川渝地区油基钻井液用胶结型随钻堵漏剂研究

＊常向阳 杨野 杨丽丽

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院 北京 102249 2.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室 北京 102249 3.中国石油集团川庆钻探钻井液技术服务公司 四川 610051）

四川盆地及周缘是目前中国页岩气最丰富的地区，在该地区的钻井过程中，由于受不同方向强烈构造应力作用，断层发育、地层破碎严重、井漏复杂程度增加，治理难度加大。

据统计，2018年漏失油基钻井液约8000m3，2019年漏失油基钻井液15000m3，给该区域页岩气的开发带来了巨大经济损失。页岩气水平井裸眼段长，且微裂缝、层理发育，常规惰性桥接堵漏材料不能很好满足油基钻井液随钻堵漏需求。堵漏层形成缓慢且渗透率高，诱发二次漏失及多点漏失，极大地增加了防漏堵漏工程难度与成本。

本文优选了一种两亲型随钻堵漏剂OSD-1，研究了OSD-1作为川渝地区油基钻井液随钻堵漏剂的适用性，评价了其热稳定性、配伍性、降滤失效果和封堵性。

1.实验材料与方法

(1)材料与仪器

实验材料：OSD-1，主乳化剂Span80、辅乳化剂（ABS）、有机土、CaO等钻井液添加剂均为工业品，北京鑫葆海化学科技有限公司；3号白油，工业级，北京英海庆工业润滑油有限公司；Na2CO3，工业级，北京伊诺凯科技有限公司。

实验仪器：LA-960S激光粒度仪，HORIBA科学仪器事业部；SU8010扫描电子显微镜，株式会社日立制作所；TGA/DSC 1同步热分析仪，瑞士梅特勒-托利多公司；高温高压（HTHP）失水仪，青岛同春石油仪器有限公司；六速旋转粘度计，青岛同春石油仪器有限公司；SD6标准API压滤机，青岛同春石油仪器有限公司。

(2)实验部分

①粒径分析。将OSD-1样品粉末分散3%浓度，使用激光粒度仪进行粒径分析。

②微观样貌分析。将OSD-1样品粉末烘干，对烘干后的样品进行喷金处理，使用扫描电子显微镜进行观察。

③胶结性评价。在岩屑颗粒中加入不同比例的OSD-1，混合均匀后浸泡在3#白油中，在加热套中加热确定其胶结温度及胶结现象。

④热稳定性分析。取OSD-1样品进行干燥处理进行热失重测量，升温速率为20℃/min，氮气氛围，测试温度范围为20～600℃。

⑤配伍性评价。对配制的油基钻井液基浆进行加重至密度为1.5g/cm3、2.0g/cm3、2.4g/cm3；使用六速粘度仪测试各密度钻井液及加入3% OSD-1后的粘度；将各密度钻井液和加入3% OSD-1后在150℃老化16h后进行粘度测试。

⑥降滤失性能评价。A.评价油基钻井液基浆体系和加入3% OSD-1后的API滤失量和HTHP滤失量。B.对150℃老化16h后的钻井液进行API滤失量测试。

⑦堵漏能力评价。A.油基钻井液基浆体系在150℃老化16h后用于测试。B.将老化后的钻井液加入泥浆杯中，分别使用5μm、20μm、40μm和55μm研磨砂盘作为过滤介质进行最高承压5MPa的砂盘滤失实验。

2.结果与讨论

(1)胶结型随钻堵漏剂的结构

①粒径分析

采用LA-960S激光粒度仪对OSD-1的粉末粒径分布情况进行了测试，实验结果如图1。由图可见，OSD-1堵漏剂粉末颗粒分布粒在2-200μm之间，粒径中值为22μm。

图1 OSD-1粒径分布

②扫描电镜

由扫描电镜图（图2），OSD-1粉末样品的微观形貌呈纳微米级不规则颗粒状，颗粒表面较为圆滑，粗糙度较小。

图2 OSD-1扫描电镜照片

(2)性能评价

①胶结性能

由图3所见，在石英砂颗粒（20-40目）加入10%的OSD-1搅拌均匀后浸泡在3#白油中，在加热套中恒温加热至150℃，经过持续加热30min后岩屑底部形成胶结，颗粒间有一定的强度，显示良好的胶结能力。

图3 （a）OSD-1粉末样品；（b）20-40目石英砂样品；（c）石英砂与OSD-1形成胶结

②热稳定性

使用热重分析仪对OSD-1样品进行了热稳定性表征，升温速率为20℃/min，氮气保护，测试温度范围为20～600℃。通过实验获得了OSD-1样品堵漏剂的热重曲线，实验结果见图4。

由图4所见，温度高于260℃时，堵漏剂重量开始急剧降低，在260℃之前，OSD-1几乎没有质量损失，在260℃-360℃之间，OSD-1样品的质量剩余率高于85%，受热分解质量不大，表明OSD-1可以满足高温环境下钻井使用。

③配伍性

对OSD-1在不同密度钻井液中不同加量的影响做配伍性实验：

A.1#：基浆，密度：1.5g/cm3（油:水=80:20）

2#：1#+1% OSD-1；3#：1#+2% OSD-1

表2 ρ=1.5时钻井液常规数据评价

B.1#：基浆，密度：2.0g/cm3（油:水=80:20）

2#：1#+1% OSD-1；3#：1#+2% OSD-1

表3 ρ=2.0时钻井液常规数据评价

C.1#：基浆，密度：2.4g/cm3（油:水=80:20）

2#：1#+1% OSD-1；3#：1#+2% OSD-1

表4 ρ=2.4时钻井液常规数据评价

通过配伍性实验结果表明，该堵漏材料不会过多的影响钻井液的流变性能，增粘效果较小。

④降滤失效果

在油基泥浆的基础上加入3% OSD-1后观察所形成的泥饼在原浆继续渗透的情况下封堵效果，数据如下表所示：

配方1#：基浆，密度：1.0g/cm3（油:水=80:20）

配方2#：1#+3% OSD-1，密度：1.0g/cm3（油:水=80:20）

表5 OSD-1 API滤失量、高温高压滤失量评价

由以上数据可知，体系中加入3% OSD-1后，高温高压滤失量由5mL降低到0.7mL，降低率达到86%，API滤失量由3.4mL降低至0.2mL，降低率达到94%。

⑤堵漏性能

使用71型高温高压失水仪测试油基钻井液封堵性能。分别使用5μm、20μm、40μm和55μm研磨砂盘作为过滤介质。实验所用钻井液均在150℃老化16h后进行使用，实验结果见表6。

表6 OSD-1砂盘滤失评价

由表6可见，基浆体系在150℃，承压5MPa条件下加入OSD-1组相比基浆在5μm、20μm、40μm、55μm砂盘中的降低率分别达到80.0%、77.0%、61.6%、77.6%。

(3)胶结型随钻堵漏剂的堵漏机理分析

OSD-1颗粒在进入地层后，首先在裂缝孔隙中起到桥塞、封堵的作用；OSD-1分子链中所含的羟基、氨基等基团可以与地层岩石进行胶结，固结井壁，避免掉块、垮塌等钻井事故的发生；OSD-1颗粒是两亲性高分子树脂纳微米颗粒，有助于提高乳液稳定性，促进滤失量降低。粒子在界面上排列，空间上阻隔分散相碰撞聚并，增加乳液稳定，降低滤失量。

3.结论

通过对OSD-1进行室内评价，OSD-1堵漏剂具有良好的热稳定性，粒径分布在2-200μm，粒径中值为22μm，可实现较大范围尺寸孔缝封堵，提高井壁稳定性。将OSD-1加入到钻井液体系中，可以提高体系的稳定性能，且不会引起钻井液体系增稠，具有良好的配伍性。基浆体系在150℃能够在承压5MPa，具有显著堵漏效果。