabilizer

由表3 可知，采取提切劑HSV－4和高溫流變穩(wěn)定劑MOHST復(fù)配時，油基鉆井液高溫老化后能夠獲得較高的動切力。在0.5%HSV－4加量的條件下，優(yōu)選高溫流變穩(wěn)定劑MOHST的加量。

2.2 高溫流變穩(wěn)定劑加量的優(yōu)選評價（表4）

由表4可知，高溫流變穩(wěn)定劑MOHST加量在0.5%以上時，老化后具有較高的動切力和攜巖指數(shù)，因此，推薦高溫條件下的高溫流變穩(wěn)定劑MOHST的加量為0.5%～1.2%。

表4高溫流變穩(wěn)定劑的加量優(yōu)選Tab.4 Optimized dosage assessment of high temperature rheological stabilizer

2.3 高溫流變穩(wěn)定劑的抗高溫性能評價

在 基 本 配 方 中 加 入 0.5%HSV－4 和 1.2%MOHST，評價油基鉆井液的抗高溫性能，結(jié)果見表5 。

表5 高溫流變穩(wěn)定劑的抗溫性能評價結(jié)果Tab.5 Temperature resistance evaluation results of high temperature rheological stabilizer

由表5 可知，在溫度高達(dá)230℃的條件下，油基鉆井液的流變性能數(shù)據(jù)穩(wěn)定，表明抗高溫性能好，這些流變性調(diào)控措施能顯著改善油基鉆井液高溫下的攜巖性能。

3 結(jié)論

1）研究和評價了高溫下油基鉆井液流變性調(diào)控技術(shù)，為復(fù)雜井、大斜度井、大位移井和高溫深井的懸浮攜巖、井眼清潔提供了技術(shù)解決手段，對油基鉆井液的流變性改善效果好，高溫下流變性穩(wěn)定。

2）160℃以下使用提切劑HSV－4調(diào)節(jié)油基鉆井液的流變性，推薦加量0.3%～0.8%，提切劑 HSV－4在大多數(shù)井溫條件下可保障油基鉆井液的懸浮攜巖性能。

3）160℃及160℃以上使用高溫流變穩(wěn)定劑MOHST，推薦加量0.5%～1.2%，配合提切劑 HSV－4使用可改善高溫下的攜巖性能。建議現(xiàn)場在鉆高溫井段前提前加入，當(dāng)因為特殊原因必須停鉆時，也必須選擇相應(yīng)的流變性調(diào)節(jié)手段來保障鉆井液井筒內(nèi)長期靜置時的高溫懸浮穩(wěn)定性能，以避免后期重新作業(yè)時由于泥漿失穩(wěn)導(dǎo)致井下復(fù)雜。

4）現(xiàn)場在使用這些流變性調(diào)控技術(shù)時，必須結(jié)合工程措施來保障井眼清潔。

[1]王洪偉，王薦，許均，等.高溫高密度油基鉆井液體系的研究與應(yīng)用[J］.化學(xué)與生物工程，2013，30（11）：60－62.

[2]蔣卓，舒福昌，向興金，等.全油合成基鉆井液的室內(nèi)研究[J］.鉆井液與完井液，2009，26（2）：19－20.

[3]張景富，俞慶森，嚴(yán)世才.側(cè)鉆井鉆井液攜屑能力試驗研究[J］.石油鉆采工藝，2000，22（2）：12－16.