水基钻井液防泥包剂的研制

崔晓艳

水基钻井液防泥包剂的研制

崔晓艳

（中石油长城钻探工程技术研究院钻井液研究所，辽宁 盘锦 124010）

针对钻井过程中的钻头泥包问题，从改变泥浆润湿性出发，搜集了目前国内外常用的润湿翻转剂，对其进行复配，通过实验优选出了最佳配方：十二烷基三甲基溴化铵+OT+OP-10，该配方对钻井液性能影响较小，能有效降低表面张力以及接触角。

防泥包；润湿翻转；接触角；表面张力

钻头是破碎泥岩的主要工具，钻头的型号、钻井液的性能与所钻地层的岩性是否相适应，直接影响着钻进的机械钻速。钻进过程中，希望钻头尽可能地发挥作用，从而达到钻进速度快、钻进效率高等目的。但往往钻头在井底作业时会出现这样那样的问题，钻头泥包现象就是问题之一。泥包[1]是由于钻头在钻进过程中切削出的泥质岩屑遇水后不能及时排离井底而粘附于钻头上，其后果是大幅度降低机械钻速，所以，在泥页岩地层，预防及消除钻头泥包是一个不容忽视的技术问题。

通常情况下，钻头发生泥包与钻井液性能有直接关系[2]。本研究是通过对十二烷基三甲基溴化铵，琥珀酸二辛酯磺酸钠，聚氧乙烯壬基苯酚醚，十二烷基苯磺酸钠表面活性剂进行复配，通过对接触角、表面张力和对聚合物钻井液性能的影响三个方面进行评价，优选出了具有较好润湿翻转性能的防泥包剂，从而改变钻井液的润湿性，在钻头上形成一种亲油的膜，来防止钻头泥包现象的发生[3-5]。

1 实验部分

1.1 实验原料

聚乙二醇1 000，聚乙二醇10 000，十二烷基三甲基溴化铵，琥珀酸二辛酯磺酸钠，聚氧乙烯壬基苯酚醚，十二烷基苯磺酸钠（化学纯），钻井液用膨润土。

1.2 实验方法

1.2.1 基浆的配置

准确量取10 L水，加入25 g碳酸氢钠，500 g膨润土，高速搅拌1 h，放置24 h。

1.2.2 溶剂的配置

配置10%聚乙二醇1 000、聚乙二醇10 000，过滤后备用。

1.2.3 表面活性剂的互配

一种表面活性剂时，2 g溶于20 mL配置好的溶剂中；两种表面活性剂时，各1 g溶于20 mL配置好的溶剂中；3种表面活性剂互配时，各0.7 g溶于20 mL配置好的表面活性剂中。

1.2.4 性能测试

取4 mL配置好的表面活性剂加入400 mL基浆中，高速搅拌30 min，测定其性能、接触角及表面张力。

2 实验结果

2.1 溶剂的确定

以聚乙二醇1 000溶液、聚乙二醇10 000溶液和水为溶剂，分别对十二烷基三甲基溴化铵、琥珀酸二辛酯磺酸钠、聚氧乙烯壬基苯酚醚、十二烷基苯磺酸钠，四种表面活性剂进行评价，从而优选出最佳溶剂。

表1 十二烷基三甲基溴化铵在不同溶剂中的性能

由表1可以看出，水作为溶剂的时候，钻井液的粘度和动切力都有所升高，但是它不能有效降低接触角及表面张力。聚乙二醇溶液作为溶剂时，大幅度降低钻井液的粘度，提升钻井液的动切力，并且能够降低钻井液的接触角以及表面张力。

表2 琥珀酸二辛酯磺酸钠（OT）在不同溶剂中的性能

由表2可以看出，琥珀酸二辛酯（OT）在三种溶剂中能够降低钻井液的粘度，提高钻井液的动切力，并且可以大幅度减小接触角以及表面张力。在聚乙二醇溶液作为溶剂时，钻井液体系表面张力降低幅度较大。

表3 聚氧乙烯壬基苯酚醚（OP-10）在不同溶剂中的性能

其中，用聚乙二醇10 000作为溶剂时，起泡特别明显。由表3中的数据可已看出，聚氧乙烯壬基苯酚醚在这3种溶剂中对钻井液粘度影响不大，能小幅度的提高钻井液的动切力，能够有效的减小接触角和表面张力。

表4 十二烷基苯磺酸钠在不同溶剂中的性能

由表4可看出，十二烷基苯磺酸钠在不同溶剂中对钻井液性能、接触角、表面张力影响差距很小。

从以上数据可以看出，虽然水作为溶剂时对钻井液性能影响较小，但是它不能有效的降低接触角以及表面张力。

聚乙二醇1 000与聚乙二醇10 000比较，降低接触角以及表面张力的能力相似，而其中OP-10在聚乙二醇10 000中起泡比较明显，并且聚乙二醇1000比聚乙二醇10 000对聚合去钻井液性质影响稍小，所以选择聚乙二醇1 000作为溶剂。

这4种表面活性剂中OT的效果较好。

2.2 表面活性剂互配后的评价

表5 琥珀酸二辛酯磺酸钠（OT）在不同溶剂中的性能

由表5可看出，OT与十二烷基苯磺酸钠互配后接触角与表面张力明显降低，对钻井液性能影响不大，且起泡不明显；OT与OP-10、十二烷基三甲基溴化铵互配后接触角与表面张力明显降低，对钻井液性质影响不大，且起泡不明显；其中十二烷基三甲基溴化铵与OT、十二烷基苯磺酸钠不互溶；OP-10与OT、十二烷基苯磺酸钠互配后接触角与表面张力降低明显，但是对钻井液性能影响较大，且起泡明显；十二烷基三甲基溴化铵与OP-10、十二烷基苯磺酸钠复配后接触角与表面张力明显降低，且起泡不明显。

3 结 论

聚乙二醇作为溶剂能够有效的降低钻井液的表面张力以及接触角，并且对钻井液性能影响不大。

配方：十二烷基三甲基溴化铵＋OP-10＋十二烷基苯磺酸钠对钻井液性能影响较小，能有效降低表面张力以及接触角，可作为聚合物水基钻井液防泥包剂使用。

[1] 张金龙，于占国，吴志怀，等. 钻头泥包原因及对策分析[J].油地质与工程，2008, 22(3)：97-99.

[2] 张毅，孙友宏，任露泉钻头泥包的土壤动物仿生学分析研究[J]. 探矿工程，2008（2）：41-43.

[3] 徐同台，赵忠举. 21世纪初国外钻井液和完井液技术[M]. 石油工业出版社，2004.

[4] 邓传光，朱明玉，黄焰，等. PDC钻头泥包原因分析及对策[J]. 钻采工艺, 2006, 29（6）：127-128.

[5] 李世忠. 钻探工艺学[M] . 北京:地质出版社,1989．

Development of Anti-balling Agent in Water-based Drilling Fluid

（CNPC GWDC Engineering and Technology Research Institute Drilling Fluid Branch, Liaoning Panjin 124010, China）

Aiming at the problem of bit balling in the drilling process, in order to change wettability of mud, common wetting reversion agents were compounded, the best formula was determined as follows: dodecyl trimethyl ammonium bromide + OT + OP-10. The formula has little effect on drilling fluid performance, and can effectively reduce the surface tension and contact angle.

anti-balling ; wetting reversal; contact angle; surface tension

2017-05-08

崔晓艳（1977-），女，工程师，辽宁省盘锦市人，2000年毕业于西安工程大学环境工程专业，现从事油田化学和钻井液技术研究工作。

TE 254

A

1004-0935（2017）07-0632-03