油基钻井液提切剂的复配研究.pdf

化学工程师 C h e m i c a l E n g i n e e r 2 0 1 4 年第 1 1 期 滴 田． 化 学 文章编号 1 0 0 2 1 1 2 4 2 0 1 4 1 1 - 0 0 2 7 0 3 油基钻井液提切剂的复配研究 魏君， 于洪江， 肖志海， 李明明 西安石油大学 化学化工学院。 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 摘要 应用混料设计法研究了油基钻井液提切剂的配方 ， 以动切力 、 低剪切动切力和塑性黏度为指标， 得到了优化的提切剂配方组成为 油酸聚乙二醇单酯 8 0 ． 6 ％， 异辛酸铝 7 ． 4 ％， 软脂酸 6 ． 0 ％， 肉豆蔻酸 6 ． 0 ％。 热 滚实验验证了加入该提切剂后钻井液流变性和悬浮性都得到改善。计算表明， 该钻井液应选用赫巴模式来描 述其流变性。 关键词 油基钻井液； 提切剂； 流变模式 中图分类号 T E 2 5 4 - 3 文献标识码 A Op t i mi z a t i o n o f t he f o r m u l a t i o n o f r h e o l o g i c a l c o n t r o l a g e n t f o r o ff - b a s e d d r i l l i n g fl u i d WE I J u n， YU Ho n g - j i a n g ， XI AO Z h i - h a i ， L I Mi n g mi n g C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n d C h e mi c al E n g i n e e r i n g ， Xi a n S h i y o u U n i v e r s i t y ， X i a n 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e f o r mu l a t i o n o f t h e o i l b a s e d d ril l i n g fl u i d r h e o l o g i c a l c o n t r o l a g e n t h a s b e e n o b t a i n e d f r o m mi x t u r e d e s i g n ， a n d t h e y i e l d p o i n t ， t h e s h e a r y i e l d p o i n t a n d t h e p l a s t i c v i s c o s i t y a r e c o n s i d e r e d a s i n d e x ， t h e o p t i - mi z e d f o rm u l a t i o n o f r h e o l o g i c a l c o n t r o l a g e n t i s 8 0 ． 6 ％ o f o l e i c a c i d e s t e r o f p o l y e t h y l e n e g l y c o 1 ．7 -4 ％ o f a l u - mi n u m e t h y l h e x a n o a t e ． 6 ． 0 ％ o f p a l mi t i c a c i d a n d 6 ． 0 ％ o f my r i s t i e a c i d ． F r o m t h e h o t r o l l i n g e x p e rime n t s w e c a n k n o w t h a t t h e r h e o l o g i c a l a n d s u s p e n s i o n p r o p e r t i e s o f t h e 0 i l b a s e d d ri l l i n g fl u i d wi t h r h e o l o g i c a l c o n t r o l a g e n t h a v e i mp r o v e d ． Ca l c u l a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e r h e o l o g i c a l p r o p e rt i e s o f t h i s o i l - b a s e d d ril l i n g fl u i d s h o u l d b e d e - s c r i b e d wi t h He I s c h e l B u l k e l y mo d e 1 ． Ke y wo r d s o i l - b a s e d d ri l l i n g fl u i d ； r h e o l o g i e a l c o n t r o l a g e n t ； r h e o l o g i e a l mo d e l 油基钻井液具有抗高温 、 抗盐 、 井 壁稳定性好 、 润滑性能好、 对油气层损害较小等优点， 是钻高难 度的高温深井、 大斜度定向井 、 水平井和各种复杂 地层的重要手段 ， 并且在解卡液 、 射孔完井液 、 修井 液和取心液等方面有广泛应用。 但油基钻井液切力 小 ， 难 以悬浮重 晶石l l 1 。 因此 ， 切力成为影响油基钻 井液性能的关键流变性参数之一，影响携岩效果、 重晶石的沉降等性能。 在油基钻井液中加入增黏提 切剂 ， 适 当控制切力 ， 成为钻探深水井 、 高温高压井 等复杂井的重要手段之一【 。 l 4 ] 。 钻井液流变性是钻井液的一项基本性能 ， 在钻 井过程中有着十分重要的作用 1 携带岩屑， 保证 井底和井眼的清洁； 2 悬浮岩屑与重晶石 ； 3 提高 机械钻速 ； 4 保持井眼规则和保证井下安全 。钻井 液 的某些流变参数还可用于钻井环空水力学 的计 算。钻井液的流变性质用流变方程来描述， 不同的 流变方程表征了不 同的流变模式， 目前 ，常用 的流 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 0 2 作者简介 魏君 1 9 6 3 一 ， 男， 汉族， 陕西省西安市， 高级工程师， 1 9 8 6 年毕业于复旦大学化学系， 理学学士 ， 主要从事计算化学 与油田化学方面的研究工作。 变模式有宾汉模式 、 幂律模式 、 赫 一巴模式 和卡森 模式等。 优选钻井液流变模式不仅对准确计算流变 参数至关重要， 而且对于钻井液性能的评价、钻井 水力学参数的优选 、 井壁稳定和井眼净化能力的分 析等均具有重要意义[ 5 J刚 。 本文研究 了一种新型油基钻井液提切剂 ， 并 以 此配制成油基钻井液 ， 测试 了其流变性能 ， 计算 了 宾汉模式、 幂律模式、 赫 一巴模式和卡森模式等各 流变方程的参数， 优选出适合该油基钻井液的流变 模式。 1 实验部分 1 ． 1 仪器与试剂 Z N N D 6 S型六速旋转黏度计 青岛海通达专用 仪器厂 ； G J S S B 1 2 K变频高速搅拌机 青岛海通达 专用仪器厂 ； J J 一 1 型精密增力电动搅拌器 常州国 华电器有限公司 。 肉豆蔻酸 A ． R ． 天津市博迪化工有限公司 ； 棕 榈酸 A ． R ．天津市博迪化工有限公司 ； 油桂酸聚乙 二醇酯 实验室自 制 ； 异辛酸铝 实验室自制 。 魏君等 油基钻 井液提切 剂的复 配研 究 2 0 1 4年第 1 1 期 1 ． 2 实验 内容 1 ． 2 ． 1 提切剂 的配制提切剂配方 由油 酸聚 乙二 醇酯 、 异辛酸铝 、 肉豆蔻酸 、 棕榈酸 4种成分组成 ， 其 中油酸聚乙二醇酯作为溶剂。该提切剂配方研究 属于混料设计 问题 ， 响应 即指标 ， 如钻井液评价 中 的切力 取决于这些分量 成分 的相对比率 其值 介于 0 1 0 0 ％ 之间 。 成分的量 以重量、 体积或某些 其他单位来度量相加后得出标准总量 一般为 1 0 0 ％ 。提切剂配方的混料设计方案见表 1 。 表 l 提切剂配方组成 T a b ． 1 T h e f o r mu l a t i o n o f t h e r h e o l o g i c a l c o n t r o l a g e n t 1 ． 2 ． 2 钻井液的配制方法将白油 2 4 0 m L ， 高速搅 拌加人 9 m L 乳化剂， 6 g 有机土， 高速搅拌 1 0 m in ， 缓 慢加入 6 0 m L蒸馏水 ， 6 g C a O H ， 继续搅拌 l h ， 制 得实验基浆。按照表 1 方案配制的提切剂， 加入到 配制好的实验基浆中， 用变频高速搅拌机高速搅拌 3 0 mi n ，将搅拌后的钻井液用六速旋转黏度计测量 流变性。 2 结果与讨论 2 ． 1 油基钻井液性能测试及配方优化 提切剂能够提高油基钻井液的切力， 改善钻井 液的防沉降性能， 但是塑性黏度的增量要小， 以保 证钻进速度。 评价提切剂时测试的参数常见的有塑 性黏度和动切力 。要准确地评价油基钻井液 的低剪 切流变性 ， 认为以 ， 和 读值或低剪切速率动切 力 L S Y P 参数评价更准确 L S Y P 2 【 。 按 1 ．2 ．2的方法配制钻井液，测定其流变性结 果见表 2 。 表 2钻井液流变性测量值 T a b ． 2 Me a s u r e me n t o f r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s of d r i l l i n g fl u i d s 对表 1 所示 的提切剂混料设计方案 ， 以塑性黏 度 p v、 动切力 Y P和低剪切速率动切力 L S Y P为指 标进行分析 ，并且希望 Y P 、 L S Y P增加 幅度 大 ， P V 的增加幅度小。因此 ， 得到的优化的配方组成为 油 酸聚乙二醇单酯 8 0 ． 6 ％， 异辛酸铝 7 ． 4 ％， 软脂酸 6 ． 0 ％， 肉豆蔻 酸 6 ． 0 ％。对上述优化配方根据模 型预测 ， P V 1 0 ． 5 mP a ． s ’ Y P 3 ． 3 P a ， L S YP 2 ． 7 P a 。对优化配方 进行验证实验 ， 测定其流变性， 计算的P V 8 ．0 m P a s ， Y P 3 ． 1 P a ， L S Y P 3 ．O P a ， 与预测值基本吻合。 2 ． 2 热滚试验 提切剂按优化配方 ，以 1 ． 2 ． 2的方法配制钻井 液进行热滚实验 ， 1 2 0 C 下滚动 6 h 。分别在 2 5和 6 5 ℃测试流变性 ， 试验数据见表 3 。 表 3结果表 明， 加入提切剂后钻井液流变性和 悬浮性都得到改善， L S Y P和动切力增加幅度都较 大 ， 而塑性黏度增加幅度较小 。 2 0 1 4年 第 1 1 期 魏君等 油基钻井液提切剂的复配研 究 2 9 表 3 热滚实验及流变性 T a b ． 3 Ho t r o l l i n g e x p e r i me n t s a n d r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f d ri l l i n g fl u i d s 2 ． 3 钻井液流变模式选择 提切剂按优化配方 ，以 1 ． 2 ． 2的方法配制钻井 液 ， 测其流变性 ， 测定结果见表 4 。 表 4 优化配方流变性 T a b ．4 Rh e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f t h e o p t i mi z e d f o r mu l a t i o n of r h e o l o g i c a l c o n t r o l a g e n t 配方 ‘P 6 0 0 ‘ p 3 ∞ ‘ p 2 0 0 ‘ P 1∞ ‘ P 6 ‘ P 3 优化配方 2 2 ． 0 1 4 ． 0 1 1 ． 0 8 ． 0 3 ． 0 3 ． 0 宾汉模 式 、 幂律模 式 、 赫 一巴模式 和卡森模式 是常见的 4 种钻井液流变模式 ， 流变参数的计算往 往采用两个范氏黏度计读数。此方法的简便易用， 方便现场操作。由于采用了一种或几种范氏黏度读 数 ， 使系统误差增大 ， 实验数据没有充分的利用， 在 有异常点的情况下往往误差较大 。因此 ， 本文采用 线性回归的方法计算宾汉模式和卡森模式 需经过 线性化变换 ，对幂律模式和赫 一巴模式利用非线 性 回归 的方法计算 。 计算结果列于表 5 。 表中标准差 表 5 流变模式选择 Ta b ． 5 S e l e c t r h e o l o g i c a l mo d e l s 通过比较标准差 s的大小可以衡量模型对原始 实验数据拟合程度的大小， s 值越小，拟合的越好 ， 从而优选出合适的流变模式。 赫 一巴模式计算的标 准差最小 ， 可 以确定该钻井液应选用赫 一巴模式来 描述其流变性。 3 结论 1 由油 酸聚乙二醇酯 、 异辛酸铝 、 肉豆蔻酸 、 棕榈酸 4种成分组成 的提切剂 ，加入到钻井液 中， 能够有效提高钻井液的动切力和低剪切动切力， 而 塑性黏度增加较小。 2 以动切力 、 低剪切动切力和塑性黏度为指 标 ， 得 到优化 的提切剂配方 组成 为 油酸聚 乙二醇 单酯 8 0 ．6 ％， 异辛酸铝 7 ．4 ％， 软脂酸 6 ．0 ％， 肉豆蔻 酸 6 ． 0 ％。 3 热滚实验验证 了加入提切剂后钻井液流变 性和悬浮性都得到改善， 低剪切动切力和动切力增 加幅度都较大， 而塑性黏度增加幅度较小。 4 对 钻井液 的流变模式计算表明 ， 该 钻井 液 应选用赫巴模式来描述其流变性。 参考文献 [ 1 ] Ma s M， T a p i n T ． A n e w h i g h t e m p e r a t u r e o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ C ] ． S P E 5 3 9 4 1 ， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 舒福昌， 岳前升， 黄红玺等． 新型无水全油基钻井液[ J ] ． 断块油 气 田 ， 2 0 0 8 ， 1 5 3 1 0 3 1 0 4 ． [ 3 ] 冯萍 ， 邱正松， 曹杰， 等． 国外油基钻井液提切剂的研究与应用 进展 [ J ] ． 钻井液 与完井液 ， 2 0 1 2 ， 2 9 5 8 4 8 8 ． [ 4 ] J o n e s ， C r u i s e K． O i l - 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