新型疏水締合聚合物鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

盧興國(guó)

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

隨著海上油田鉆井?dāng)?shù)量的不斷增多，對(duì)鉆井液的性能也提出了更高的要求，現(xiàn)有的鉆井液體系和鉆井液處理劑無(wú)法滿足海上復(fù)雜井的鉆井要求，因此，迫切需要研究性能更加高效的鉆井液體系[1-4]。近年來(lái)，水溶性聚合物在海上油田鉆井液體系中的使用較為常見(jiàn)，主要包括聚丙烯酰胺類、纖維素類、生物聚合物類以及植物膠類等，但這些聚合物的耐溫性能及抗鹽性能通常不佳，從而限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用[5-8]。疏水締合聚合物以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及性能成為國(guó)內(nèi)外眾多油田化學(xué)工作者的研究熱點(diǎn)。疏水締合聚合物在其親水性的分子鏈上含有一定量的疏水基團(tuán)，這些疏水基團(tuán)在水溶液中聚集纏繞，通過(guò)分子間和分子內(nèi)的締合作用形成一種超分子結(jié)構(gòu)，從而使溶液的黏度大幅度提高，且溶液性能穩(wěn)定，具有良好的耐溫性能、抗鹽性能及抗剪切性能[9-12]。

作者以新型疏水締合聚合物SDH-N為主要處理劑，研制一種新型疏水締合聚合物鉆井液體系，并在室內(nèi)對(duì)其綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

海水，取自南海；巖屑，取自某海上油田儲(chǔ)層段。

新型疏水締合聚合物SDH-N，自制；降濾失劑LV-PAC和SPNH、潤(rùn)滑劑RD-1、抑制劑YD-104、封堵劑FDJ-3、重晶石、膨潤(rùn)土、NaCl、CaCl2、MgCl2，工業(yè)品。

ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、ZNS-2型中壓濾失儀、GGS71型高溫高壓濾失儀，山東美科儀器有限公司；XGRL-4型高溫滾子加熱爐，青島恒泰達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司；多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)儀、高溫高壓巖心動(dòng)態(tài)污染儀，海安石油科研儀器有限公司；EP-2A型極壓潤(rùn)滑儀，青島泰峰儀器有限公司。

1.2 新型疏水締合聚合物鉆井液體系配方

通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，選擇新型疏水締合聚合物SDH-N為主要處理劑，輔以降濾失劑、潤(rùn)滑劑和抑制劑等處理劑，研制了一種新型疏水締合聚合物鉆井液體系，其配方為：3.0%海水土漿+0.6%SDH-N+0.3%降濾失劑LV-PAC+3.0%降濾失劑SPNH+2.5%潤(rùn)滑劑RD-1+3.0%抑制劑YD-104+5.0%封堵劑FDJ-3+重晶石加重至密度為1.4 g·cm-3。

1.3 新型疏水締合聚合物鉆井液體系的性能評(píng)價(jià)

1.3.1 耐溫性能

將新型疏水締合聚合物鉆井液體系分別在不同溫度下滾動(dòng)老化16 h，然后在室溫下使用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定其流變性，使用中壓濾失儀和高溫高壓濾失儀測(cè)定鉆井液體系的濾失量。

1.3.2 抗鹽性能

在新型疏水締合聚合物鉆井液體系中分別加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl、CaCl2和MgCl2，然后將鉆井液體系在120 ℃下滾動(dòng)老化16 h，測(cè)定其流變性和濾失量。

1.3.3 抑制性能和潤(rùn)滑性能

抑制性能：稱取一定質(zhì)量的過(guò)6～10目篩后的巖屑，加入到新型疏水締合聚合物鉆井液體系中，在120 ℃下滾動(dòng)老化16 h后，使用40目篩回收巖屑，清洗烘干后稱重，計(jì)算巖屑的滾動(dòng)回收率。

潤(rùn)滑性能：使用極壓潤(rùn)滑儀測(cè)定新型疏水締合聚合物鉆井液體系的極壓潤(rùn)滑系數(shù)，作為對(duì)比，測(cè)定不加潤(rùn)滑劑時(shí)鉆井液體系的極壓潤(rùn)滑系數(shù)，并計(jì)算潤(rùn)滑系數(shù)降低率。

1.3.4 抗污染性能

在新型疏水締合聚合物鉆井液體系中分別加入不同質(zhì)量的粉碎過(guò)篩后的巖屑，然后將其在120 ℃下滾動(dòng)老化16 h，測(cè)定其流變性和濾失量。

1.3.5 儲(chǔ)層保護(hù)性能

將人造巖心烘干后稱重，然后用標(biāo)準(zhǔn)鹽水飽和，備用；將巖心裝入驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置中，使用煤油正向驅(qū)替測(cè)定巖心的初始滲透率；取出巖心，使用新型疏水締合聚合物鉆井液體系反向污染4 h；使用煤油正向驅(qū)替測(cè)定巖心污染后的滲透率，計(jì)算巖心污染后的滲透率恢復(fù)值；將巖心污染端面切除0.5 cm后，繼續(xù)使用煤油正向驅(qū)替測(cè)定巖心切除端面后的滲透率，并計(jì)算巖心切除端面后的滲透率恢復(fù)值，以評(píng)價(jià)鉆井液體系的儲(chǔ)層保護(hù)性能。實(shí)驗(yàn)過(guò)程均在120 ℃下進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐溫性能

表1為新型疏水締合聚合物鉆井液體系在不同溫度下滾動(dòng)老化前后的性能測(cè)試結(jié)果。

由表1可知，隨著老化溫度的升高，鉆井液體系的黏度稍有下降，API濾失量和HTHP濾失量有所增加，但變化幅度均不大。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的耐溫性能，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持性能的穩(wěn)定，可以滿足不同地層溫度的鉆井需求。

表1 耐溫性能測(cè)試結(jié)果

2.2 抗鹽性能

表2為新型疏水締合聚合物鉆井液體系中加入不同類型鹽后的性能測(cè)試結(jié)果。

表2 抗鹽性能測(cè)試結(jié)果

由表2可知，加入不同類型的鹽后，鉆井液體系的流變性和濾失量稍有波動(dòng)，但變化幅度均不大。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的抗鹽性能，能夠滿足高鹽儲(chǔ)層對(duì)鉆井液性能的要求。這是由于，鉆井液體系中的新型疏水締合聚合物SDH-N的分子鏈中含有一定量的疏水基團(tuán)，使其在較低的濃度下就可以發(fā)生締合反應(yīng)，從而使整個(gè)鉆井液體系形成穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其抗鹽性能。

2.3 抑制性能和潤(rùn)滑性能

表3為新型疏水締合聚合物鉆井液體系的抑制性能和潤(rùn)滑性能測(cè)試結(jié)果。

表3 抑制性能和潤(rùn)滑性能測(cè)試結(jié)果/%

由表3可知，鉆井液體系對(duì)巖屑的平均滾動(dòng)回收率可以達(dá)到92.5%，鉆井液體系中加入潤(rùn)滑劑RD-1后，平均潤(rùn)滑系數(shù)降低率可以達(dá)到90.5%。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的抑制性能和潤(rùn)滑性能，能夠較好地抑制儲(chǔ)層巖屑水化分散，并可以有效減小鉆井過(guò)程中的摩擦阻力，滿足海上鉆井對(duì)鉆井液性能的要求。

2.4 抗污染性能

表4為新型疏水締合聚合物鉆井液體系的抗污染性能測(cè)試結(jié)果。

表4 抗污染性能測(cè)試結(jié)果

由表4可知，隨著巖屑加量的增加，鉆井液體系的黏度和切力不斷增大，API濾失量和HTHP濾失量也不斷增加，但變化幅度均不大。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的抗巖屑污染性能，能夠保證鉆井過(guò)程中鉆井液性能的穩(wěn)定，從而確保鉆井過(guò)程的順利進(jìn)行。

2.5 儲(chǔ)層保護(hù)性能

表5為新型疏水締合聚合物鉆井液體系的儲(chǔ)層保護(hù)性能測(cè)試結(jié)果。

表5 儲(chǔ)層保護(hù)性能測(cè)試結(jié)果

由表5可知，巖心經(jīng)過(guò)鉆井液體系污染后，滲透率明顯下降，滲透率恢復(fù)值只有50%左右。這是由于，新型疏水締合聚合物鉆井液體系中含有封堵性能較好的封堵劑FDJ-3，其能夠通過(guò)架橋作用在巖心端面及端面附近孔隙中形成有效暫堵，阻止鉆井液對(duì)巖心深部進(jìn)一步的污染；而將巖心污染端面切除0.5 cm后，巖心滲透率顯著升高，滲透率恢復(fù)值可以達(dá)到90%以上。表明，新型疏水締合聚合物鉆井液體系具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)性能，鉆井液體系對(duì)巖心的污染深度較淺，后期能夠通過(guò)射孔等作業(yè)解除污染。

3 結(jié)論

以新型疏水締合聚合物SDH-N為主要處理劑，研制了一種新型疏水締合聚合物鉆井液體系，其配方為：3.0%海水土漿+0.6%SDH-N+0.3%降濾失劑LV-PAC+3.0%降濾失劑SPNH+2.5%潤(rùn)滑劑RD-1+3.0%抑制劑YD-104+5.0%封堵劑FDJ-3+重晶石加重至密度為1.4 g·cm-3。該鉆井液體系具有較好的耐溫性能、抗鹽性能、抑制性能、潤(rùn)滑性能、抗污染性能以及儲(chǔ)層保護(hù)性能，能夠滿足海上油田鉆井施工對(duì)鉆井液性能的要求。