水溶性鉆井液加重劑的研制及性能評價(jià)初探

田惠，劉音，趙雷，張璐洋

（1.中國石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300457；2.渤海鉆探第五鉆井工程分公司，河北河間062465）

水溶性鉆井液加重劑的研制及性能評價(jià)初探

田惠1，劉音1，趙雷1，張璐洋2

（1.中國石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300457；2.渤海鉆探第五鉆井工程分公司，河北河間062465）

針對常用非溶性惰性加重劑使高密度鉆井液體系固相含量增加，流變性變差，制約機(jī)械鉆速提高的問題，開發(fā)了高性能水溶性鉆井液加重劑RSW1、RSW2。20℃時(shí)，RSW1飽和溶液密度為1.33 g/cm3，RSW2飽和溶液密度為1.56 g/cm3，兩產(chǎn)品抑制性能和抗鹽性能均較好。與目前市場上用量較大的水溶性加重劑Weigh2和Weigh3相比，RSW1、RSW2就單劑基本性能與其溶液密度、抑制性能和抗鹽性能相當(dāng)，甚至略好；體系性能、生物毒性及環(huán)保等性能還在進(jìn)一步評價(jià)中。

水溶性鉆井液加重劑；RSW1；RSW2；頁巖膨脹降低率；巖屑滾動(dòng)回收率

近年來，隨著勘探開發(fā)向深部地層發(fā)展，鉆遇的深井、超深井、高壓井的數(shù)量越來越多。為滿足鉆井工程需要，要求鉆井液密度合適，流變性好，抑制性強(qiáng)，濾失造壁性好[1]。常用的重晶石、石灰石和鐵礦粉等非溶性惰性加重材料雖然能使鉆井液的密度達(dá)標(biāo)，但卻使鉆井液體系固相含量過高，流變性變差，制約機(jī)械鉆速提高，腐蝕鉆具，甚至對油氣層產(chǎn)生影響，導(dǎo)致作業(yè)成本增加[2，3]。

1993年至今，以水溶性加重劑為主劑的有機(jī)鹽鉆井液體系在全世界已應(yīng)用幾百口井，并取得良好效果。國內(nèi)水溶性加重劑應(yīng)用較廣泛的是培康佳業(yè)技術(shù)有限公司的Weigh2和Weigh3，但售價(jià)較高，增大生產(chǎn)成本。

因此迫切需要自主研究一種高性能的水溶性鉆井液加重劑，解決井眼、成本、防腐及環(huán)保之間的矛盾。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要藥劑與儀器

高性能水溶性鉆井液加重劑RSW1、RSW2、北京培康佳業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司水溶性有機(jī)鹽加重劑Weigh2、Weigh3、鈣膨潤土、巖屑、氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等試劑均為工業(yè)級；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

精密電子天平、磁力攪拌器、NP-01頁巖膨脹測試儀、電熱鼓風(fēng)干燥箱、5軸高溫輥?zhàn)蛹訜釥t。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）高性能水溶性鉆井液加重劑RSW1、RSW2的制備：產(chǎn)品由主劑和副劑共混而得，其中主劑是鉀、鈉、胺等有機(jī)酸鹽、有機(jī)酸季銨鹽的混合物；副劑是鉀、鈉、胺的天然高分子改性后得到的產(chǎn)物[4]。

（2）加重劑加量與水溶液密度關(guān)系：配制不同加量的加重劑溶液，稱量10 mL溶液的質(zhì)量，并由此計(jì)算該加量下水溶液的密度。

（3）頁巖膨脹降低率的測定。配制幾種加重劑的飽和溶液（20℃），測定其浸泡巖心8 h的線性膨脹量，并計(jì)算頁巖膨脹降低率。

（4）巖屑滾動(dòng)回收率的測定：所用巖屑為濱深某井，3 228 m~3 546 m井段巖屑。配制幾種加重劑的飽和溶液，120℃/16h老化后，測定巖屑滾動(dòng)回收率。

（5）飽和溶液抗鹽性的測定：配制幾種加重劑的飽和溶液，分別加入氯化鈉、無水氯化鈣和氯化鎂，測定幾種鹽在飽和溶液中的最大溶解度。

2 結(jié)果與討論

2.1 加重劑加量與水溶液密度的關(guān)系

幾種水溶性加重劑加量與水溶液密度的關(guān)系（20℃）（見表1、表2）[5]。當(dāng)加量相同時(shí)，RSW1溶液與Weigh2溶液的密度幾乎相同，飽和溶液密度均達(dá)1.35 g/cm3；RSW2溶液與Weigh3溶液的密度幾乎相同，飽和溶液密度分別達(dá)1.55 g/cm3和1.56 g/cm3。

表1 RSW1、Weigh2加量與水溶液密度（20℃）關(guān)系

表2 RSW2、Weigh3加量與水溶液密度（20℃）關(guān)系

2.2 抑制性能評價(jià)

通過頁巖膨脹降低率和巖屑滾動(dòng)回收率兩種方法來表征幾種水溶性加重劑的抑制性能。

2.2.1 頁巖膨脹降低率幾種水溶性有機(jī)鹽飽和溶液浸泡巖心8 h的線性膨脹量及頁巖膨脹降低率（見表3）。飽和RSW1溶液浸泡巖心8 h的線性膨脹量為8.91 mm，巖心膨脹降低率為36.13%；Weigh2飽和溶液的為8.70 mm和37.63%，兩者差異很小，幾乎相同。飽和RSW2溶液浸泡巖心8 h的線性膨脹量為8.12 mm，巖心膨脹降低率為41.79%；Weigh3飽和溶液的為9.09 mm和34.84%，RSW2飽和溶液的抑制性明顯優(yōu)于Wejgh3。

2.2.2 巖屑滾動(dòng)回收率幾種水溶性加重劑飽和溶液120℃/16h老化后，巖屑的滾動(dòng)回收率（見表4）。120℃/16h老化后，RSW1飽和溶液的巖屑滾動(dòng)回收率為49.70%，Weigh2為41.58%，前者抑制性明顯優(yōu)于后者；RSW2飽和溶液的巖屑滾動(dòng)回收率為67.61%，Weigh3為59.96%，前者抑制性也明顯優(yōu)于后者。這與頁巖膨脹降低率的結(jié)果稍有出入。分析原因可能是：溫度升高使RSW1與RSW2中某些組分的抑制效果或幾種組分的協(xié)同抑制效果增強(qiáng)。

表3 幾種水溶性有機(jī)鹽飽和溶液浸泡巖心8 h的巖心線性膨脹量及頁巖膨脹降低率

表4 幾種水溶性加重劑飽和溶液120℃/16 h老化后巖屑滾動(dòng)回收率

為了驗(yàn)證該分析的正確性，將120℃/16h老化后的飽和溶液取濾液，繼續(xù)做頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)，結(jié)果（見表5）。120℃/16h老化后，RSW1、Weigh2和RSW2浸泡巖心8 h線性膨脹量較常溫均有所下降，頁巖膨脹降低率也有所上升；而Weigh3的幾乎沒變，這說明之前的分析正確，而且溫度升高后RSW1與RSW2的抑制性增強(qiáng)。

2.3 飽和溶液抗鹽性

配制幾種水溶性加重劑的飽和溶液，分別加入氯化鈉、無水氯化鈣和氯化鎂，測定幾種鹽在飽和溶液中的最大溶解度，結(jié)果（見表6）。幾種水溶性加重劑飽和溶液的抗鹽率幾乎相當(dāng)。

表5 幾種水溶性有機(jī)鹽飽和溶液120℃/16h老化后浸泡巖心8 h的巖心線性膨脹量及頁巖膨脹降低率

表6 幾種鹽在水溶性加重劑飽和溶液中的最大溶解度（20℃）

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）研制了高性能水溶性鉆井液加重劑RSW1、RSW2，對其溶液密度、抑制性和抗鹽性進(jìn)行了評價(jià)。20℃時(shí)，RSW1飽和溶液密度為1.35 g/cm3，RSW2飽和溶液密度為1.56 g/cm3，兩產(chǎn)品抑制性能和抗鹽性能均較好。

（2）與目前市場上用量較大的水溶性加重劑Weigh2和Weigh3相比，RSW1、RSW2就單劑基本性能與其溶液密度、抑制性能和抗鹽性能相當(dāng)，甚至略好。

（3）RSW1、RSW2在有機(jī)鹽鉆井液體系的性能及生物毒性、環(huán)保等性能還在進(jìn)一步評價(jià)中。

［1］匡韶華，蒲曉林，柳艷麗.超高密度水基鉆井液濾失造壁性控制原理［J］.鉆井液與完井液，2010，27（5）：8-11.

［2］黃維安，等.高密度鉆井液加重劑的研究［J］.國外油田工程，2010，26（8）：37-40.

［3］王琳，林永學(xué)，楊小華，等.不同加重劑對超高密度鉆井液性能的影響［J］.石油鉆探技術(shù)，2012，40（3）：48-53.

［4］培康佳業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司.有機(jī)鹽（Weigh）鉆井液、完井液技術(shù)［G］.2012：4-5.

Preparation and performance evaluation of water soluble drilling fluid weighting agent

TIAN Hui1，LIU Yin1，ZHAO Lei1，ZHANG Luyang2
（1.Engineering Technology Research Institute，BHDC，Tianjin 300457，China；2.The Fifth Drilling Engineering Branch，BHDC，Hejian Hebei 062465，China）

Adding of the insoluble weighting agents increase the solid content of the drilling fluid system,worsen rheological performances,and restrict the increase of ROP.Aimd at these outstanding problems,new soluble weighting agents RSW1,RSW2were developed.Lab evaluation tests showed that the density of RSW1saturated solution was 1.33 g/cm3,and RSW2was 1.56 g/cm3in 20℃.Their inhibition performances and salt resistances were both very good.Compared with soluble weighting agents Weigh2and Weigh3used at present,the solution densities,inhibition performances and salt resistances were almost equal,or even better in some aspects.System performances,biological toxicity and environmental performances are still testing,and dates will publish later on.

water soluble drilling fluid weighting agent；RSW1；RSW2；shale expansion reduction percentage；cutting roller recovery

TE254.1

A

1673-5285（2017）02-0152-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.037

2016－10-14

2017－02-13

田惠，女（1982-），碩士研究生，主要從事鉆井液方面的研究工作，郵箱：th0409.student@sina.com。