鉆井用抑制劑檢驗(yàn)方法探討

徐羅鳳，嚴(yán) 沾

中國(guó)石化江蘇石油工程有限公司鉆井處（江蘇江都225261）

■計(jì)量

鉆井用抑制劑檢驗(yàn)方法探討

徐羅鳳，嚴(yán) 沾

中國(guó)石化江蘇石油工程有限公司鉆井處（江蘇江都225261）

檢驗(yàn)和判斷KLG-1、KD-03、TJX-1等鉆井用抑制劑的主要指標(biāo)皆是“三次巖屑回收提高率”。用該方法檢驗(yàn)和判斷處理劑質(zhì)量?jī)?yōu)劣不妥，因?yàn)閹r屑不是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，各油田各區(qū)塊的巖性不同，并且該項(xiàng)目要求巖屑在蒸餾水中的回收率必須在20%～50%，而符合這一要求的巖屑很難找到，耗時(shí)費(fèi)力，既延誤檢驗(yàn)周期又影響檢驗(yàn)結(jié)果。為此，分析它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和作用機(jī)理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別找出替代三次巖屑回收提高率的評(píng)價(jià)新方法。KLG-1—頁(yè)巖膨脹降低率；KD-03—析水率和吸附量；TJX-1—相對(duì)抑制率。以上3種新方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與三次巖屑回收提高率非常吻合。

鉆井；抑制劑；檢驗(yàn)方法

聚合醇是低碳醇與環(huán)氧烷的低聚物[1-2]，是一類非離子表面活性劑，常溫下為黏稠狀乳白色液體，溶于水，其水溶性受溫度的影響很大，當(dāng)溫度升到為一定程度時(shí)，聚合醇從水中析出，這時(shí)的溫度稱為聚合醇的濁點(diǎn)溫度，當(dāng)溫度低于濁點(diǎn)時(shí)，聚合醇又恢復(fù)其水溶性，聚合醇鉆井液的設(shè)計(jì)主要是利用它的濁點(diǎn)特性來(lái)穩(wěn)定井壁。聚合醇通過(guò)吸附包被防止泥頁(yè)巖顆粒水化分散，其吸附在泥巖顆粒表面，改變其表面電荷，壓縮擴(kuò)散雙電層，抑制泥頁(yè)巖顆粒水化；吸附于地層巖石表面成膜，覆蓋裂縫和孔隙表面，從而阻緩壓力和鉆井液傳遞而穩(wěn)定井壁[3]。

聚合醇KLG-1、聚糖抑制劑KD-03和聚胺TJX-1皆為3次巖屑回收率提高劑。其實(shí)驗(yàn)方法為：稱取符合試驗(yàn)要求的巖屑2份，分別放入蒸餾水和試樣的老化罐中，在實(shí)驗(yàn)要求的溫度和時(shí)間內(nèi)滾動(dòng)，取出冷卻篩洗，烘干稱重；巖屑在蒸餾水中一次的回收率質(zhì)量應(yīng)在10～25g范圍內(nèi)。將一次蒸餾水和試樣回收后的巖屑放入裝有蒸餾水的密封杯中；將二次蒸餾水和試樣回收后的巖屑放入裝有蒸餾水的密封杯中，在試驗(yàn)要求的溫度和時(shí)間內(nèi)滾動(dòng)，取出冷卻篩洗，烘干稱重。按公式（1）計(jì)算。

式中：R為三次巖屑回收提高率，%；m2為試樣溶液三次回收巖屑的質(zhì)量，g；m1為三次水中回收巖屑的質(zhì)量，g。

該方法過(guò)于繁瑣，符合在蒸餾水中的巖屑回收率為20%～50%的難找，同時(shí)巖屑有限，做不了幾次就用完，而做過(guò)的巖屑又不能重復(fù)使用。因此用完后只能再取其它井位、地層的巖屑。這樣一來(lái)，不僅耗時(shí)、費(fèi)力，而且由于巖屑的多樣性導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的誤差，用于檢驗(yàn)極不科學(xué)，影響鉆井液質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果，檢驗(yàn)周期長(zhǎng)。目前，評(píng)價(jià)抑制劑的方法比較多，常用的方法有線性膨脹法、粒度分布法、頁(yè)巖滾動(dòng)回收率法和膠體率測(cè)定實(shí)驗(yàn)等。因此通過(guò)分析各類抑制劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和作用機(jī)理，找到各自適合的評(píng)價(jià)方法用以代替“三次巖屑回收提高率”。KLG-1用頁(yè)巖膨脹降低率對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)；KD-03以其水溶液加土離心后的析水率和吸附量為檢驗(yàn)指標(biāo)，評(píng)價(jià)其抑制性；TJX-1從它是一類含有環(huán)氧基團(tuán)和胺基的小分子量聚合物，能完全水溶的結(jié)構(gòu)特征分析，用抑制膨脹降低率來(lái)評(píng)價(jià)其抑制性。

1 KLG-1抑制性實(shí)驗(yàn)

1.1 KLG-1濃度的確定

用經(jīng)過(guò)烘干的實(shí)驗(yàn)用鈣膨潤(rùn)土，進(jìn)行頁(yè)巖膨脹降低率實(shí)驗(yàn)，并按公式（2）計(jì)算頁(yè)巖膨脹降低率［4］。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

式中：H為頁(yè)巖膨脹降低率，%；△H1為蒸餾水巖心膨脹量，mm；△H為試樣溶液巖心膨脹量，mm。

表1 不同濃度的KLG-1巖屑回收提高率和頁(yè)巖膨脹降低率

由表1可以看出，隨著試樣濃度的增加，三次巖屑回收率和頁(yè)巖膨脹降低率都在增加，當(dāng)試樣濃度超過(guò)3%時(shí)，增加的趨勢(shì)均變緩。因此初步推定可以用頁(yè)巖膨脹降低率代替三次巖屑回收率來(lái)表征KLG-1的抑制能力，并且選用3%的試樣濃度作為頁(yè)巖膨脹降低率的檢驗(yàn)濃度。

1.2 對(duì)頁(yè)巖膨脹降低率方法的評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證用頁(yè)巖膨脹降低率來(lái)表征KLG-1抑制能力的準(zhǔn)確度和代替三次巖屑回收率的合理性，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：選用6個(gè)不同批次并且檢驗(yàn)合格的KLG-1試樣，用3%的試樣濃度分別作三次巖屑回收率和頁(yè)巖膨脹降低率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同批次KLG-1巖屑回收提高率和頁(yè)巖膨脹降低率

由表2可以看出，不同批次的KLG-1在試樣濃度3%的情況下，三次巖屑回收提高率和頁(yè)巖膨脹降低率的變化趨勢(shì)基本相同，所以用頁(yè)巖膨脹降低率代替三次巖屑回收提高率。當(dāng)三次巖屑回收率為25%的時(shí)候，頁(yè)巖膨脹降低率為45%，因此KLG-1的頁(yè)巖膨脹降低率必須≥45%，定為指標(biāo)要求。

1.3 KD-03抑制性實(shí)驗(yàn)

1.3.1 不同濃度的KD-03吸光度實(shí)驗(yàn)

依據(jù)其分子結(jié)構(gòu)上攜帶的羥基(-OH)，對(duì)頁(yè)巖有強(qiáng)烈的吸附作用。所攜帶的甲基(-CH3)使吸附后的甲基葡萄糖甙，具有半透膜的作用。利用分光光度計(jì)，測(cè)定甲基葡萄糖甙溶液對(duì)膨潤(rùn)土的吸附量。

分別配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的均勻試樣溶液，用723分光光度計(jì)在340nm的波長(zhǎng)下，分別測(cè)其吸光度A1。再對(duì)其離心，在4 000r/min的轉(zhuǎn)速下離心1h，然后緩慢傾倒出液體，測(cè)其吸光度A2，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同濃度試樣溶液離心前后的吸光度

1.3.2 KD-03加土后吸光度和析水率實(shí)驗(yàn)[5]

將5%實(shí)驗(yàn)用鈉土，分別加入到配制好的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的均勻試樣溶液中，在4 000r/min的轉(zhuǎn)速下離心1h，然后準(zhǔn)確讀取上層液體的體積V，并傾倒出液體，測(cè)其吸光度A3。再將試樣在100℃下熱滾16h，冷卻后再進(jìn)行離心，并測(cè)吸光度A4。并做一個(gè)5%土的空白試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試樣溶液加土滾動(dòng)前后及離心后的吸光度和析水量

由表3、表4的數(shù)據(jù)可以看出，滾動(dòng)前后的數(shù)據(jù)相差不大，從滾動(dòng)會(huì)大大增加檢驗(yàn)周期和成本考慮，不采用滾動(dòng)后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。KD-03的吸附量可以表示為：X=A2-（A3-A0），式中A0為5%的新疆克拉瑪依試驗(yàn)用鈉土滾動(dòng)后的吸光度。析水率Y=V0/V× 100%，因此，可以計(jì)算出KD-03在不同濃度下的吸附量和析水率，見(jiàn)表5。

由表5可以看出，隨著KD-03濃度的增加，吸附量和析水率均逐漸增加，當(dāng)加量達(dá)到6%時(shí)，趨勢(shì)平緩，因此可以選用6%濃度的加量用以檢驗(yàn)KD-03的抑制性，吸附量和析水率越大，表示KD-03的抑制效果越好。

表5 不同濃度下KD-03的吸附量和析水率

1.3.3 對(duì)吸附量和析水率方法的評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證吸附量和析水率表征KD-03抑制能力的準(zhǔn)確度和代替三次巖屑回收率的合理性，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：選用6個(gè)不同批次的合格KD-03試樣，用6%的試樣濃度分別作三次巖屑回收率和吸附量、析水率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同批次KD-03巖屑回收提高率、吸附量和析水率

由表6可以看出，不同批次的KD-03在試樣濃度6%的情況下，三次巖屑回收提高率和吸附量、析水率的變化趨勢(shì)基本平行，所以可以用吸附量和析水率代替三次巖屑回收提高率。

1.4 聚胺TJX-1抑制性實(shí)驗(yàn)［6］

將10%試驗(yàn)用鈉膨潤(rùn)土分別加入到不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樣品水溶液中，按照GB/T 16783.1-2006用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定100r/min的讀數(shù)。按公式（3）計(jì)算相對(duì)抑制率。

式中：X為相對(duì)抑制率，%；Φ100為基漿在直讀式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)100r/min的穩(wěn)定讀數(shù)；Φ100′為試樣漿在直讀式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)100r/min的穩(wěn)定讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可以看出，1%加量時(shí)，相對(duì)抑制率為90%以上，同現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中的加量一致。故選用該加量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.5 對(duì)TJX-1相對(duì)抑制率方法的評(píng)價(jià)

由表8可以看出，不同批次的TJX-1在試樣濃度1%的情況下，三次巖屑回收提高率和相對(duì)抑制率基本吻合，所以可以用相對(duì)抑制率代替三次巖屑回收提高率。

表7 不同批次和不同濃度的TJX-1相對(duì)抑制率

表8 不同批次TJX-1巖屑回收提高率、相對(duì)抑制率

2 結(jié)論和建議

綜上所述，檢驗(yàn)三次巖屑回收提高率，KLG-1用頁(yè)巖膨脹降低率項(xiàng)目及相應(yīng)指標(biāo)、KD-03用析水率和吸附量項(xiàng)目及相應(yīng)指標(biāo)、TJX-1用相對(duì)抑制率項(xiàng)目及相應(yīng)指標(biāo)取代，方法可行，易于操作，省時(shí)省力，已經(jīng)用于生產(chǎn)檢驗(yàn)中。以上方法大大縮短了檢驗(yàn)周期，提高了人工效率，由原來(lái)的10多天縮短到現(xiàn)在的只需1～2天就能完成該項(xiàng)目的檢驗(yàn)。節(jié)約了購(gòu)買(mǎi)巖心的費(fèi)用和人員的工資成本，減少了水、電和巖心的浪費(fèi)，為及時(shí)保井提供保障，收到了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，對(duì)于處理劑質(zhì)量檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，該方法比三次巖屑回收提高率更合理、更科學(xué)。

[1]邱正松,黃維安,徐加放,等.改性多元醇防塌劑的研制及其作用機(jī)理研究[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,30 (6):51-54,58.

[2]沈麗，柴金嶺.聚合醇鉆井液作用機(jī)理研究進(jìn)展[J].山東科學(xué)，2005,18(1):18-23.

[3]甑鵬鵬，郭修成，張劍峰,等.聚胺鉆井液防塌劑機(jī)理初探及在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].山東化工，2014,43(3):102-104.

[4]王軍義，王在明，王棟.甲基葡萄糖甙鉆井液抑制機(jī)理研究[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2006，29（3）:62-65.

[5]張潔，張強(qiáng)，陳剛,等.強(qiáng)抑制性該性雜糖在鉆井液中的作用效能與機(jī)理研究[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)，2013,42(10):1-5.

[6]李懷科，田榮劍，羅健生，等.一種定量評(píng)價(jià)鉆井液用胺類抑制劑的新方法[J].鉆井液與完井液,2012，29（6）:51-53.

The main evaluation indicator of drilling inhibitors KLG-1,KD-03,TJX-1 is all"three times cuttings recovery increasing rate".It is not proper to use this index to evaluate the quality of the drilling inhibitors,because cuttings are not standard material,the li?thology of different blocks in different oilfields is different.And it is required that the recovery rate of cuttings in distilled water must be 50%～20%,and the cuttings to meet this requirement is difficult to be found.This evaluation method for drilling inhibitors both delays test cycle and affects the test result.Through analyzing the structural characteristics and action mechanism of the drilling inhibitors, their evaluation index replacing"three times cuttings recovery increasing rate"is determined separately:the shale swelling reducing ra?tio is used for KLG-1;the water separation rate and the adsorption capacity are used for KD-03;the relative inhibition rate is used for TJX-1.The evaluation results of these indexes are consistent with those of"three times cuttings recovery increasing rate".

well drilling;inhibitor;inspection method

尉立崗

2016-01-21

徐羅鳳（1962-）,女，現(xiàn)主要從事鉆井液處理劑質(zhì)量檢驗(yàn)及鉆井液體系科研試驗(yàn)工作。