油基钻井液降黏剂的室内研究及评价
时间：2023-03-05 08:45:05 来源：千叶帆 本文已影响人
彭碧强，范 劲，谭枭麒
(1.川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司， 四川 成都 610051；
2.荆州市汉科新技术研究所，湖北 荆州 434000；
3.湖北省油田化学产业技术研究院，湖北 荆州 434000)
目前川渝地区页岩气钻井主要采用油基钻井液，具有井壁稳定性好、封堵性强、润滑优良等优点[1-2]。而川渝地区页岩地层压力系数普遍偏高，通常在2.0以上，为平衡地层压力，油基钻井液密度需在2.0 g·cm-3以上。由于油基钻井液配制成本高，为了降低综合开发成本，会对油基钻井液进行回收再利用[3-4]。由于钻进过程中的钻屑污染，油基钻井液中的固相含量通常超过40%，部分高密度油基钻井液老浆的固相含量超过50%[5]，造成体系固液比急剧增大，固相颗粒间碰撞几率增大，宏观表现为油基钻井液黏度明显增大。因此，在钻井后期及新钻井老浆重复利用时，如何对油基钻井液的流变性进行调控，成为钻井施工作业的主要难题。通常采用新老浆混配的方式调控流变性，但是该操作会提高油基钻井液配制及维护成本，增大油基钻井液后处理难度[6]。鉴于此，在分析油基钻井液增稠原因的基础上，室内研制适合川渝地区油基钻井液的降黏剂，并使用泸X井现场油基泥浆对其进行性能评价，以满足钻井作业施工和调控需要。
通过文献调研及对现场钻井液的性能进行分析，发现油基钻井液后期增稠原因主要包括以下几个方面：(1)固液比的改变。当油基钻井液固相含量由40%升至50%时，固液比由1∶1.5升至1∶1，上升比例为33%，分散相的增加及分散介质的减少叠加作用，使体系黏度增大。(2)固相润湿性的改变。重晶石及钻屑通常为水湿性表面，即在油基钻井液中分散时，固相颗粒表面会吸附一层水化膜，导致固相颗粒碰撞体积增加，在油基钻井液剪切时摩阻增大，宏观表现为油基钻井液黏度增大[7]。(3)胶质、沥青质含量的改变。目前，油基钻井液中的降滤失剂主要为沥青类降滤失剂，其中重质组分由于碳链较长、分子体积大，无法通过泥饼滤失进入地层而被截留在油基钻井液中，随着油基钻井液的重复利用，基液中的胶质、沥青质含量不断增加，导致基液黏度增大，体系黏度也随之增大[8]。
针对油基钻井液增稠原因，降低油基钻井液黏度可以通过以下几种途径：(1)降低固相含量；
(2)改变固相润湿性；
(3)分解大分子胶质、沥青质，降低基液黏度。但降低固相含量主要通过现场固控设备清除无用的固相颗粒，油基降黏剂降黏主要侧重于后两者。
室内合成了降黏剂MOVRM，其分子结构具有酰胺类活性基团，可以吸附于固相颗粒表面，将固相颗粒的润湿性由水湿转变为油湿；
同时，分子中包含长碳链基团，能够插入胶质、沥青质分子间，产生竞争吸附，使胶质、沥青质层片状结构的间距增大，在钻头水眼高剪切的作用下，打散结构，降低基液黏度。
3.1 泥浆性能测试
3.1.1 固相含量
对泸X井现场油基泥浆进行固相含量测试，测得泥浆水相体积4.5 mL、油相体积25 mL、泥浆密度1.974 g·cm-3、油相密度0.83 g·cm-3，计算得到油水比85∶15、平均固相密度3.54 g·cm-3、固相含量41%，其中低密度固相含量17.5%，即重晶石与低密度固相体积比约为6∶4，处于较高水平。
3.1.2 流变性能
对泸X井现场油基泥浆进行流变性能测试，并模拟现场使用情况，将泥浆加重至2.1 g·cm-3，不同密度下泥浆流变性能如表1所示。
表1 不同密度下泥浆流变性能
由表1可知，将泥浆加重至2.1 g·cm-3后，其塑性黏度(PV)提高了近一倍，这会对现场作业时流变性调控带来不利影响。
3.2 降黏剂性能评价
由于泸X井现场油基泥浆初始性能较正常，使用加重至2.1 g·cm-3的泥浆进行性能评价。
3.2.1 对泥浆流变性能的影响
在泥浆中加入不同量的降黏剂MOVRM，测试泥浆流变性能，热滚条件为100 ℃×16 h，测试温度为65 ℃，结果如表2所示。
表2 降黏剂MOVRM加量对泥浆流变性能的影响
由表2可知，降黏剂MOVRM加量为2%时，泥浆明显降黏，动切力(YP)降低率达到70%以上，且热滚后泥浆性能保持稳定。
3.2.2 对泥浆粒径分布的影响
为模拟降黏剂MOVRM对泥浆中胶质、沥青质胶团的影响，分别对2%降黏剂MOVRM加入前后泥浆的粒径分布进行测试，结果见图1。
由图1可知，加入2%降黏剂MOVRM后，D10由1.38 μm降至0.29 μm，D50由57.23 μm降至2.31 μm，泥浆中的大粒径胶团明显减小，D90由145.71 μm降至97.56 μm，说明MOVRM能够有效拆散泥浆中的胶质、沥青质胶团，降低泥浆黏度。
图1 降黏剂MOVRM加入前(a)后(b)泥浆粒径分布变化Fig.1 Change of particle size distribution of mud before(a) and after(b) addition of viscosity reducer MOVRM
在分析油基钻井液增稠原因的基础上，室内研制了一种酰胺类的油基钻井液降黏剂MOVRM，其通过吸附改变固相颗粒的润湿性，同时通过长直链插入胶质、沥青质层间，拆散胶质、沥青质结构，达到降黏效果。采用泸X井现场油基泥浆对降黏剂MOVRM进行性能评价，结果表明，降黏剂MOVRM加量为2%时，动切力降低率达到70%以上，泥浆粒径D90由145.71 μm降至97.56 μm，降黏效果良好，能够满足现场流变性调控及密度调整需要，具有广阔的应用前景。
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