一種新型油基鉆井液用高溫降濾失劑的研制

荊 鵬

（天津中海油服化學(xué)有限公司，天津 300459）

在油基鉆井液作業(yè)過程中，傳統(tǒng)作業(yè)方式一般均采用瀝青類材料（如氧化瀝青、改性瀝青和天然瀝青等）作為油基體系降濾失劑，來達到控制體系HTHP失水和兼顧體系穩(wěn)定性的目的[1，2]。目前瀝青類材料在使用過程中存在一定的問題需解決：（1）在體系老化循環(huán)一段時間后，“老漿”有明顯的增黏現(xiàn)象，且通過外部調(diào)整，作用不明顯，即導(dǎo)致體系的使用壽命縮減，不利于成本控制；（2）瀝青材料自身結(jié)構(gòu)特點，其在高溫后易產(chǎn)生S和N類化合物，對作業(yè)有較大的風(fēng)險隱患；（3）隨著目前環(huán)保意識的加強，對油基鉆井液處理后產(chǎn)生的大量瀝青類廢棄物等問題，沒有很好的解決方案。本研究就是針對以上問題，研制出新型油基鉆井液降濾失劑解決以上問題，同時其應(yīng)用性能又能達到傳統(tǒng)瀝青材料的性能要求[3-9]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

CaCl2（天津勤達威化工有限公司，工業(yè)級），CaO（天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司，分析純），有機膨潤土（上海永研化工科技廠，工業(yè)級），重晶石（廣州市東泰防護材料有限公司），0#柴油（中石化），5#白油（天津凱威永利聯(lián)合化學(xué)有限公司），磺化褐煤樹脂（工業(yè)級），氣制油（殼牌SAR185V），天然瀝青（工業(yè)級，10%灰分），改性瀝青（工業(yè)級），PF-MOEMUL乳化劑（自產(chǎn)），PF-MOMET潤濕劑（自產(chǎn)），PF-FLITER-2降濾失劑（自產(chǎn)）。

1.2 實驗儀器

變頻高速攪拌機（青島海通達專用儀器廠），23D型破乳電壓儀（Fann Instrument Company Houston Texax USA），滾子加熱爐（青島膠南分析儀器廠），ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計（青島膠南分析儀器廠），GZX-9070MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），高溫高壓失水儀（青島宏煜琳石油儀器有限公司）。

1.3 數(shù)據(jù)測定方法

高溫高壓濾失量是按照石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)SY/T6453-2000進行測定；破乳電壓值是按照石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)SY/T6615-2005進行測定；油基泥漿流變性能是按照ASTM C1752-2011進行；油基泥漿抗污染實驗按照GB/T15541-1995進行。

1.4 實驗原理

采用C5石油樹脂和EVA樹脂（乙烯-乙酸乙烯共聚物），兩種高分子聚合物為主要原料，以惰性材料為輔助材料，研制的新型油基鉆井液用高溫降濾失劑，其特點兩種高分子材料在高溫下形成的高分子黏流態(tài)，其黏度低且穩(wěn)定性好，易與油基鉆井液體系形成穩(wěn)定乳化液，使體系更加穩(wěn)定；同時在高溫作用和地層壓力傳導(dǎo)下，在泥漿和井壁之間形成模狀結(jié)構(gòu)，有效的形成物理和化學(xué)吸附，有利于控制體系失水，防止漏失和保障井壁穩(wěn)定，形成的泥餅更薄且具有韌性；新型油基鉆井液用高溫降濾失劑全部采用環(huán)保材料，在鉆井液后續(xù)處理方面，也有較大的成本優(yōu)勢。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同降濾失劑對油基鉆井液體系的影響

以0#柴油為基礎(chǔ)油，以25%CaCl2水溶液為液相，油水比90/10，180℃溫度下老化，密度1.5 g/cm3（其他助劑加量，1.8%PF-MOEMUL，1.5%PF-MOMET，2.0%有機膨潤土，3.5%氧化鈣，3.0%降濾失劑。通過配制的油基泥漿鉆井液體系性能指標(biāo)的變化，來比較不同降濾失劑對體系影響，數(shù)據(jù)和結(jié)論（見表1）。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，PF-FLITER-2降濾失劑在HTHP濾失量方面與其他材料相當(dāng)，流變性能上要優(yōu)于瀝青類材料，即在180℃老化后，其黏度基本保持與基漿一致，而常規(guī)的瀝青類材料，因其高溫軟化的問題，即在老化后會有一定幅度的增黏現(xiàn)象；另PFFLITER-2在油基鉆井液體系中有較好的乳化穩(wěn)定性，體現(xiàn)在其有較高的破乳電壓值（較其他材料高出40%）。

2.2 溫度對不同降濾失劑作用的影響

以5#白油為基礎(chǔ)油，25%CaCl2水溶液為液相，油水比為85/15，配制密度為2.0 g/cm3的油基泥漿鉆井液（其他助劑加量2.5%PF-MOEMUL，2.5%有機膨潤土，1.2%PF-MOMET，3.0%氧化鈣，3.0%～5.0%降濾失劑。通過改變不同的熱滾溫度（120℃～240℃），來考察其濾失量和沉降穩(wěn)定性能。

表1 不同降濾失劑對油基鉆井液性能的影響

圖1 不同溫度下不同降濾失劑HTHP濾失量

表2 不同溫度對油基鉆井液沉降穩(wěn)定性能的影響

2.2.1 溫度對不同降濾失劑鉆井液體系HTHP失水的影響 如上述體系，采用不同降濾失劑，測定其體系不同溫度下的HTHP濾失量（見圖1）。

從圖1數(shù)據(jù)了解到，采用PF-FLITER-2降濾失劑（4#），其抗溫可滿足 240℃，與改性瀝青（2#）效果相近，進一步說明新型高溫降濾失劑可滿足高溫體系，其HTHP濾失量與同類型產(chǎn)品性能指標(biāo)相當(dāng)。

2.2.2 溫度對不同降濾失劑鉆井液體系沉降穩(wěn)定性的影響 在120℃～240℃溫度范圍內(nèi)分別測定不同降濾失劑體系（采用圖1配方）24 h沉降穩(wěn)定性，具體數(shù)據(jù)（見表2）。

從表2數(shù)據(jù)可以看出PF-FLITER-2（4#）材料配制油基鉆井液體系，其沉降穩(wěn)定性最好，主要原因是新型抗高溫降濾失劑體系中聚合物材料的黏溫特性的優(yōu)勢，在高溫作用下，可更有效進行乳化，從而不容易形成死沉降。

2.3 連續(xù)老化對不同降濾失劑體系性能的影響

以圖1基礎(chǔ)白油基體系為基準(zhǔn)鉆井液體系，分別對三個時間維度24 h、48 h和72 h，考察連續(xù)老化對不同降濾失劑體系作用，通過流變性，破乳電壓和HTHP濾失量，結(jié)果（見表3）。

從表3中數(shù)據(jù)可以了解到，從連續(xù)老化時間24 h～72 h，4#鉆井液體系維持了較高的鉆井液性能，其他降濾失劑體系均在黏度和HTHP濾失量兩個指標(biāo)上明顯升高（性能變差），充分證明了新型高溫降濾失劑其在連續(xù)老化作用下，展現(xiàn)了很好的泥漿穩(wěn)定性能。

2.4 油基鉆井液體系典型配方

分別例舉了在不同基礎(chǔ)油、不同密度、溫度、油水比等因素條件下，新型抗高溫降濾失劑-油基鉆井液典型實例（見表4）。從表4中的典型實例數(shù)可以了解到，該油基鉆井液，密度和溫度的可調(diào)性高（1.1 g/cm3～2.4 g/cm3，120 ℃～240 ℃）；流變性能優(yōu)良；乳化穩(wěn)定性高（ES＞450 V）；高溫高壓失水量低（＜8 mL）。說明該油基鉆井液性能優(yōu)良，有利于提高鉆具機械效率，有效保障地層的穩(wěn)定性。

表3 連續(xù)老化對降濾失劑作用影響

表4 油基鉆井液體系典型實例和性能

2.5 降濾失劑生物毒性實驗

新型抗高溫降濾失劑PF-FLITER-2，其單劑與185V氣制油生物毒性實驗（見表5），由表5中數(shù)據(jù)可知，其單劑生物毒性等級均為無毒，其優(yōu)良的環(huán)保性能對油基鉆井液后續(xù)處理有較好的輔助作用。

3 結(jié)論

（1）采用C5石油樹脂和EVA樹脂為主要原料，制備新型抗高溫降濾失劑，其單劑性能，與其他降濾失劑材料相對比，在降濾失效果，流變性能以及環(huán)保等方面具備很大優(yōu)勢。

（2）新型抗高溫降濾失劑在油基鉆井液體系中溫度可達240℃、最高密度滿足2.4 g/cm3；水相濃度范圍（10%～30%）條件下，流變性能穩(wěn)定、電穩(wěn)定性良好、HTHP濾失量＜10 mL且可調(diào)性較高。

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