FK—1仿油性水基鉆井液的室內(nèi)研究

張川 高麗娜 宋元輝 趙海存 趙建

【摘要】油基鉆井液因其成分中含有一定量的有毒有害物質(zhì)，不能被生物所降解，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且成本高昂，故油基鉆井液的使用范圍和推廣受到了限制。近期研究、試制出公司代號(hào)為FK-1的新型水基鉆井液助劑。以該助劑為主要處理劑的鉆井液具有優(yōu)良的流變性、濾失性，較強(qiáng)的頁(yè)巖抑制性。同時(shí)還兼具轉(zhuǎn)化、維護(hù)處理簡(jiǎn)便的特點(diǎn)

【關(guān)鍵詞】頁(yè)巖 抑制 仿油性 水基鉆井液 鉆井液性能

1 FK-1的理化性能與機(jī)理

公司研究、試制出代號(hào)為FK-1的仿油性水基鉆井液助劑。FK-1屬葡萄糖衍生物，是多羥基、水溶性、低毒有機(jī)化合物。該物質(zhì)由淀粉降解，雙元催化劑作用下制得。實(shí)際產(chǎn)品為奶黃色、黃色。

FK-1分子結(jié)構(gòu)上具有的親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，在通過(guò)這些親油基團(tuán)，鉆井液不但可以改善泥餅質(zhì)量，降低泥包鉆頭，提高潤(rùn)滑性能，還可在一定程度上改變巖石的潤(rùn) 濕性。FK-1 分子結(jié)構(gòu)中的K+的水化能較低，并具有合適的離子半徑，能顯著抑制泥頁(yè)巖表面水化和晶層間水化，起到了泥頁(yè)巖的防塌效果。而FK-1分子結(jié)構(gòu)上的的親水基團(tuán)則可以吸附在井壁巖石和鉆屑上。在井壁上或在井壁附近巖石孔隙及裂縫中的吸附，達(dá)到使巖石表面親水性降低、不易吸水并有排水的作用，其結(jié)果不但可以降低水敏性地層的水化問(wèn)題，而且還可以減輕由于儲(chǔ)層粘土水化引起的儲(chǔ)層傷害問(wèn)題，從而有效阻止頁(yè)巖的水化膨脹，保持井壁穩(wěn)定。FK-1與MEG、甘油鉆井液等鉆井液一樣需要加量達(dá)到一定量才能真正顯示出類(lèi)似油基鉆井液的性能。

2 FK-1的性能評(píng)價(jià)2.1 對(duì)基漿性能影響

在4%的預(yù)水化好的膨潤(rùn)土漿中分別加入不同劑量的FK-1單劑，測(cè)量、記錄材料對(duì)性能的影響。

從上述兩圖可以看出，和基漿相對(duì)比，不同濃度加量的FK-1單劑，鉆井液老化前后的流變性變化不大，說(shuō)明FK-1單劑具有良好的流變性。伴隨加量增加，常溫濾失量和高溫高壓濾失量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明FK-1還具有一定的降濾失性。

2.2 FK-1單劑的頁(yè)巖滾動(dòng)回收率測(cè)定

取克拉瑪依油田8區(qū)泥巖樣本，在120℃的FK-1 鉆井液中熱滾16小時(shí)，計(jì)算巖屑回收率。結(jié)果顯示，伴隨FK-1單劑加量的增加，頁(yè)巖的回收率隨之增加，說(shuō)明FK-1單劑的頁(yè)巖抑制能力與加量成正比。當(dāng)FK-1單劑加量達(dá)到7%后，抑制效果的增強(qiáng)趨勢(shì)逐漸變緩。

2.3 FK-1潤(rùn)滑性能測(cè)試

在4%的預(yù)水化好的膨潤(rùn)土漿中分別加入不同劑量的FK-1單劑，用NZ粘滯系數(shù)測(cè)定儀分別測(cè)得不同濃度下的泥餅粘滯系數(shù)。在120℃下老化，分別利用E-P極壓潤(rùn)滑儀分別測(cè)定不同濃度下的潤(rùn)滑性。結(jié)果顯示，向基漿中加入FK-1單劑，鉆井液的潤(rùn)滑性能得到改善，且伴隨FK-1單劑加量的增加，鉆井液的潤(rùn)滑性能更加增強(qiáng)。

2.4 FK-1單劑抗污染性能測(cè)試

在4%的預(yù)水化好的膨潤(rùn)土漿中加入7%的FK-1單劑，分別進(jìn)行抗鹽侵（15%的NaCl），抗石膏侵（2%的CaSO4），抗鈣侵（1% 的CaCl2）試驗(yàn)。結(jié)果顯示：加入7%的FK-1單劑后，鉆井液在抗鹽、抗鈣抗石膏污染方面都具有一定的作用，鉆井液性能得到了改善，同時(shí)還在一定程度上降低了鉆井液濾失量。

2.5 FK-1加重試驗(yàn)

在4%的預(yù)水化好的膨潤(rùn)土漿中加入7%的FK-1進(jìn)行加重實(shí)驗(yàn)，將鉆井液常溫靜置24h后，測(cè)量其上下層密度分別加重至1.33 g/ cm3、1.41g/cm3和1.55g/cm3。

結(jié)果顯示：加入7%的FK-1單劑后，在不同密度下，鉆井液懸浮穩(wěn)定性基本能滿足加重至1.55 g/cm3，且其上下層密度差也小于2%。伴隨密度的升高，鉆井液呈現(xiàn)密度差逐漸大趨勢(shì)。

綜上所述，F(xiàn)K-1單劑具有較好的頁(yè)巖抑制能力和潤(rùn)滑性能，通過(guò)FK-1的加入，鉆井液性能得到顯著改善。在室內(nèi)研究過(guò)程中，鉆井液性能優(yōu)化結(jié)果隨FK-1加量成正比。但出于時(shí)間、經(jīng)濟(jì)等因數(shù)考慮，目前使用不低于7%加量。當(dāng)加量超過(guò)10%后，F(xiàn)K-1可視為性能優(yōu)良的潤(rùn)滑劑。

3 FK-1的鉆井液體系配方評(píng)價(jià)3.1 FK-1鉆井液體系配方確定

室內(nèi)試驗(yàn)將F K-1加量暫定7%，配伍其他化工材料進(jìn)行一系列優(yōu)選試驗(yàn)后，確定鉆井液配方：4%的膨潤(rùn)土漿+7%FK-1+0.4%CMC+0.7聚合物降濾失劑+0.3%聚合物降濾失劑+3%SMP-1+3%LS-1+2%QCX-1+1%WC-1+重晶石+0.2%XY-27+0.2%KOH。

3.2 FK-1鉆井液體系抑制性能評(píng)價(jià)

取50克克拉瑪依油田8區(qū)泥巖樣本，再倒入350ml鉆井液入老化罐，在120℃，熱滾16小時(shí)，計(jì)算巖屑回收率。結(jié)果顯示：FK-1單劑與輔助化工材料配伍良好，該體系配方巖屑回收率遠(yuǎn)高于FK-1單劑的巖屑回收率74.1%。

3.3 FK-1鉆井液體系抗鹽、鈣、石膏性能評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，加入4% CaSO4后，鉆井液體系的性能基本穩(wěn)定，但AV、PV、Gel、FL都在升高。當(dāng)加入10%NaCl后，體系仍具有良好的流變性，失水增加，粘切下降。當(dāng)加入10%劣質(zhì)土污染，失水減小，粘切上升，但體系仍具有良好的流變性?；究梢詽M足鉆井施工需要。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）FK-1具有良好的抑制性能，同時(shí)還兼具潤(rùn)滑性能。

（2）FK-1仿油基鉆井液體系具有良好的配伍性，體系配方簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化方便，維護(hù)方便。

（3）以FK-1為主劑的FK-1仿油基鉆井液體系穩(wěn)定，抗鹽、鈣及石膏污染能力強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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