一種復合型油基鉆井液用乳化劑的研制

王勇強 王京光 吳滿祥（川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018）

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一種復合型油基鉆井液用乳化劑的研制

王勇強 王京光 吳滿祥
（川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018）

摘 要：目前我國在開發(fā)頁巖氣及非常規(guī)氣藏的過程中使用的油基鉆井液主要是含土相油基鉆井液，采用有機土作為增粘劑、懸浮重晶石。在應(yīng)用過程中暴露出高密度條件下含土相油基鉆井液流變性差、起下鉆不暢、易粘卡等問題，亟需開發(fā)一種新型油基鉆井液解決上述難題。為此研制出復合型乳化劑，圍繞高性能的復合型乳化劑為核心構(gòu)建無土相油基鉆井液體系，解決了無土相體系電穩(wěn)定性弱、懸浮穩(wěn)定性差的技術(shù)難題。該體系流變性好，電穩(wěn)定性強，配方簡單，無須使用潤濕劑，克服了以往高密度鉆井液必須使用潤濕劑、副乳化劑，體系配方復雜，在實際使用過程中操作維護繁瑣等問題。打破了國外鉆井液公司對油基鉆井液核心處理劑的壟斷，該體系的研制為頁巖氣及其他非常規(guī)氣藏規(guī)模開發(fā)提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：乳化劑；油基；鉆井液；頁巖氣；無土相

目前我國在開發(fā)頁巖氣及非常規(guī)氣藏的過程中使用的油基鉆井液主要是含土相油基鉆井液，采用有機土作為增粘劑、懸浮重晶石。在應(yīng)用過程中暴露出高密度條件下流變性差、起下鉆不暢、易粘卡引發(fā)井下復雜事故、固相含量高、當量循環(huán)密度高，易誘發(fā)井漏等難題，亟需開發(fā)一種新型油基鉆井液解決上述難題。例如四川某區(qū)塊JH-11井與QL-6井在鉆遇高壓層位壓井時，誘發(fā)漏失，鉆井液直接經(jīng)濟損失均超過600萬元，JH-11井漏失油基鉆井液450m3，處理復雜損失工時28天。QL-6井漏失油基鉆井液520m3，處理復雜損失工時35天，井漏的同時也伴隨嚴重得井控風險。

乳化劑是油基鉆井液的核心處理劑，對于油基鉆井液體系的性能好壞起著至關(guān)重要的作用。此前有土相油基鉆井液體系用乳化劑用于無土相鉆井液體系中普遍存在破乳電壓低、高密度條件下流變性差、加重材料易沉降等缺點。并且目前國內(nèi)的油基鉆井液乳化劑均分為主乳化劑和副乳化劑，二者必須配合使用，同時高密度油基鉆井液必須使用潤濕劑對加重材料進行潤濕防止加重材料沉淀，造成高密度鉆井液體系配方復雜，在實際使用過程中操作維護繁瑣，對現(xiàn)場操作人員的技術(shù)水平要求較高。我們以大分子量脂肪酸與有機胺的反應(yīng)產(chǎn)物復配天然植物脂肪酸，研制出復合型乳化劑G326-HEM，以該乳化劑為核心，使用油溶性聚合物提高鉆井液的黏度和切力，代替有機土構(gòu)建了無土相油基鉆井液體系。

1. 乳化劑的評價

由于復合型乳化劑G326-HEM不需要與副乳化劑復配使用，其自身具有對加重材料的潤濕功能因此配制高密度油基鉆井液也無須使用潤濕劑，以該乳化劑為核心構(gòu)建無土相油基體系，與以往含土相油基鉆井液相比極大簡化了體系配方。通過配方試驗得到無土相油基鉆井液基本配方：基礎(chǔ)油+16%氯化鈣鹽水+復合型乳化劑G326-HEM+2.0%氫氧化鈣+4.0%降濾失劑G328+1.0%增粘劑+0.5%提切劑+加重材料。

1.1 乳化劑的用量

在無土相油基鉆井液中，由于沒有有機土的協(xié)同作用，鉆井液體系的電穩(wěn)定性差，為此測試了復合型乳化劑G326-HEM加量與體系電穩(wěn)定性能的關(guān)系，試驗結(jié)果如圖1所示。

當乳化劑加量為3%時，體系的破乳電壓達到850V，已經(jīng)能夠滿足需要，表明在無土相油基鉆井液中即使沒有有機土及其他副乳化劑的協(xié)同作用，復合型乳化劑G326-HEM也能起到良好的乳化效果。

1.2 乳化劑的潤濕性能

選用市售SPAN-80作乳化劑，G326-HEM作為體系的潤濕劑，測試了不同G326-HEM加量下密度為2.00g/cm3的鉆井液在180℃*16h熱滾后密度，以此考察乳化劑G326-HEM的潤濕性能。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖1　乳化劑用量與體系的破乳電壓

圖2　乳化劑的潤濕性能

圖3　測試未加G326-HEM樣品后的轉(zhuǎn)子

圖4　測試加G326-HEM的樣品后的轉(zhuǎn)子

表1　不同密度下鉆井液的性能

圖6　靜切力對比

當G326-HEM加量低于1.0%時，重晶石沒有完全被潤濕，大量沉淀導致熱滾后密度下降較多，測試流變性時六速儀轉(zhuǎn)子上粘有大量重晶石，如圖3所示。隨著G326-HEM加量的增加，熱滾后體系的密度也隨著上升，測試流變性后六速儀轉(zhuǎn)子僅沾有少量鉆井液，如圖4所示。表明G326-HEM對于加重材料的潤濕性較好。當G326-HEM加量大于2%時，體系的密度增加趨緩，加量為2%時，熱滾前后鉆井液的密度分別為2.00g/cm3和1.96g/cm3，因此選用G326-HEM加量為2%～3%。

2. 鉆井液體系的性能評價

2.1 不同密度下的流變性

按照無土相油基鉆井液基本配方：基礎(chǔ)油+16%氯化鈣鹽水+3.0%復合型乳化劑G326-HEM+2.0%氫氧化鈣+4.0%降濾失劑G328+1.0%增粘劑+0.5%提切劑+加重材料。測試不同密度條件下無土相油基鉆井液的流變性能，試驗結(jié)果見表1。

由表1結(jié)果可知，隨著油基鉆井液密度的升高，粘切也相應(yīng)升高，因此鉆井液的油水比也應(yīng)該升高，防止流變性過高。無土相油基鉆井液密度可達2.40g/cm3，流變性依然良好。

2.2 無土相與含土相油基鉆井液對比

2013年10月在四川通過殼牌鉆井液專家組織的測試。在相同密度條件下（2.0g/cm3），對無土相鉆井液與現(xiàn)場使用的由國外公司提供的含土相油基鉆井液的性能進行了對比，試驗結(jié)果如圖5和6所示。

由上述試驗結(jié)果可知，無土相油基鉆井液與目前現(xiàn)場使用國外油基鉆井液相比，熱滾前后的破乳電壓均提升42%，熱滾前10min終切力低18.2%，熱滾后的10min終切力低20.8%，體現(xiàn)了更優(yōu)異的流變性能，達到了殼牌鉆井液專家期望的高密度、低靜切力的結(jié)果。

該乳化劑已經(jīng)通過國外鉆井液專家組織的室內(nèi)驗證，獲準進入殼牌四川頁巖氣項目，打破了國外鉆井液公司對油基鉆井液核心處理劑的壟斷。

結(jié)論

根據(jù)以上試驗結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1）復合型乳化劑G326-HEM具有潤濕作用，可替代潤濕劑，即使在高密度油基鉆井液中亦可無須使用潤濕劑，簡化了體系配方。

（2）以復合型乳化劑G326-HEM為核心構(gòu)建的無土相油基體系，無須使用副乳化劑、潤濕劑、有機土具有配方簡單，高密度條件下流變性好等特性。

（3）無土相油基鉆井液與含土相鉆井液相比，高密度條件下塑性黏度、終切力較低，相同密度下可選用較低的油水比。

參考文獻

［1］王京光，張小平，曹輝，等.一種環(huán)保型合成基鉆井液在頁巖氣水平井的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（5）：82-85.

［2］徐同臺，彭芳芳，潘小鏞，等.氣制油的性質(zhì)與氣制油鉆井液［J］.鉆井液與完井液，2010，27（5）：75-79.

［3］羅健生；莫成孝；劉自明，等.氣制油合成基鉆井液研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2009，26（2）：7-13.

［4］張小平，王京光，楊斌，等.低切力高密度無土相油基鉆井液的研制［J］.天然氣工業(yè)，2014，34（9）：60-64.

中圖分類號：TE254.4

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