抗高溫鉆井液用有機(jī)土的研制與評(píng)價(jià)

摘要：有機(jī)土是油基鉆井液的關(guān)鍵組成部分，其性能優(yōu)劣直接影響油基鉆井液的流變和攜巖性能。通過(guò)對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行鈉化和有機(jī)改性，得到通用于柴油和白油的有機(jī)土SGT-2。SGT-2可抗250℃高溫，90min膠體率可達(dá)100%，增粘提切能力強(qiáng)，其性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)有機(jī)土，與國(guó)外有機(jī)土性能相當(dāng)。SGT-2配制的全油基鉆井液體系性能優(yōu)良，完全能夠滿足鉆井工程的需要，推廣前景好。

關(guān)鍵詞：有機(jī)土；油基鉆井液；抗高溫；增粘提切

我國(guó)油氣資源開采已進(jìn)入中后期，深部地層和異常高溫地層等特殊地層的油氣勘探開發(fā)技術(shù)越來(lái)越受到全球石油開發(fā)行業(yè)的高度重視。鉆井液是上述特殊地層鉆探施工過(guò)程中的重要組成部分，而油基鉆井液由于抗高溫、抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑性好、抗污染能力強(qiáng)、儲(chǔ)層保護(hù)性好，得到國(guó)內(nèi)外的廣泛研究和應(yīng)用。有機(jī)土是油基鉆井液的重要組成部分，有較好的增粘提切、凝膠和一定的降濾失性能，其性能的好壞直接影響油基鉆井液尤其是全油基鉆井液的流變性和攜巖性能[1，2]。目前市面上的有機(jī)土，多數(shù)適用于柴油基鉆井液體系，普遍存在著增粘提切性能較差和膠體率低的問(wèn)題。部分還需要向體系中加入有機(jī)溶劑類有機(jī)土激活劑，由于存在不抗高溫、性能不穩(wěn)定和環(huán)境保護(hù)性能降低等問(wèn)題，大大限制了油基鉆井液的應(yīng)用。通過(guò)前期調(diào)研，選用遼寧某地的鈣基膨潤(rùn)土作為基礎(chǔ)原料，通過(guò)鈉化提純和有機(jī)改性，制備出了適用于柴油和白油基的通用型鉆井液用有機(jī)土SGT-2。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

遼寧鈣基膨潤(rùn)土；5#白油；0#柴油；碳酸鈉，化學(xué)純；焦磷酸鈉，化學(xué)純；長(zhǎng)碳鏈季銨鹽，90%工業(yè)品。

1.2鈉化提純

配制12-15%的鈣基膨潤(rùn)土原漿，升溫至65-70℃，加入3-4%碳酸鈉和0.5%左右的焦磷酸鈉分散劑，恒溫反應(yīng)2h，通過(guò)靜置沉降和離心分離等方法進(jìn)行提純，烘干粉碎即得鈉土。

1.3鈉化提純效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中優(yōu)化了膠質(zhì)價(jià)評(píng)價(jià)方法[3]，并采用正交設(shè)計(jì)法，以膨脹容和膠質(zhì)價(jià)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終獲得了理想性能的鈉土，其性能如表1所示。

通過(guò)分析可知，膨潤(rùn)土經(jīng)鈉化提純后蒙脫石含量顯著增加，膨脹容和膠質(zhì)價(jià)指標(biāo)大幅度提升。蒙脫石晶層間距由1.27nm降至0.98nm，這是由于鈉離子直徑小于鈣離子，鈉離子取代晶層間的鈣離子從而使得蒙脫石晶層間距減小。表1數(shù)據(jù)充分說(shuō)明膨潤(rùn)土鈉化提純效果顯著，滿足有機(jī)土對(duì)基礎(chǔ)原料的要求。

1.4有機(jī)土的制備

將自制鈉土分散于水中，升溫?cái)嚢杈鶆?，加入鈉土質(zhì)量40-60%的季銨鹽SDJ-1，反應(yīng)2-3h，經(jīng)過(guò)離心洗滌及壓濾等，去除雜質(zhì)及殘余SDJ-1，經(jīng)烘干粉碎過(guò)篩得到有機(jī)土SGT-2。

通過(guò)X射線衍射分析，有機(jī)土SGT-2層間距由0.98nm增大到1.89nm。這是由于季銨鹽改性劑分子鏈長(zhǎng)，基團(tuán)有一定的立體結(jié)構(gòu)，插入蒙脫石晶層間，使有機(jī)土晶層間距增大。

2有機(jī)土性能評(píng)價(jià)[4]

有機(jī)土主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為膠體率和高溫老化前后的流變性能。

2.1 膠體率

向200mL基液中緩慢加入2wt%有機(jī)土，同時(shí)高速攪拌15min，加入100mL具塞量筒至滿刻度，水平靜置。記錄90min和16h上層游離基液的體積V，膠體率（%）=[（100-V）/V]×100%。

2.2 流變性

向350mL基液中緩慢加入3 wt %有機(jī)土，高速攪拌20min，測(cè)量漿液的流變參數(shù)后倒入高溫老化罐中密封，在要求溫度下熱滾16h。取出冷卻至室溫，高速攪拌10min，測(cè)量漿液的流變參數(shù)。

2.3 基液中性能對(duì)比評(píng)價(jià)

以0#柴油和5#白油為基液，分別評(píng)價(jià)不同有機(jī)土的性能，熱滾溫度設(shè)定為200℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，有機(jī)土SGT-2無(wú)論是在柴油中還是在白油中都有較好的增粘提切和凝膠性能，膠體率高，分散性好。其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于國(guó)內(nèi)一般有機(jī)土，與Halliburton有機(jī)土HL-1性能接近，部分性能如膠體率和分散性等甚至優(yōu)于HL-1。在200℃老化后，有機(jī)土SGT-2在柴油中流變性能略有提高，而在白油中流變性能提高顯著。這是由于有機(jī)土SGT-2在白油中不如在柴油中分散性好，老化后有機(jī)土?xí)诎子椭羞M(jìn)一步分散，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而顯著提升流變性能。

2.4 抗溫性能評(píng)價(jià)

結(jié)論

（1）通過(guò)鈉化和有機(jī)改性得到的有機(jī)土SGT-2在柴油和白油中都有很好的分散性，膠體率高，流變性和凝膠性能好，抗溫性強(qiáng)，可達(dá)250℃。SGT-2綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)內(nèi)有機(jī)土，與國(guó)外有機(jī)土相當(dāng)。

（2）以5#白油為基液，由有機(jī)土SGT-2優(yōu)選配制出抗200℃高溫的全油基鉆井液。該鉆井液具有超強(qiáng)抑制性，較高的切力，老化后中壓濾失量為0，極低的高溫高壓濾失量，儲(chǔ)層保護(hù)性能好，完全能夠滿足鉆井工程的需要，具有較好的推廣前景。

作者簡(jiǎn)介：崔明磊，1979年生人，講師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)從事石油工程技術(shù)方面的授課和科研等工作。

（作者單位：山東勝利職業(yè)學(xué)院）