改性瀝青在鉆井液中的應(yīng)用研究

張　黎，杜　森，李華峰，任香梅，李王娜（西安石油大學(xué)，陜西西安　710065）

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改性瀝青在鉆井液中的應(yīng)用研究

張黎，杜森，李華峰，任香梅，李王娜
（西安石油大學(xué)，陜西西安710065）

摘要：在疏松地層等復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，由于鉆井液的濾失而形成井壁黏土水化膨脹，造成井壁坍塌的危害，為了解決這一問題，通常需要加入各種鉆井液添加劑，來抑制黏土膨脹，降低鉆井液的濾失量，防止鉆井過程中的井壁塌陷等問題。本論文通過正交實(shí)驗(yàn)考察了系列改性瀝青材料對(duì)鉆井液黏度，濾失，摩阻等性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)瀝青加量為0.15 %，搬土加量為6 %，CMC用量為0.2 %時(shí)，鉆井液的濾失、黏度等性能達(dá)到最優(yōu)化。最后通過電子顯微鏡觀察最優(yōu)配方下的濾餅結(jié)構(gòu)，分析其性能。結(jié)果證明，改性瀝青材料具有較好的降濾失作用和造壁性能，有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：鉆井液；瀝青；濾失；黏度

1　前言

目前，國內(nèi)外使用的降失水劑品種較多，根據(jù)降失水劑的作用機(jī)理，可分為兩大類，固體微粒材料和水溶性高分子材料[1]。改性瀝青是一種應(yīng)用較廣泛的固體微粒材料，本文采用實(shí)驗(yàn)室制備的改性瀝青材料，以瀝青的用量、瀝青種類、膨潤土的用量以及CMC的用量為因素，以鉆井液的黏度、密度、摩阻、濾失、pH等為指標(biāo)，測(cè)試鉆井液的性能[2-5]。采用正交試驗(yàn)法等優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，探索瀝青對(duì)低固相鉆井液的性能影響（見表1～表4，圖1～圖12）。

圖1　瀝青加量對(duì)黏度的影響

圖2　瀝青種類對(duì)黏度的影響

圖3　CMC加量對(duì)黏度的影響

圖4　搬土用量對(duì)黏度的影響

圖5　瀝青加量對(duì)濾失量的影響

圖6　瀝青種類對(duì)濾失量的影響

圖7　CMC加量對(duì)濾失量的影響

圖8　搬土用量對(duì)濾失量的影響

圖9　瀝青用量對(duì)摩阻的影響

圖10　瀝青種類對(duì)摩阻的影響

圖11　CMC加量對(duì)摩阻的影響

圖12　搬土用量對(duì)摩阻的影響

表1　因素水平表

表2　以黏度為指標(biāo)的最優(yōu)配比

表3　以濾失量為指標(biāo)的最優(yōu)配比

表4　以摩阻為指標(biāo)的最優(yōu)配比

降濾失劑性能的好壞可以從泥餅被降濾失劑作用前后的形貌變化和韌性變化來判斷[6]。本試驗(yàn)以瀝青材料，納米材料為降濾失劑，得到的泥餅在電鏡下觀察其形貌變化和泥餅的韌性情況（見圖13）。

圖13　加入改性瀝青的鉆井液濾餅表面結(jié)構(gòu)電鏡圖

2　結(jié)論

（1）通過對(duì)正交實(shí)驗(yàn)得到的最優(yōu)配比條件進(jìn)行驗(yàn)證后，可以看出：瀝青鉆井液與普通鉆井液相比，在濾失，黏度和摩阻方面等都有著較好的效果。綜合考慮下當(dāng)瀝青加量為0.15 %，搬土加量為6 %，CMC用量為0.2 %時(shí)達(dá)到最優(yōu)工藝。

（2）通過觀察鉆井液的濾餅，發(fā)現(xiàn)添加瀝青降濾失劑后的濾餅上瀝青分散均勻。使用電子顯微鏡觀察濾餅后，發(fā)現(xiàn)濾餅的結(jié)構(gòu)緊密、韌性較強(qiáng)，由此可知，瀝青材料有堵塞濾餅孔隙和使濾餅更加致密柔韌的作用，所以瀝青鉆井液有著良好的造壁性能。

（3）本實(shí)驗(yàn)還應(yīng)該從改性瀝青材料的化學(xué)組成和表面結(jié)構(gòu)入手，對(duì)其作用原理可進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

參考文獻(xiàn)：

［1］張高波，吳錳.防塌劑的防塌機(jī)理及對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)方法［J］.鉆井液與完井液，1999，16（1）：33-34.

［2］姚福林.瀝青類鉆井液處理劑［J］.油田化學(xué)，1989，6（2）：176- 184.

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［4］李淑廉.瀝青類鉆井液處理劑防塌機(jī)理研究［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［5］周衛(wèi)峰，原健安，戴經(jīng)梁.影響粘附性的瀝青性質(zhì)分析［J］.石油瀝青，2003，17（3）：22-25.

［6］吳志均，楊憲民，唐紅君.泥餅質(zhì)量評(píng)價(jià)方法探討［J］.鉆井液與完井液，1997，14（6）：6-8.

Study on application of modified asphalt in drilling fluid

ZHANG Li，DU Sen，LI Huafeng，REN Xiangmei，LI Wangna
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Abstract:Drilling in complicated geological structure loose strata under, because drilling fluid filtrate and the formation of the clay hydration expansion,cause the harm to borehole collapse, in order to solve this problem,usually need to join the various kinds of drilling fluid additives,to suppress the clay swelling,reduce the loss of drilling fluid filter,to prevent the problem of borehole drilling in the process of collapse.The experiment adopted different modified asphalt materials on drilling fluid viscosity, filtration was studied by orthogonal experiment,effects of the friction properties.The experimental results show that,when the asphalt dosage 0.15 %,remove the earth quantity is 6 %,the dosage of CMC is 0.2 %,the drilling fluid filtrate,viscosity and other properties to achieve the optimization.Finally,observe the cake structure under the optimal formula by electron microscope,the analysis of its performance.Results show that,the modified asphalt material has good filtration reduction loss and wall building property,has good application prospects.

Key words：drilling fluid；asphalt；fluid loss；viscosity

作者簡介：張黎，女（1976-），講師，西安石油大學(xué)教師，從事油田化學(xué)品的合成與應(yīng)用研究工作，郵箱：zhangli@xsyu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：陜西省省級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目“聚合物/膨潤土納米復(fù)合材料的制備及其在鉆井液中的應(yīng)用”，項(xiàng)目編號(hào)：1036。

*收稿日期：2016－01-19

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.008

中圖分類號(hào)：TE254.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）03-0029-04