油基钻井液稳黏提切剂的研制及应用

杨 斌

(1低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 2川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院)

与传统的水基钻井液相比，油基钻井液因其良好的抑制性能、润滑性能、流变性能在页岩气钻探中得以广泛应用[1～3]。但高密度油基钻井液普遍存在黏度高、低剪切速率切力低，流变性难以调控的问题[4-5]。川渝地区的页岩气水平井大多采用高密度油基钻井液[6]。水平段施工要求高密度钻井液既有较高的切力，尤其是低剪切速率切力能够充分携砂清洁井眼，又能保持较低黏度、防止高密度油基钻井液憋漏地层。这时油基钻井液在流变性调控方面的问题显得尤为突出，高密度油基钻井液的流变性调控技术成为制约页岩气水平井安全快速施工的关键[7]。

提切剂是油基钻井液的核心处理剂之一，对于油基钻井液体系的流变性能好坏起着至关重要的作用[8]。国外常用的提切剂有VERSAMOD、RHEFLAT、RHEMODTM等[9-10]。国外产品的提切效果较好，对高密度油基钻井液的黏度影响较小，但价格高，不利于页岩气低成本开发；国内主要采用有机土、油溶性树脂等提切，在提切的同时伴随着黏度的大幅度上升。在高密度油基钻井液中这一现象尤为明显，导致高密度油基钻井液过稠，严重影响体系的流变性，给后续的钻井施工带来一系列问题，例如起下钻不畅，钻井液黏钻杆，容易诱发井漏、开泵困难等。为解决上述难题，以脂肪酸二聚体与多元醇为原料生成的聚合酯为主剂，三甘醇单丁醚为溶剂，复配增效剂制备出油基钻井液用提切剂G322-MOD用于高密度油基钻井液。在长宁-威远页岩气示范区和四川反承包项目进行了推广应用，取得了良好的效果。

一、增效剂的优选

以脂肪酸二聚体与多元醇为原料的合成产物与其它几种材料进行复配，以油基钻井液的动切力和塑性黏度为评价指标，优选出最佳增效剂。

由实验结果可知，反应产物与肉豆蔻酸复配后提切效果最好，增黏效应较低，因此将肉豆蔻酸作为增效助剂。

二、提切剂的评价

评价了提切剂G322-MOD在高密度无土相油基钻井液体系中的性能，并与国外同类产品进行了对比。无土相油基钻井液基本配方：白油+16%氯化钙盐水+3%乳化剂 G326-HEM+2.0%氢氧化钙+4.0%降滤失剂G328-TROL+1.0%增黏剂 G336-VIS+0.6%提切剂 G322-MOD+重晶石。密度为2.0 g/cm3。

1. 流变性能评价

测试了提切剂不同加量下，无土相油基钻井液的流变性能，重点考察了油基钻井液的动切力(YP)、低剪切速率切力(LSYP)和塑性黏度(PV)试验结果见表1。

表1 不同加量下油基钻井液的动切力和低剪切速率切力

由表1结果可知，提切剂能够显著改善钻井液的流变性，提升钻井液的动切力和低剪切速率切力，同时增黏效果较低。当加量为0.5%时，体系的动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. 提切剂的抗温性能

分别测试120℃、140℃、160℃及180℃热滚后钻井液的流变性能，以此考察提切剂G322-MOD的抗温性能。试验结果见图1。

随着热滚温度的升高，钻井液的动切力和低剪切速率切力也随之降低，但降低幅度较小，抗温可达160℃。

3. 不同基础油的提切性能

按照无土相油基钻井液基本配方：基础油+16%氯化钙盐水+3.0%乳化剂G326-HEM+2.0%氢氧化钙+4.0%降滤失剂G328-TROL+1.0%增黏剂G336-VIS+0.5%提切剂G322-MOD+重晶石。测试不同基础油中无土相油基钻井液的流变性能，试验结果如表2所示。

图1 提切剂的抗温性能

序号基础油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气制油Saraline2.0018605141104.56.5/94.2

由表2结果可知，提切剂G322-MOD在白油、柴油、气制油Saraline配制的高密度油基钻井液中均有良好的提切性能，动切力和低剪切速率切力均较高。表明提切剂G322-MOD对基础油的适应较为广泛。

4. 与国内外同类产品对比

在相同密度条件下(2.0 g/cm3)，对提切剂G322-MOD与国内外同类产品进行了对比，试验结果如图2。

图2 G322与国内外同类产品对比

提切剂G322-MOD与目前国内外几种常用的油基钻井液提切剂相比，热滚后钻井液的表观黏度增加率较低，而动切力增加率尤其是低剪切速率切力增加率显著提高，体现出更优异的流变性能，达到了长水平段施工中对油基钻井液高密度、低剪切速率切力高、黏度低的要求。

三、现场应用

提切剂G322-MOD在长宁-威远国家级页岩气示范区推广应用9口井，在四川反承包项目应用21口井，替代了国外钻井液公司的同类产品。应用该提切剂的X-19井与未用该提切剂的X-6井油基钻井液性能对比见表3。

表3 应用前后油基钻井液的性能对比

注：ρ为1.90 g/cm3。

同区块前期邻井使用国内其他品牌的提切剂的提切效果不佳，在高密度油基钻井液中，增黏现象显著，钻井液黏稠，流动性差且低剪切速率切力低导致井眼不清洁，起下钻过程不畅。应用G322-MOD的高密度油基钻井液流变性能良好，起下钻顺利。

将使用G322-MOD的油基钻井液与同区块前期邻井的油基钻井液进行了流变性对比，结果见图3和图4。

图3 相同LSYP新旧体系的动切力对比

图4 相同LSYP新旧体系的塑性黏度对比

在相同的低剪切速率切力条件下，应用G322-MOD的新油基钻井液具有更高的动切力和较低的塑性黏度，既有利于水平段的井眼清洁，又有利于高密度油基钻井液的流变性能调控。

四、结论

(1)以脂肪酸二聚体与多元醇为原料生成的聚合酯为主剂，三甘醇单丁醚为溶剂，复配肉豆蔻酸制备出油基钻井液用提切剂G322-MOD。

(2)提切剂G322-MOD能够显著提升油基钻井液的动切力，特别是低剪切速率切力，同时对油基钻井液的黏度影响较小，尤其适用于高密度钻井液。

(3)提切剂G322-MOD对基础油的适应广泛，在白油、柴油、气制油配制的钻井液中均具有良好的提切效果。

(4)提切剂G322-MOD在现场的成功应用30口井，解决了页岩气水平井施工中高密度油基钻井液低剪切速率切力低而黏度过高，钻井液流动性差的难题。