高性能合成基鉆井液體系的構(gòu)建及功能的提升

聶攀攀(青海油田井下作業(yè)公司井下作業(yè)二大隊(duì)澀北配液站，青海 格爾木 816099)

0 引言

本文研究高性能合成基鉆井液體系的構(gòu)建過程以及整個(gè)合成鉆井液體系的重要性能。多年來，我國在生產(chǎn)開發(fā)資源時(shí)，使用的設(shè)備十分簡陋，采用的鉆井液性能不好，導(dǎo)致在鉆井的工作效率不高。據(jù)相關(guān)研究可知，目前我國采用的合成基鉆井液體系中乳化劑的耐熱性能不好，在高溫的情況下極易降解，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)合成基鉆井液體系不穩(wěn)定。所以通過提高合成基鉆井液體系的性能，讓高性能的合成基鉆井液體系在工作時(shí)更加穩(wěn)定，進(jìn)而提高整個(gè)鉆井過程的工作效率。

1 高性能合成基鉆井液體系的研制必要性

與其他油類產(chǎn)品不同，氣制油不僅不含有芳香烴，并且運(yùn)動(dòng)黏度更低，因此傳統(tǒng)的油基鉆井液處理劑應(yīng)用于氣質(zhì)油合成系統(tǒng)當(dāng)中，很難起到理想的應(yīng)用效果。

例如，原本柴油當(dāng)中有機(jī)土的應(yīng)用能夠在很大程度上提高柴油的黏度、膠體率，但由于氣制油中芳香烴的存在，有機(jī)土的作用大大降低，使得氣制油的黏度、膠體率無法達(dá)到正常柴油的標(biāo)準(zhǔn)；再例如，瀝青類產(chǎn)品的應(yīng)用，原本是油基鉆井液當(dāng)中重要的降濾失劑，但由于會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定污染，因此無法應(yīng)用于以環(huán)保為原則的氣制油合成基鉆井液當(dāng)中。

由此可見，氣制油實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的油基鉆井液處理劑進(jìn)行氣制油合成基鉆井液體系的配置，不僅很可能會(huì)導(dǎo)致鉆井液體系黏度低、切力差的情況，并且還存在重晶石沉降、高溫高壓濾失量大的問題。因此，若想得到高性能、環(huán)保型氣制油合成基鉆井液體系，便需要依托于更為先進(jìn)的處理劑來實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于以上氣制油合成基鉆井液體系的特殊要求，需要從有機(jī)土、降濾失劑兩方面著手，對(duì)氣制油合成基鉆井液處理劑進(jìn)行研究。同時(shí)，還需要結(jié)合之前研制的氣制油合成基鉆井液用乳化劑構(gòu)成完整的配套氣制油合成基鉆井液體系，并將其應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行深入分析與研究，最后根據(jù)反饋情況給予針對(duì)性調(diào)整。

2 高性能合成基鉆井液體系的研制

“高性能合成基鉆井液”主要是指溫度大于200℃、密度2.0g/cm3時(shí)，鉆井液具備濾失量小、低黏度和低切力的優(yōu)點(diǎn)。并且，重晶石的沉降穩(wěn)定性比較好。當(dāng)鉆井液在65℃下100r/min讀數(shù)不能過高，濾失量不超過5mL，重晶石沉降因子小于0.52，可以滿足地層鉆井技術(shù)需求。建立體系的關(guān)鍵性因素為開發(fā)抗溫超過200℃的乳化劑、降濾失劑、有機(jī)土。其中，乳化劑是保證鉆井液處在高溫下乳化穩(wěn)定的主要材料，對(duì)鉆井液的濾失性、流變性和固相顆粒油潤濕性可以發(fā)揮協(xié)同增效的作用?，F(xiàn)階段，國內(nèi)和國外傳統(tǒng)合成機(jī)鉆井液應(yīng)用的軟化劑所具備的抗溫性能較差，當(dāng)處在高溫環(huán)境下，便會(huì)出現(xiàn)降解。在這一情況下，導(dǎo)致體系穩(wěn)定性降低，例如，濾失量增加、高溫增稠，不能滿足高壓井、高溫的要求。除此之外，有機(jī)土、降濾失劑等核心材料的配伍性、熱穩(wěn)定性較為重要。

“氣制油合成基鉆井液體系”是具備環(huán)境保護(hù)的鉆井液體系，不僅具備抗鹽鈣侵和抗高溫、潤滑性能好等優(yōu)點(diǎn)，還具備機(jī)械鉆速快和運(yùn)動(dòng)黏度低等優(yōu)點(diǎn)?！皻庵朴秃铣苫@井液體系”具備潤滑性能好等優(yōu)點(diǎn)的原因是氣制油是借助天然氣利用催化加氫進(jìn)行合成，不含有胺和硫等有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境比較友好、易降解。并且，在40℃下，運(yùn)動(dòng)黏度較低，0#柴油與5#白油運(yùn)動(dòng)黏度分別是3.40mm2/s、3.86mm2/s，利于提升固相含量、降低鉆井液循環(huán)密度。

3 高性能合成基鉆井液體系的性能研究

3.1 凝膠性能

根據(jù)對(duì)氣制油性凝膠性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，DR-GEL 在氣制油中有著較高的黏度、切力，通過高溫分散后，其膠體率能夠達(dá)到98%左右。其外顯黏度為14mPa·s，塑性黏度為11mPa·s，在220℃的溫度范圍內(nèi)有著十分穩(wěn)定的性能。而DR-GEL 在對(duì)比國外有機(jī)土性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，常溫狀態(tài)下在氣制油中黏度切力和膠體率相對(duì)較低，凝膠性能相對(duì)較差。在經(jīng)過150℃的高溫老化后，有機(jī)土樣品的黏度、膠體率、切力等都相應(yīng)有所增加，通過分析出現(xiàn)這種情況可能是由于有機(jī)土樣品中添加了促凝膠激活劑，因高溫環(huán)境的影響，導(dǎo)致激發(fā)所致。在對(duì)其它幾種有機(jī)土樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，其樣品老化后凝膠性能變化不大，其凝膠性能相對(duì)較差。DR-GEL 在經(jīng)過高溫老化前，其本身在結(jié)構(gòu)上的層片間特點(diǎn)為大且疏松，證實(shí)有機(jī)插層劑能夠進(jìn)入潤土層片間，其層片狀態(tài)分布對(duì)有機(jī)土在氣制油中的分散較為有利。同時(shí)DR-GEL 的凝膠性能較為出眾，其膠體率和黏度切力相對(duì)較大。

3.2 熱穩(wěn)定性

圖1 為基于DR-FLCA 的TGA 熱分析曲線，分析圖1 可知，當(dāng)DR-FLCA 在室溫環(huán)境-230℃時(shí)，具備良好穩(wěn)定性能，此時(shí)，熱重?fù)p失低于2%，而當(dāng)室溫環(huán)境處于230～300℃間時(shí)，熱重曲線呈現(xiàn)出急劇下降趨勢(shì)，促使質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至70%；當(dāng)室溫處于300～650℃間時(shí)，熱重曲線降低趨勢(shì)逐漸緩和，此時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至50%。由此可見，氣制油合成基降濾失劑DR-FLCA 處于室溫為230℃時(shí)，此時(shí)熱穩(wěn)定性能處于最佳狀態(tài)。

圖1 DR-FLCA的TGA熱分析曲線

據(jù)DR-FLCA 與國內(nèi)外降濾失劑性能的相關(guān)調(diào)查可知，由自制降濾失劑產(chǎn)品、哈里伯頓、麥克巴所共同配制組成的氣制油合成基鉆井液體系，均具備良好的高溫高壓濾失性能、電穩(wěn)定性、流變性。而國外2 家公司配比形成的氣制油合成基鉆井液體系具備黏度較高的特點(diǎn)，其表觀黏度至少為50mPa·s，同時(shí)，在老化后，鉆井液黏度切力稍有下降，破乳電壓老化后，均會(huì)呈現(xiàn)不同程度降低現(xiàn)象。而處于600V 以上時(shí)，高壓、高溫濾失量較高。氣制油合成基體系經(jīng)一段時(shí)間老化后，破乳電壓將會(huì)由962V 逐漸升高至1175V，此時(shí)，具備較強(qiáng)的電穩(wěn)定性，同時(shí)高壓、高溫濾失量降低為2.8mL，而在表觀黏度方面，同國外所配置的降濾失劑氣制油合成基體系相比，至少相差25%。且國外所研制的降濾失劑氣制油合成基體系，在老化前后，流變性能具備較高一致性，且穩(wěn)定性更強(qiáng)，針對(duì)降低鉆井液體系ECD 而言，具備一定積極意義，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械鉆速的大幅度提升。而DR-FLCA 于氣制油合成基鉆井液體系中所生成的高溫高壓濾失泥餅堅(jiān)韌性、薄度均占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)，泥餅厚度僅達(dá)到2.0mm。

4 結(jié)語

與以往的合成基鉆井液相比，本文研究的高性能合成基鉆井液在高密度以及高溫的情況下仍然具有較好的低粘度和低切力，整個(gè)體系的濾失量也較低，整體性能更加穩(wěn)定，適用于高溫、高壓的復(fù)雜鉆井條件。