有机盐钻井液沉降稳定性研究

申文琦，尹　达，王志龙，李　磊，罗　跃，梁红军

(1.长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023；2.塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000)



有机盐钻井液沉降稳定性研究

申文琦1，尹达2，王志龙1，李磊2，罗跃1，梁红军2

(1.长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023；2.塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000)

摘要：为研究盐水侵污和温度对有机盐钻井液沉降稳定性的影响，室内测试了不同加量饱和盐水侵污后的有机盐钻井液分别在20 ℃、120 ℃、150 ℃下的沉降稳定性。结果表明：有机盐钻井液在20 ℃和120 ℃时的沉降稳定性较好，150 ℃时的沉降稳定性较差；饱和盐水加量和温度对有机盐钻井液沉降稳定性均有显著性的影响。

关键词：钻井液；沉降稳定性；高温；盐水侵污

钻井液沉降是指钻井液中高密度固相或加重剂下沉而引起的钻井液密度变化[1]。在深井钻井中，为了平衡较高的地层压力，通常需要在钻井液中加入加重材料，加重材料在重力的作用下容易发生沉降，并引发井下漏失、卡钻等复杂情况[2]。同时，钻井液作为一种分散体系受温度影响较大，井下的高温环境必然导致钻井液黏度、切力的变化，并影响钻井液的沉降稳定性。因此，钻井液在高温条件下的沉降稳定性是钻井液研究必须解决的一个问题。目前主要关注的是加重剂的静态沉降，因此，对钻井液沉降性能的评价一般在静态条件下进行[3]。作者考察了盐水侵污及温度对有机盐钻井液沉降稳定性的影响。

1实验

1.1材料、试剂与仪器

有机盐钻井液，取自克深6井，井深为5 170m，现场配方为：膨润土(1.0%～2.5%)+烧碱(0.1%～0.3%)+抗盐提切剂(2%～4%)+大分子聚合物(0.4%～0.6%)+抗盐降滤失剂BZ-Redu(1%～3%)+抑制防塌剂BZ-YFT(3%～5%)+抑制润滑剂BZ-YRH(2%～4%)+复合有机盐Ⅰ型BZ-WYJ1(20%～40%)+加重剂。

JJ-1型增力电动搅拌器；电热恒温干燥箱；密度计；不锈钢沉降罐(内径6.35cm，外径7.60cm，内空净高35cm，高度39cm，容积1 107mL)。

1.2方法

静态沉降测试是评价钻井液在井筒内静态条件下沉降趋势的方法[4]。利用自制的高温沉降实验装置测试沉降稳定性。测试方法为：将1L钻井液搅拌均匀后置于沉降罐中，并置于恒温箱内，控制箱内温度分别为20 ℃、120 ℃、150 ℃，放置24h后取出并冷却至室温。用注射器或移液管移除上清液，弃掉上部泥浆1.5cm，测量上部钻井液密度(ρtop)，记录沉降罐液面高度；除去沉降罐中钻井液10cm，再次测量钻井液密度(ρbottom)，两者之差即为钻井液的密度差(ρ差)。静态沉降因子(SF)按下式计算：

当SF=0.5时，说明沉降稳定性良好；当SF>0.52时，说明沉降稳定性较差[5]。

2结果与讨论

2.1有机盐钻井液的沉降稳定性

室内以有机盐钻井液为基础加入不同量的饱和盐水，充分搅拌后分别在20 ℃、120 ℃、150 ℃下测试其沉降稳定性，结果见表1。

表1有机盐钻井液的沉降稳定性

Fig.1　Sedimentation stability of organic salt drilling fluid

由表1可知，高温条件下的沉降实验的析水量对密度差的测试结果有影响，因此析水量也间接反映了沉降稳定性的好坏。在同一温度下，随着饱和盐水加量的增加，密度差逐渐增大，有机盐钻井液表面析水量逐渐增多，即沉降稳定性越来越差。在饱和盐水加量相同的情况下，随着温度的升高，密度差随之增大，有机盐钻井液表面析水量也越来越多，即沉降稳定性越来越差。

静态沉降因子也可以反映沉降稳定性的变化。有机盐钻井液在20 ℃、120 ℃下，SF=0.5，说明有机盐钻井液的沉降稳定性较好；在150 ℃下，SF=0.52，说明有机盐钻井液的沉降稳定性较差，受温度影响较大。在温度相同时，随着饱和盐水加量的增加，SF增大，说明盐水侵污会导致有机盐钻井液的沉降稳定性变差。在饱和盐水加量相同时，随着温度的升高，SF增大，说明高温会影响有机盐钻井液的沉降稳定性。

2.2显著性分析

为了更好地分析有机盐钻井液静态条件下的沉降稳定性，利用多因素方差分析法对饱和盐水加量及温度对有机盐钻井液沉降稳定性影响的显著性进行分析。首先提出零假设(H0)：控制变量(饱和盐水加量和温度)和它们的交互作用对观测变量(沉降因子SF)没有产生显著性影响。采用F统计量，选择主效应模型，利用SPSS软件计算，结果见表2。

由表2可看出，温度与饱和盐水加量的显著性都小于0.05，因此，温度和饱和盐水加量对有机盐钻井液体系的沉降稳定性都有显著性的影响，两者影响能力相当。

3结论

测试不同加量饱和盐水侵污后的有机盐钻井液分别在20 ℃、120 ℃、150 ℃下的沉降稳定性，研究盐水侵污和温度对有机盐钻井液沉降稳定性的影响。结果表明：有机盐钻井液在20 ℃、120 ℃下，SF=0.5，表明体系的沉降稳定性较好；在150 ℃下，SF=0.52，表明有机盐钻井液的沉降稳定性较差，受温度的影响较大。在相同温度下，随着饱和盐水加量的增加，有机盐钻井液的密度差变大，SF增大，沉降稳定性变差，表明盐水侵污会导致钻井液的沉降稳定性变差。在饱和盐水加量相同时，随着温度的升高，有机盐钻井液的密度差变大，SF增大，有机盐钻井液的沉降稳定性变差，表明温度会影响有机盐钻井液的沉降稳定性。显著性分析表明，温度和饱和盐水加量对有机盐钻井液体系的沉降稳定性都有显著性的影响，两者影响能力相当。

表2显著性分析

Tab.2　Significance analysis

注：因变量为沉降因子；显著性水平设为默认值0.05。

参考文献：

[1]张彪.一种钻井液的沉降稳定性的测试方法：CN 103048218A[P].2013-04-17.

[2]王建，彭芳芳，徐同台,等.钻井液沉降稳定性测试与预测方法研究进展[J].钻井液与完井液，2012,29(5):79-63.

[3]万秀梅,王平全,常元,等.高温高密度近饱和盐水钻井液室内研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2010,12(2):86-88.

[4]王中华.国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识[J].中外能源,2011,16(1):48-60.

[5]鄢捷年.钻井液工艺学[M].东营:中国石油大学出版社,2001:423-424.

Sedimentation Stability of Organic Salt Drilling Fluid

SHEN Wen-qi1,YIN Da2,WANG Zhi-long1,LI Lei2,LUO Yue1,LIANG Hong-jun2

(1.CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,YangtzeUniversity,Jingzhou434023,China;2.WorkingStationforTarimOilfield,Kuele841000,China)

Abstract：In order to study the effects of salt water communication and temperature on sedimentation stability of organic salt drilling fluid,the sedimentation stability of organic salt drilling fluid for different dosage of saturated salt water and temperature of 20 ℃,120 ℃ and 150 ℃ was studied respectively.Results showed that,the sedimentation stability of organic salt drilling fluid was good at 20 ℃ and 120 ℃,whilst the sedimentation stability was poor at 150 ℃.And the dosage of saturated salt water and temperature had significant effect on sedimentation stability of organic salt drilling fluid.

Keywords：drilling fluid;sedimentation stability;high temperature;salt water communication

基金项目：国家科技重大专项资助项目(2011ZX05046)

收稿日期：2016-03-15

作者简介：申文琦(1989-)，女，河南濮阳人，硕士研究生，研究方向：钻井液，E-mail：shenwenqi1114@163.com；通讯作者：王志龙，教授，E-mail：wangzl@yangtzeu.edu.cn。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.05.014

中图分类号：TE 254

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)05-0056-03