一種新型油基鉆井液堵漏劑研究

2016-04-27 06:05:40王正良王雙成長江大學化學與環境工程學院湖北荊州434023

長江大學學報(自科版) 2016年7期

王正良,王雙成　(長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州 434023)

一種新型油基鉆井液堵漏劑研究

王正良,王雙成(長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州 434023)

[摘要]結合油基鉆井液的性能要求及頁巖地層特性，選用剛性惰性堵漏材料、吸油膨脹性材料、吸水膨脹性材料、復合纖維材料、油溶性封堵材料、表面活性劑等，研制了一種新型油基鉆井液堵漏劑(YMD)，并對YMD與油基鉆井液的配伍性能、YMD油基堵漏鉆井液對砂床的堵漏效果、YMD油基堵漏鉆井液對微裂縫地層的堵漏效果進行了室內評價。室內評價結果表明，YMD與油基鉆井液的配伍性能良好；YMD油基堵漏鉆井液對高滲透地層及微裂縫地層具有良好的堵漏效果，堵漏承壓能力均大于8.0MPa。該油基鉆井液堵漏劑的研制對頁巖氣油基鉆井液的應用具有十分重要的意義。

[關鍵詞]油基鉆井液堵漏劑；配伍性；堵漏

近年來，頁巖氣開發在我國發展十分迅速，在重慶涪陵、四川長寧、威遠等地已相繼建立起了國家頁巖氣示范中心，頁巖氣產量已超過60×108m3[1]。頁巖氣鉆井開發主要采用油基鉆井液[2,3]，由于頁巖地層的不穩定性以及頁巖地層微裂縫發育普遍，在鉆井過程中容易產生誘導裂縫[4,5]，經常發生油基鉆井液漏失。油基鉆井液配制成本高，油基鉆井液的漏失將造成很大的材料浪費，產生巨大的經濟損失，并延誤鉆井周期。因此，油基鉆井液堵漏劑的研制是頁巖氣鉆井開發急需解決的問題。下面，筆者結合頁巖地層特性及油基鉆井液的性能要求，研究了一種新型的油基鉆井液堵漏劑YMD。

1新型油基鉆井液堵漏劑的研制及其作用機理

1.1新型油基鉆井液堵漏劑的研制

結合油基鉆井液的性能要求及頁巖地層特性，選用剛性惰性堵漏材料、吸油膨脹性材料、吸水膨脹性材料、復合纖維材料、油溶性封堵材料、表面活性劑等，按一定比例，經過高溫混合、冷卻、粉碎處理，得到一種粒徑小于0.9mm的顆粒或粉末材料，即油基鉆井液堵漏劑，代號YMD。

1.2作用機理

YMD作用機理如下：剛性堵漏材料通過大顆粒架橋、小顆粒填充模式，封堵大孔道或微裂縫，封堵強度高；吸油膨脹性材料通過吸油形成具有一定彈性與粒徑分布的材料，充填剛性堵漏材料架橋形成的孔隙，降低油基鉆井液漏失，且與油基鉆井液配伍性能好；復合纖維材料可增強摩擦、提高架橋能力及封堵強度作用；吸水膨脹性材料通過吸收部分油基鉆井液中的水分，提高油基鉆井液的電穩定性，提高破乳電壓；表面活性劑可提高堵漏劑在油基鉆井液中的分散性、潤濕性和配伍性能。

2性能評價

2.1YMD與油基鉆井液的配伍性能評價

油基鉆井液堵漏劑與油基鉆井液的配伍性能評價主要考察堵漏劑用到油基鉆井液中后油基鉆井液的流變性能、電穩定性及降濾失性能的變化。室內選取市場上常用的油基鉆井液，分別加入不同濃度油基鉆井液堵漏劑YMD，測量熱滾前后油基鉆井液的性能變化情況。試驗結果見表1。

表1　YMD與油基鉆井液配伍性能

注：油基鉆井液配方為柴油+3.0%～4.0%乳化劑+0.6%潤濕劑+0.5%乳化增黏提切劑+20%鹽水+2.0%有機土+2.0%CaO+4.0%

降濾失劑+重晶石，密度ρ=1.5g/cm3，油水比80∶20，熱滾條件為120℃×16h，流變性數據在50℃下測得；AV為表觀黏度；

PV為塑性黏度；YP為動切力；YP/PV為動塑比；ES為破乳電壓；FLAPI為常溫濾失量；FLHTHP為高溫高壓濾失量。

由表1可知，油基鉆井液分別加入不同濃度的YMD后，油基鉆井液的流變性(AV、PV、YP、YP/PV)、電穩定性(ES)及降濾失性能(FLAPI、FLHTHP)均變化很小，且隨著YMD濃度的增加，油基鉆井液熱滾前后破乳電壓均有所提高，濾失量均有適當降低。因此YMD與油基鉆井液的配伍性能良好。

2.2YMD油基堵漏鉆井液對砂床的堵漏效果評價

1)堵漏評價方法。依照標準《鉆井用橋接堵漏材料室內試驗方法》(SY/T5840-2007)在高溫高壓堵漏試驗儀上安裝一定粒徑分布的石英砂床或者不同寬度的堵漏縫隙板對加有YMD的油基堵漏鉆井液的堵漏效果進行評價，油基堵漏鉆井液配制的體積為2000ml，試驗溫度為80℃。

2)效果評價。砂床堵漏效果可考察對高滲透地層的封堵能力，室內評價了YMD油基堵漏鉆井液對20～40目、10～20目2種砂床的堵漏效果，試驗結果見表2。

表2　YMD對不同砂床的堵漏效果

由表2可知，對20～40目砂床，未加YMD的鉆井液漏失量很大，在8.0MPa壓力下發生全漏失，加入3%YMD后，鉆井液的漏失量降為0ml；對10～20目砂床，未加YMD的鉆井液在1.0MPa壓力下發生全漏失，加入3%YMD后，鉆井液的總漏失量降為174.7ml，加入5%YMD后，鉆井液的總漏失量降為35ml；YMD油基堵漏鉆井液對20～40目、10～20目2種砂床的堵漏承壓能力均大于8.0MPa。因此，YMD油基堵漏鉆井液對高滲透地層具有良好的堵漏效果。

2.3YMD油基堵漏鉆井液對微裂縫地層堵漏效果評價

頁巖地層存在較多的微裂縫發育，導致油基鉆井液的漏失。室內評價了YMD油基堵漏鉆井液對0.5、1.0mm微裂縫地層的堵漏效果。試驗結果見表3。

由表3可知，對0.5mm裂縫，未加YMD的鉆井液漏失量很大，加入3%YMD后，鉆井液的總漏失量降為10m，加入5%YMD后，總漏失量降為1m；對1.0mm微裂縫，未加YMD的鉆井液在1.0MPa壓力下發生全漏失，加入3%YMD后，鉆井液的總漏失量降為105ml，加入5%YMD后，鉆井液的總漏失量降為80ml；YMD油基堵漏鉆井液對于0.5、1.0mm 2種微裂縫的堵漏承壓能力均大于8.0MPa，因此YMD油基堵漏鉆井液對微裂縫地層具有良好的堵漏效果。