水基鉆井液防泥包劑的研制

崔曉艷

水基鉆井液防泥包劑的研制

崔曉艷

（中石油長城鉆探工程技術研究院鉆井液研究所，遼寧 盤錦 124010）

針對鉆井過程中的鉆頭泥包問題，從改變泥漿潤濕性出發，搜集了目前國內外常用的潤濕翻轉劑，對其進行復配，通過實驗優選出了最佳配方：十二烷基三甲基溴化銨+OT+OP-10，該配方對鉆井液性能影響較小，能有效降低表面張力以及接觸角。

防泥包；潤濕翻轉；接觸角；表面張力

鉆頭是破碎泥巖的主要工具，鉆頭的型號、鉆井液的性能與所鉆地層的巖性是否相適應，直接影響著鉆進的機械鉆速。鉆進過程中，希望鉆頭盡可能地發揮作用，從而達到鉆進速度快、鉆進效率高等目的。但往往鉆頭在井底作業時會出現這樣那樣的問題，鉆頭泥包現象就是問題之一。泥包[1]是由于鉆頭在鉆進過程中切削出的泥質巖屑遇水后不能及時排離井底而粘附于鉆頭上，其后果是大幅度降低機械鉆速，所以，在泥頁巖地層，預防及消除鉆頭泥包是一個不容忽視的技術問題。

通常情況下，鉆頭發生泥包與鉆井液性能有直接關系[2]。本研究是通過對十二烷基三甲基溴化銨，琥珀酸二辛酯磺酸鈉，聚氧乙烯壬基苯酚醚，十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑進行復配，通過對接觸角、表面張力和對聚合物鉆井液性能的影響三個方面進行評價，優選出了具有較好潤濕翻轉性能的防泥包劑，從而改變鉆井液的潤濕性，在鉆頭上形成一種親油的膜，來防止鉆頭泥包現象的發生[3-5]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

聚乙二醇1 000，聚乙二醇10 000，十二烷基三甲基溴化銨，琥珀酸二辛酯磺酸鈉，聚氧乙烯壬基苯酚醚，十二烷基苯磺酸鈉（化學純），鉆井液用膨潤土。

1.2 實驗方法

1.2.1 基漿的配置

準確量取10 L水，加入25 g碳酸氫鈉，500 g膨潤土，高速攪拌1 h，放置24 h。

1.2.2 溶劑的配置

配置10%聚乙二醇1 000、聚乙二醇10 000，過濾后備用。

1.2.3 表面活性劑的互配

一種表面活性劑時，2 g溶于20 mL配置好的溶劑中；兩種表面活性劑時，各1 g溶于20 mL配置好的溶劑中；3種表面活性劑互配時，各0.7 g溶于20 mL配置好的表面活性劑中。

1.2.4 性能測試

取4 mL配置好的表面活性劑加入400 mL基漿中，高速攪拌30 min，測定其性能、接觸角及表面張力。

2 實驗結果

2.1 溶劑的確定

以聚乙二醇1 000溶液、聚乙二醇10 000溶液和水為溶劑，分別對十二烷基三甲基溴化銨、琥珀酸二辛酯磺酸鈉、聚氧乙烯壬基苯酚醚、十二烷基苯磺酸鈉，四種表面活性劑進行評價，從而優選出最佳溶劑。

表1 十二烷基三甲基溴化銨在不同溶劑中的性能

由表1可以看出，水作為溶劑的時候，鉆井液的粘度和動切力都有所升高，但是它不能有效降低接觸角及表面張力。聚乙二醇溶液作為溶劑時，大幅度降低鉆井液的粘度，提升鉆井液的動切力，并且能夠降低鉆井液的接觸角以及表面張力。

表2 琥珀酸二辛酯磺酸鈉（OT）在不同溶劑中的性能

由表2可以看出，琥珀酸二辛酯（OT）在三種溶劑中能夠降低鉆井液的粘度，提高鉆井液的動切力，并且可以大幅度減小接觸角以及表面張力。在聚乙二醇溶液作為溶劑時，鉆井液體系表面張力降低幅度較大。

表3 聚氧乙烯壬基苯酚醚（OP-10）在不同溶劑中的性能

其中，用聚乙二醇10 000作為溶劑時，起泡特別明顯。由表3中的數據可已看出，聚氧乙烯壬基苯酚醚在這3種溶劑中對鉆井液粘度影響不大，能小幅度的提高鉆井液的動切力，能夠有效的減小接觸角和表面張力。

表4 十二烷基苯磺酸鈉在不同溶劑中的性能

由表4可看出，十二烷基苯磺酸鈉在不同溶劑中對鉆井液性能、接觸角、表面張力影響差距很小。

從以上數據可以看出，雖然水作為溶劑時對鉆井液性能影響較小，但是它不能有效的降低接觸角以及表面張力。

聚乙二醇1 000與聚乙二醇10 000比較，降低接觸角以及表面張力的能力相似，而其中OP-10在聚乙二醇10 000中起泡比較明顯，并且聚乙二醇1000比聚乙二醇10 000對聚合去鉆井液性質影響稍小，所以選擇聚乙二醇1 000作為溶劑。

這4種表面活性劑中OT的效果較好。

2.2 表面活性劑互配后的評價

表5 琥珀酸二辛酯磺酸鈉（OT）在不同溶劑中的性能

由表5可看出，OT與十二烷基苯磺酸鈉互配后接觸角與表面張力明顯降低，對鉆井液性能影響不大，且起泡不明顯；OT與OP-10、十二烷基三甲基溴化銨互配后接觸角與表面張力明顯降低，對鉆井液性質影響不大，且起泡不明顯；其中十二烷基三甲基溴化銨與OT、十二烷基苯磺酸鈉不互溶；OP-10與OT、十二烷基苯磺酸鈉互配后接觸角與表面張力降低明顯，但是對鉆井液性能影響較大，且起泡明顯；十二烷基三甲基溴化銨與OP-10、十二烷基苯磺酸鈉復配后接觸角與表面張力明顯降低，且起泡不明顯。

3 結 論

聚乙二醇作為溶劑能夠有效的降低鉆井液的表面張力以及接觸角，并且對鉆井液性能影響不大。

配方：十二烷基三甲基溴化銨＋OP-10＋十二烷基苯磺酸鈉對鉆井液性能影響較小，能有效降低表面張力以及接觸角，可作為聚合物水基鉆井液防泥包劑使用。

[1] 張金龍，于占國，吳志懷，等. 鉆頭泥包原因及對策分析[J].油地質與工程，2008, 22(3)：97-99.

[2] 張毅，孫友宏，任露泉鉆頭泥包的土壤動物仿生學分析研究[J]. 探礦工程，2008（2）：41-43.

[3] 徐同臺，趙忠舉. 21世紀初國外鉆井液和完井液技術[M]. 石油工業出版社，2004.

[4] 鄧傳光，朱明玉，黃焰，等. PDC鉆頭泥包原因分析及對策[J]. 鉆采工藝, 2006, 29（6）：127-128.

[5] 李世忠. 鉆探工藝學[M] . 北京:地質出版社,1989．

Development of Anti-balling Agent in Water-based Drilling Fluid

（CNPC GWDC Engineering and Technology Research Institute Drilling Fluid Branch, Liaoning Panjin 124010, China）

Aiming at the problem of bit balling in the drilling process, in order to change wettability of mud, common wetting reversion agents were compounded, the best formula was determined as follows: dodecyl trimethyl ammonium bromide + OT + OP-10. The formula has little effect on drilling fluid performance, and can effectively reduce the surface tension and contact angle.

anti-balling ; wetting reversal; contact angle; surface tension

2017-05-08

崔曉艷（1977-），女，工程師，遼寧省盤錦市人，2000年畢業于西安工程大學環境工程專業，現從事油田化學和鉆井液技術研究工作。

TE 254

A

1004-0935（2017）07-0632-03