钻井液及其处理剂抑制性评价方法的室内研究

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　2000年2月

PETROL EUM 　DR I LL I N G 　T ECHN I QU ES

Feb .,2000

收稿日期:1999—12—21

国家863项目:863-820-09-01-03A 部分成果论文。第一作者联系电话:(0716)8340430

!固井与泥浆#

钻井液及其处理剂抑制性评价方法的室内研究

罗春芝1　曾繁涤1　向兴金2　谢齐平2　赖燕玲2

(11华中理工大学化学系,湖北武汉　430074;21江汉石油学院化工系,湖北荆州　434102)

主题词:　钻井液滤液　钻井液添加剂　抑制　粘土膨胀　评价　分析方法　实验室试验　实验数据摘　要:　介绍了室内评价钻井液及处理剂抑制性的四种方法及实验。实验结果表明,页岩滚动回收率法能直观地反映出钻井液及处理剂抑制性强弱,而且与现场反馈的资料相吻合;比表面法测无机盐抑制性时可比性较好,但测大分子阴离子型处理剂时误差大;体积膨胀法测无机盐和非极性处理剂抑制性时可比性较好;高温高压膨胀法能模拟温度、压力,所测数据可以与页岩滚动回收率法相对应,可比性强。

中图分类号:T E 25414　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1001200(2000)0120035202

　　钻井液及其处理剂抑制性的好坏是优选钻井液体系的重要条件之一。因此,处理剂抑制性评价方法的科学性、可操作性是非常重要的。处理剂抑制性的室内评价方法比较多,目前常用的方法有页岩滚动回收率法、体积膨胀法、亚甲基兰比表面积法和高温高压膨胀法。为了分析评价它们的可操作性和科学性,笔者用这几种方法对无机盐、大分子聚合物、聚合醇和常用的几种钻井液体系滤液的抑制性分别进行了评价。评价结果表明,不同类型的防塌剂应采用不同的评价方法进行评价。

一、试验方法及仪器

1.页岩滚动回收率法

仪器:滚子加热炉,高速搅拌器,天平,泥浆分样筛。取含土7%的基浆350m l 于高搅杯中,加入待评价的处理剂后高速搅拌15～20m in ,使处理剂充分分散,然后将其倒入滚子炉老化罐中,再加入6～10目钻屑30g 后搅匀,在60℃下滚动6h 后,用40目筛过滤出未分散的钻屑,干燥称重为W ,计算页岩滚动回收率(W 30×100%)。回收率越大,处理剂抑制性越强;反之抑制性越差。

2.体积膨胀法

仪器:离心机,天平,量筒,移液管。

取三支离心管,在第一支管中盛015g 钠膨润土,10m l 煤油;第二支管中盛015g 钠膨润土,10m l 水;第三支管中盛015g 钠膨润土,10m l 一定浓度的待测处理剂溶液。水化2h 后,用离心机高速离心20m in ,测定煤油中膨润土体积为V 0,水中膨润土体积为V 1,待测处理剂中膨润土为V 2。计算防膨率P =(v 1-v 2) (v 1-v 0)×100◊。P 越大,抑制性越好,反之,抑制性越差。

3.亚甲基兰比表面积法

仪器:751分光光度计,离心机,分析天平,容量瓶,烘箱,

干燥器等。

先配制不同浓度的亚甲基兰溶液,用751分光光度计测出不同浓度下的吸光值,作出标准工作曲线。然后选用一定浓度的亚甲基兰溶液,加入待测处理剂的粘土溶液,使其二者充分作用,离心取出上部清液,测亚甲基兰浓度C ,根据式(1)计算比表面积法防膨率Z 。防膨率Z 越大,抑制性越好,反之抑制性越差。

Z =

S 0-S s

S 0

×100◊(1)

式中,S o 为水化粘土在亚甲基兰溶液中的比表面积,m 2 m g ;Z 为防膨率,%;S s 为比表面积,m 2 m g 。其计算式如下:

S s =

2145×10-

3

(C 0-C )V

W

b

(2)

式中,C o 为初始亚甲基兰溶液浓度,m g l ;C 为离心后亚甲基兰溶液浓度,m g l ;V 为亚甲基兰体积,m l ;W b 为粘土质量,g 。

4.高温高压膨胀法

仪器:高温高压膨胀仪,天平,干燥器,高速搅拌器。称取14g 已烘干的钠膨润土,在115M Pa 的压力下压成直径为<2148c m 、长为215c m 左右的“岩心”,将该“岩心”放置到高温高压岩心筒中。在一定的温度、压力下,记录不同时间的“岩心”总长度的增长量及增长率,以蒸馏水为标准,计算处理剂防膨率。

防膨率=

蒸馏水膨胀率-处理剂膨胀率

蒸馏水膨胀率

×100%

试验所用的高温高压膨胀仪是笔者所在项目组根据国家863大位移水基钻井液技术研究课题设计开发出的一台高智能

仪器,能模拟井下温度及压力,计算机自动跟踪记录数据、处理数据,作出时间与膨胀高度、时间与膨胀率之间的关系曲线。

二、试验结果及分析

用上述四种方法对现场常用的无机盐大分子、聚合醇、水

表1　　无机盐处理剂抑制性的室内评价结果

处理剂浓度

%

页岩滚动

回收率

%

体积防膨率

%

比表面

防膨率

%

高温高压

防膨率

%

KC l 1107010651365138711 3108313781574159510 5108410811377109612

N aC l 1105010671365129415 3107118751277139610 5106910811379129717

CaC l21105010531563129113 3107317751278159612 5107210871581129712

M3170115713501150178411 0136917571565148415 015781512128819

JM H 0113510301225193915 0134113401536114617 0154512471537155219

7%膨润土浆1612

表2　　大分子处理剂抑制性的室内评价结果

处理剂浓度

%

页岩滚动

回收率

%

体积防膨率

%

比表面

防膨率

%

高温高压

防膨率

%

PF2p lus 0114010111511155112 012581711114197519

D rispac 01134135137155011 012571571417156714

FA367011371527154115115 012591324116197418

XCD 011321511176174317 012411711154156013

表3　　聚合醇水基防塌润滑剂抑制性的室内评价结果

处理剂浓度

%

页岩滚动

回收率

%

体积防膨率

%

比表面

防膨率

%

高温高压

防膨率

%

JL X2A 13215291519155416 34612371817156919 558191611148113

JL X2B 128171610151211 3451320177157212 5591225178118518

JL X2C 13315141117156611 34719261511148112 56015381612139017

JL X-D 12715161516186914 34317241610158213 55715281811159112

实验条件11℃,6h室温室温315M Pa,110℃表4　　钻井液滤液抑制性的室内评价结果

钻井液滤液页岩滚动

回收率

%

体积防膨率

%

比表面

防膨率

%

高温高压

防膨率

%

80A51聚合物5715211741158115

小阳离子7312501840158513

PE M8317671260159616

油基泥浆9715901399159915

合成基9713911399159912

由表1可见,四种评价方法所得数据都具有相同规律,证

明这4种方法评价无机盐处理剂的抑制性均具有可行性。所得

数据与以上处理剂本身在现场实际应用时的防塌抑制性是相

吻合的,证明其具有科学性和可操作性。

由表2可见,页岩滚动回收率法和高温高压膨胀法所得数

据有很好的可比性,而体积法和亚甲基兰比表面积法所得数据

可比性不强。这主要是因为大分子处理剂吸附在粘土上,使粘

土悬浮而不易沉积,从而使体积膨胀法的评价结果产生较大误

差。用比表面积法时,由于大分子阴离子型处理剂与亚甲基兰

阳离子反应而导致所测数据产生较大误差。因此,大分子阴离

子型处理剂抑制性的室内评价宜采用页岩滚动回收率法和高

温高压膨胀法。

由表3可见,四种评价方法中,页岩滚动回收率法和高温

高压膨胀法对比性最强,试验所得数据与理论结果更为符合。

试验中笔者选用了浊点分别为40～50,50～60,100～110,110

～120的JL X2A,JL X2B,JL X2C,JL X2D水基防塌润滑剂,若

实验所用温度在试剂浊点范围内,则其抑制性表现出来,否则

抑制性表现不明显。如JL X2C、JL X2D在110℃时抑制性最强。

由表4可见,四种钻井液滤液抑制性的评价方法可比性都

比较好。但为了操作方便,且结果比较直观,建议用页岩滚动

回收率法和高温高压膨胀法进行室内对比评价。

三、结　　论

1.钻井液及其处理剂抑制性的室内评价方法有页岩滚动

回收率法、体积膨胀法、比表面积法和高温高压膨胀法。

2.页岩滚动回收率法评价钻井液及其处理剂的抑制性具

有直观、与现场反馈资料相吻合的特点,且评价各类处理剂及

钻井液的抑制性均具有可比性。

3.高温高压膨胀法能模拟现场温度及压力,且评价各类处

理剂和钻井液均具有可比性。

4.体积膨胀法和比表面积法不仅操作繁琐,而且只能评价

无机盐、非离子型小分子类处理剂的抑制性。

参　考　文　献

1　张高波、吴锰1防塌剂的防塌机理及对应的评价方法1钻井液与完

井液,1999,16(1):33～341

2　张克勤、陈乐亮1钻井技术手册(二),北京:石油工业出版社,19871

3　樊泽霞,高锦屏,郭东荣1泥页岩水化作用综合评价1石油钻探技

术,1999,27(6):26～27.

4　夏俭英,樊泽霞1评价页岩膨胀性能的简便方法1石油钻探技术,

20(2):43～45.

5　严新新,李辉,肖平1钻井液添加剂对粘土固相粒度分布的影响1

石油钻探技术,1996,24(2):24～25.

作　者　简　介

罗春芝(女),19年生。1986年毕业于重庆石油专科学

校。现为华中理工大学化学系在读硕士研究生,工程师。

曾繁涤,1942年生。1965年毕业于成都科技大学。现任华

中理工大学化学系教授,博士生导师。

向兴金,1962年生。1984年毕业于西南石油学院。现任江

汉石油学院化工系教授。

谢齐平,19年生。1986年毕业于重庆石油专科学校,现

任江汉石油学院石油工程系工程师。

赖燕玲(女),1956年生。1994年毕业于湖北大学。现任

汉汉石油学院助理实验师。

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・石　　油　　钻　　探　　技　　术　　　　　　　　　　　　　　2000年2月