抗高溫高密度柴油基油包水鉆井液主要性能影響因素分析

褚會(huì)麗，李 偉，張茂欣

(1.河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué)，河北 承德 067000；2.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；3.北京石大胡楊石油科技發(fā)展有限公司，北京 102249)

1 引言

與水基鉆井液相比，油基鉆井液具有抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑性好、熱穩(wěn)定性好、抗污染能力強(qiáng)、防腐性能佳等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為鉆探復(fù)雜深井/超深井、高溫高壓井、水平井/大位移井和強(qiáng)水敏性泥巖、大段含鹽膏地層等復(fù)雜地層的首選工作液[1-2]。柴油基油包水鉆井液是以柴油為連續(xù)相、鹽水為分散相，并添加乳化劑、親油膠體以及加重劑等處理劑所形成的穩(wěn)定的乳狀液體系，該鉆井液體系中處理劑種類(lèi)多，各處理劑間的相互作用及加量配比都影響著整個(gè)體系性能的變化。由于單因素法評(píng)價(jià)周期長(zhǎng)、工作量大，不能綜合考慮各處理劑之間的交互作用，為此筆者選用正交試驗(yàn)法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，研討柴油基油包水鉆井液主要性能的影響因素。

2 室驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

1)儀器：泥漿高速攪拌器、六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、泥漿杯加熱套、鉆井液密度計(jì)、電子天平、高溫高壓濾失儀、高溫滾子爐、電穩(wěn)定性測(cè)試儀、陳化釜。

2)材料：0#柴油，無(wú)水氯化鈣，HY-1#主乳，HY-1#輔乳，HY-1#潤(rùn)濕劑，有機(jī)土300D，降濾失劑氧化瀝青，氧化鈣，重晶石粉(產(chǎn)地四川，密度4.2 g/cm3)等，均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

2.2 實(shí)驗(yàn)配方

X mL 0#柴油+ X%主乳+ X%輔乳+ X%潤(rùn)濕劑+X mL(25%)CaCl2溶液+ X%有機(jī)土+ X%降濾失劑+ X%氧化鈣+重晶石(4.2 g/cm3)，加重至1.8 g/cm3，150 ℃熱滾16 h。

2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

本實(shí)驗(yàn)考慮10個(gè)影響因素，選用L27(313)正交表進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，其中A×B、A×C、A×D三對(duì)交互作用只占列，不需要水平設(shè)計(jì)。

表1 因素水平表

3 結(jié)果與討論

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果處理

本文采用極差分析法[3-4]處理試驗(yàn)結(jié)果，從而得到因素主次順序、最優(yōu)方案等。

3.2 柴油基鉆井液乳化穩(wěn)定性影響因素分析

從表2可以得出，顯著影響破乳電壓的因素是：輔乳化劑加量、油水比、主乳化劑與潤(rùn)濕劑交互作用、主乳化劑加量。輔乳化劑加量增大、ES增大；油水比增大、ES先平穩(wěn)后迅速增加；主乳化劑加量增大、ES稍降之后再增大。從表3可以得出，主乳加量少取一水平時(shí)、搭配潤(rùn)濕劑二水平可以獲得較優(yōu)的ES，潤(rùn)濕劑加量少取一水平時(shí)、搭配主乳三水平可以取得較優(yōu)的ES。

表3 主乳與潤(rùn)濕劑交互二元表(ES)

本實(shí)驗(yàn)中輔乳化劑對(duì)鉆井液體系的乳化穩(wěn)定性影響最大，這是因?yàn)镠Y-1#為磺酸鹽類(lèi)乳化劑，在鉆井液中部分輔乳化劑鈣化變?yōu)楦邇r(jià)金屬皂，起到了主乳化劑、輔乳化劑雙重作用。

3.3 柴油基鉆井液流變性影響因素分析

從表2可以得出，顯著影響流變性能的共同因素是有機(jī)土加量和油水比。由圖1可得：隨著有機(jī)土加量的增大，流變參數(shù)都呈增大趨勢(shì)；由圖2可得：隨著油水比的增大，塑性黏度與動(dòng)切力呈減小趨勢(shì)，初切力與終切力則是先減小后稍微增大。

圖1 有機(jī)土加量對(duì)流變參數(shù)的影響

圖2 油水比對(duì)流變參數(shù)的影響

3.4 柴油基鉆井液高溫高壓濾失性影響因素分析

從表2可以得出，影響高溫高壓濾失量的顯著因素是主乳加量、油水比、主乳潤(rùn)濕劑交互作用；主乳化劑加量越大、FLHTHP越小，油水比越大、FLHTHP越大。因此，當(dāng)降濾失劑在正常加量條件下，通過(guò)調(diào)整主乳化劑加量和油水比即可獲得良好的高溫高壓濾失性能。

從表4可以得出，主乳加量取一水平時(shí)、潤(rùn)濕劑加量取二水平可以獲得較低的FLHTHP，主乳加量取二水平時(shí)、潤(rùn)濕劑加量取三水平可以獲得較低的FLHTHP，主乳加量取三水平時(shí)、潤(rùn)濕劑加量的任意水平都滿足要求。

表4 主乳與潤(rùn)濕劑交互二元表(FLHTHP)

4 結(jié)論

(1)油水比是影響柴油基鉆井液各項(xiàng)性能的主要因素，在其它處理劑一定的情況下，油水比越大，鉆井液體系乳化性能越穩(wěn)定、流變參數(shù)越小、高溫高壓濾失量越大。

(2)主乳化劑與潤(rùn)濕劑交互作用既影響柴油基鉆井液乳狀液穩(wěn)定性，也影響柴油基鉆井液高溫高壓濾失性；主乳化劑加量取0.6%搭配潤(rùn)濕劑加量1.2%、主乳化劑加量取1.6%搭配潤(rùn)濕劑加量0.7%～1.7%均能獲得較高的破乳電壓、較低的高溫高壓濾失量。

(3)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出抗150 ℃密度1.80 g/cm3柴油基油包水鉆井液最佳配方：240 mL 0#柴油+1.6%HY-1#主乳化劑+(1.4%～1.9%)HY-1#輔乳化劑+(0.7%～1.7%)潤(rùn)濕劑+60 mL(25%)CaCl2溶液+(1.5%～2%)有機(jī)土300D+4.5%氧化瀝青類(lèi)-降濾失劑+1.5%氧化鈣+重晶石(4.2 g/cm3)加重至所需密度。