楊 斌

(1低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院)

與傳統(tǒng)的水基鉆井液相比，油基鉆井液因其良好的抑制性能、潤(rùn)滑性能、流變性能在頁(yè)巖氣鉆探中得以廣泛應(yīng)用[1～3]。但高密度油基鉆井液普遍存在黏度高、低剪切速率切力低，流變性難以調(diào)控的問(wèn)題[4-5]。川渝地區(qū)的頁(yè)巖氣水平井大多采用高密度油基鉆井液[6]。水平段施工要求高密度鉆井液既有較高的切力，尤其是低剪切速率切力能夠充分?jǐn)y砂清潔井眼，又能保持較低黏度、防止高密度油基鉆井液憋漏地層。這時(shí)油基鉆井液在流變性調(diào)控方面的問(wèn)題顯得尤為突出，高密度油基鉆井液的流變性調(diào)控技術(shù)成為制約頁(yè)巖氣水平井安全快速施工的關(guān)鍵[7]。

提切劑是油基鉆井液的核心處理劑之一，對(duì)于油基鉆井液體系的流變性能好壞起著至關(guān)重要的作用[8]。國(guó)外常用的提切劑有VERSAMOD、RHEFLAT、RHEMODTM等[9-10]。國(guó)外產(chǎn)品的提切效果較好，對(duì)高密度油基鉆井液的黏度影響較小，但價(jià)格高，不利于頁(yè)巖氣低成本開(kāi)發(fā)；國(guó)內(nèi)主要采用有機(jī)土、油溶性樹(shù)脂等提切，在提切的同時(shí)伴隨著黏度的大幅度上升。在高密度油基鉆井液中這一現(xiàn)象尤為明顯，導(dǎo)致高密度油基鉆井液過(guò)稠，嚴(yán)重影響體系的流變性，給后續(xù)的鉆井施工帶來(lái)一系列問(wèn)題，例如起下鉆不暢，鉆井液黏鉆桿，容易誘發(fā)井漏、開(kāi)泵困難等。為解決上述難題，以脂肪酸二聚體與多元醇為原料生成的聚合酯為主劑，三甘醇單丁醚為溶劑，復(fù)配增效劑制備出油基鉆井液用提切劑G322-MOD用于高密度油基鉆井液。在長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣示范區(qū)和四川反承包項(xiàng)目進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。

一、增效劑的優(yōu)選

以脂肪酸二聚體與多元醇為原料的合成產(chǎn)物與其它幾種材料進(jìn)行復(fù)配，以油基鉆井液的動(dòng)切力和塑性黏度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出最佳增效劑。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，反應(yīng)產(chǎn)物與肉豆蔻酸復(fù)配后提切效果最好，增黏效應(yīng)較低，因此將肉豆蔻酸作為增效助劑。

二、提切劑的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)了提切劑G322-MOD在高密度無(wú)土相油基鉆井液體系中的性能，并與國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比。無(wú)土相油基鉆井液基本配方：白油+16%氯化鈣鹽水+3%乳化劑 G326-HEM+2.0%氫氧化鈣+4.0%降濾失劑G328-TROL+1.0%增黏劑 G336-VIS+0.6%提切劑 G322-MOD+重晶石。密度為2.0 g/cm3。

1. 流變性能評(píng)價(jià)

測(cè)試了提切劑不同加量下，無(wú)土相油基鉆井液的流變性能，重點(diǎn)考察了油基鉆井液的動(dòng)切力(YP)、低剪切速率切力(LSYP)和塑性黏度(PV)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同加量下油基鉆井液的動(dòng)切力和低剪切速率切力

由表1結(jié)果可知，提切劑能夠顯著改善鉆井液的流變性，提升鉆井液的動(dòng)切力和低剪切速率切力，同時(shí)增黏效果較低。當(dāng)加量為0.5%時(shí)，體系的動(dòng)切力和低剪切速率切力增加率均大于30%，而塑性黏度增加率小于10%。

2. 提切劑的抗溫性能

分別測(cè)試120℃、140℃、160℃及180℃熱滾后鉆井液的流變性能，以此考察提切劑G322-MOD的抗溫性能。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

隨著熱滾溫度的升高，鉆井液的動(dòng)切力和低剪切速率切力也隨之降低，但降低幅度較小，抗溫可達(dá)160℃。

3. 不同基礎(chǔ)油的提切性能

按照無(wú)土相油基鉆井液基本配方：基礎(chǔ)油+16%氯化鈣鹽水+3.0%乳化劑G326-HEM+2.0%氫氧化鈣+4.0%降濾失劑G328-TROL+1.0%增黏劑G336-VIS+0.5%提切劑G322-MOD+重晶石。測(cè)試不同基礎(chǔ)油中無(wú)土相油基鉆井液的流變性能，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖1 提切劑的抗溫性能

序號(hào)基礎(chǔ)油ρ/(g·cm-3)ES/VAV/mPa·sPV/mPa·sYP/PaLSYP/PaGel/PaHTHP/mL10#柴油2.00199961451669/13.52.223#白油2.00188066431358.5/123.835#白油2.00189060451558/113.64氣制油Saraline2.0018605141104.56.5/94.2

由表2結(jié)果可知，提切劑G322-MOD在白油、柴油、氣制油Saraline配制的高密度油基鉆井液中均有良好的提切性能，動(dòng)切力和低剪切速率切力均較高。表明提切劑G322-MOD對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)較為廣泛。

4. 與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比

在相同密度條件下(2.0 g/cm3)，對(duì)提切劑G322-MOD與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 G322與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比

提切劑G322-MOD與目前國(guó)內(nèi)外幾種常用的油基鉆井液提切劑相比，熱滾后鉆井液的表觀黏度增加率較低，而動(dòng)切力增加率尤其是低剪切速率切力增加率顯著提高，體現(xiàn)出更優(yōu)異的流變性能，達(dá)到了長(zhǎng)水平段施工中對(duì)油基鉆井液高密度、低剪切速率切力高、黏度低的要求。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

提切劑G322-MOD在長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)推廣應(yīng)用9口井，在四川反承包項(xiàng)目應(yīng)用21口井，替代了國(guó)外鉆井液公司的同類產(chǎn)品。應(yīng)用該提切劑的X-19井與未用該提切劑的X-6井油基鉆井液性能對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 應(yīng)用前后油基鉆井液的性能對(duì)比

注：ρ為1.90 g/cm3。

同區(qū)塊前期鄰井使用國(guó)內(nèi)其他品牌的提切劑的提切效果不佳，在高密度油基鉆井液中，增黏現(xiàn)象顯著，鉆井液黏稠，流動(dòng)性差且低剪切速率切力低導(dǎo)致井眼不清潔，起下鉆過(guò)程不暢。應(yīng)用G322-MOD的高密度油基鉆井液流變性能良好，起下鉆順利。

將使用G322-MOD的油基鉆井液與同區(qū)塊前期鄰井的油基鉆井液進(jìn)行了流變性對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 相同LSYP新舊體系的動(dòng)切力對(duì)比

圖4 相同LSYP新舊體系的塑性黏度對(duì)比

在相同的低剪切速率切力條件下，應(yīng)用G322-MOD的新油基鉆井液具有更高的動(dòng)切力和較低的塑性黏度，既有利于水平段的井眼清潔，又有利于高密度油基鉆井液的流變性能調(diào)控。

四、結(jié)論

(1)以脂肪酸二聚體與多元醇為原料生成的聚合酯為主劑，三甘醇單丁醚為溶劑，復(fù)配肉豆蔻酸制備出油基鉆井液用提切劑G322-MOD。

(2)提切劑G322-MOD能夠顯著提升油基鉆井液的動(dòng)切力，特別是低剪切速率切力，同時(shí)對(duì)油基鉆井液的黏度影響較小，尤其適用于高密度鉆井液。

(3)提切劑G322-MOD對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)廣泛，在白油、柴油、氣制油配制的鉆井液中均具有良好的提切效果。

(4)提切劑G322-MOD在現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用30口井，解決了頁(yè)巖氣水平井施工中高密度油基鉆井液低剪切速率切力低而黏度過(guò)高，鉆井液流動(dòng)性差的難題。