抗高温钻井液用有机土的研制与评价
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摘要：有机土是油基钻井液的关键组成部分，其性能优劣直接影响油基钻井液的流变和携岩性能。通过对膨润土进行钠化和有机改性，得到通用于柴油和白油的有机土SGT-2。SGT-2可抗250℃高温，90min胶体率可达100%，增粘提切能力强，其性能优于国内有机土，与国外有机土性能相当。SGT-2配制的全油基钻井液体系性能优良，完全能够满足钻井工程的需要，推广前景好。
关键词：有机土；油基钻井液；抗高温；增粘提切
我国油气资源开采已进入中后期，深部地层和异常高温地层等特殊地层的油气勘探开发技术越来越受到全球石油开发行业的高度重视。钻井液是上述特殊地层钻探施工过程中的重要组成部分，而油基钻井液由于抗高温、抑制性强、润滑性好、抗污染能力强、储层保护性好，得到国内外的广泛研究和应用。有机土是油基钻井液的重要组成部分，有较好的增粘提切、凝胶和一定的降滤失性能，其性能的好坏直接影响油基钻井液尤其是全油基钻井液的流变性和携岩性能[1，2]。目前市面上的有机土，多数适用于柴油基钻井液体系，普遍存在着增粘提切性能较差和胶体率低的问题。部分还需要向体系中加入有机溶剂类有机土激活剂，由于存在不抗高温、性能不稳定和环境保护性能降低等问题，大大限制了油基钻井液的应用。通过前期调研，选用辽宁某地的钙基膨润土作为基础原料，通过钠化提纯和有机改性，制备出了适用于柴油和白油基的通用型钻井液用有机土SGT-2。
1.实验部分
1.1实验材料
辽宁钙基膨润土；5#白油；0#柴油；碳酸钠，化学纯；焦磷酸钠，化学纯；长碳链季铵盐，90%工业品。
1.2钠化提纯
配制12-15%的钙基膨润土原浆，升温至65-70℃，加入3-4%碳酸钠和0.5%左右的焦磷酸钠分散剂，恒温反应2h，通过静置沉降和离心分离等方法进行提纯，烘干粉碎即得钠土。
1.3钠化提纯效果评价
实验过程中优化了胶质价评价方法[3]，并采用正交设计法，以膨胀容和胶质价为评价指标，最终获得了理想性能的钠土，其性能如表1所示。
通过分析可知，膨润土经钠化提纯后蒙脱石含量显著增加，膨胀容和胶质价指标大幅度提升。蒙脱石晶层间距由1.27nm降至0.98nm，这是由于钠离子直径小于钙离子，钠离子取代晶层间的钙离子从而使得蒙脱石晶层间距减小。表1数据充分说明膨润土钠化提纯效果显著，满足有机土对基础原料的要求。
1.4有机土的制备
将自制钠土分散于水中，升温搅拌均匀，加入钠土质量40-60%的季铵盐SDJ-1，反应2-3h，经过离心洗涤及压滤等，去除杂质及残余SDJ-1，经烘干粉碎过筛得到有机土SGT-2。
通过X射线衍射分析，有机土SGT-2层间距由0.98nm增大到1.89nm。这是由于季铵盐改性剂分子链长，基团有一定的立体结构，插入蒙脱石晶层间，使有机土晶层间距增大。
2有机土性能评价[4]
有机土主要评价指标为胶体率和高温老化前后的流变性能。
2.1 胶体率
向200mL基液中缓慢加入2wt%有机土，同時高速搅拌15min，加入100mL具塞量筒至满刻度，水平静置。记录90min和16h上层游离基液的体积V，胶体率（%）=[（100-V）/V]×100%。
2.2 流变性
向350mL基液中缓慢加入3 wt %有机土，高速搅拌20min，测量浆液的流变参数后倒入高温老化罐中密封，在要求温度下热滚16h。取出冷却至室温，高速搅拌10min，测量浆液的流变参数。
2.3 基液中性能对比评价
以0#柴油和5#白油为基液，分别评价不同有机土的性能，热滚温度设定为200℃，实验结果如表2和表3所示。
通过数据分析可知，有机土SGT-2无论是在柴油中还是在白油中都有较好的增粘提切和凝胶性能，胶体率高，分散性好。其性能远远强于国内一般有机土，与Halliburton有机土HL-1性能接近，部分性能如胶体率和分散性等甚至优于HL-1。在200℃老化后，有机土SGT-2在柴油中流变性能略有提高，而在白油中流变性能提高显著。这是由于有机土SGT-2在白油中不如在柴油中分散性好，老化后有机土会在白油中进一步分散，形成空间网架结构，从而显著提升流变性能。
2.4 抗温性能评价
结论
（1）通过钠化和有机改性得到的有机土SGT-2在柴油和白油中都有很好的分散性，胶体率高，流变性和凝胶性能好，抗温性强，可达250℃。SGT-2综合性能远优于国内有机土，与国外有机土相当。
（2）以5#白油为基液，由有机土SGT-2优选配制出抗200℃高温的全油基钻井液。该钻井液具有超强抑制性，较高的切力，老化后中压滤失量为0，极低的高温高压滤失量，储层保护性能好，完全能够满足钻井工程的需要，具有较好的推广前景。
作者简介：崔明磊，1979年生人，讲师，毕业于中国石油大学（华东），现从事石油工程技术方面的授课和科研等工作。
（作者单位：山东胜利职业学院）
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