关于新型抗高温防塌剂的开发与应用分析

李晓勇

【摘要】针对油田生产现场应用开发的新型抗高温防塌剂，具有抑制、封堵、降滤失及保护油层等多种功能，同时具有不起泡，无增稠性的优点，对钻井液流变性能影响很小。本文对这种新型抗高温防塌剂对钻井液性能的影响进行认真地分析与研究，进行了砂床封堵、页岩滚动回收测试、页岩膨胀实验等有关性能测试，实验结果表明，该产品具有较好的封堵能力，抑制防塌能力强，高温降滤失效果好，是一种实用性强的抗高温新型抗高温防塌剂。

【关键词】抗高温 防塌剂 研究 认识

在油田生产钻井过程中，井壁失稳一直是影响钻井顺利进行的主要因素，特别是在深井、超深井、定向井和大斜度井日益增多的情况下，上述问题显得更加突出。现场常采用加入抑制剂、封堵剂和降滤失剂解决这一问题。封堵剂，如沥青、石蜡和超细碳酸钙等，通过封堵地层孔隙和微裂缝，减少钻井液中的自由水侵入地层而起到稳定井壁的作用；抑制剂是能有效抑制泥页岩膨胀分散的防塌剂，该类防塌剂通过抑制地层中的泥页岩水化膨胀、分散而起到稳定井壁的作用；降滤失剂主要通过护胶作用使钻井液中保持一定比例细颗粒的含量，使钻井液形成的泥饼渗透率降低，从而降低钻井液中的自由水向地层滤失而起到稳定井壁的作用。

在复杂井施工时，抑制剂、封堵剂和降滤失剂往往同时加入，这样既增加了钻井液成本，又增加了工人的劳动强度，同时使钻井液成份复杂，维护处理难度增加。针对目前防塌剂存在问题，经过大量的室内研究，研制出一种同时具有封堵、抑制及降滤失作用的新型抗高温防塌剂。

1 新型抗高温防塌剂合成与特点

1.1 新型抗高温防塌剂合成

将单体、引发剂、分散剂加入到水中，搅拌均匀，形成均匀溶液，然后升温至一定温度，

保持该温度 2-3 小时，反应完成后既得产品。

1.2 新型抗高温防塌剂的特点

（1）能有效抑制粘土的水化分散

新型抗高温防塌剂具有良好的抑制作用，通过吸附作用吸附在钻屑和井壁表面，形成较为良好、性能稳定的吸附层，阻止钻屑和井壁表面与水接触。

（2）具有较好的封堵性能

新型抗高温防塌剂颗粒在压差作用下会发生弹性变性，以适应不同形状和尺寸的孔喉，对较宽尺寸的孔喉产生良好的封堵作用，降低钻井液向地层滤失。

（3）与钻井液和其它处理剂配伍性好新型抗高温防塌剂对钻井液性能无不良影响，不增粘、不起泡。

（4）抗高温能力强

新型抗高温防塌剂抗温能力达 200℃，可在深井超深井中使用。

（5）新型抗高温防塌剂无毒，有利于环境保护。

2 新型抗高温防塌剂性能评价

2.1 理化性能评价

（1）外观测定

产品的外观颜色为无色或淡黄色胶状体 。

（2）分散性测定

将一定数量的新型抗高温防塌剂加入水中，在搅拌器下搅拌 5min，倒入量筒中静置 3min后观察新型抗高温防塌剂分散状态。新型抗高溫防塌剂水中分散良好。

（3）含量测定

用一张滤纸称重，设重为 W1；用一干净容器称取 200g 新型抗高温防塌剂，将新型抗高温防塌剂全部倒在滤纸上，过滤 10min；再称取剩下新型抗高温防塌剂及滤纸重量，设为W2，用下式计算新型抗高温防塌剂含量，新型抗高温防塌剂含量为 93%。

（4）粒度测定

采用激光粒度仪测定，新型抗高温防塌剂粒度在 2.5～120μm。

2.2 对钻井液性能影响评价

（1）页岩滚动回收实验

采用页岩滚动回收实验，对新型抗高温防塌剂抑制岩屑分散性能进行了评价，可以得出，在 0.5%～2%的加量范围内，新型抗高温防塌剂加量能显著提高岩屑回收率，说明新型抗高温防塌剂具有较好的抑制岩屑水化的性能。

（2）封堵性能评价

采用砂床侵入实验方法对新型抗高温防塌剂封堵性能进行评价。按蒸馏水：钠膨润土：无水碳酸钠=100：6：0.25 的比例配制基浆，高速搅拌 20min，室温下密闭养护 24h 后即为基浆。取基浆 300ml，搅拌加入 9.00g 试样，高速搅拌 20min，在室温下将 400g 粒径为0.150mm～0. 250mm 的石英砂倒入钻井液砂床滤失仪的筒状可视钻井液杯中，铺平，小心倒入配制好的试验浆 150ml，上紧杯盖，打开下阀杆，接通气源，将压力缓慢调至 0.69MPa，保持 30min，测量砂床最大侵入深度。实验结果表明，新型抗高温防塌剂能有效封堵砂床，砂床最大侵入深度为 11cm。

（3）相对抑制性评价

称取（105±3）℃下烘 4h 的钻井液试验用钠膨润土 10.00g 装入页岩膨胀筒中，在压力机上加 4MPa 压力，并保持 5min，取下安装在页岩膨胀仪上，分别测定 5%KCl 溶液和 2%样品溶液浸泡岩心 7h 的膨胀高度。按下式计算相对抑制性：实验结果表明，新型抗高温防塌剂的相对抑制性为 36%。

（4）对钻井液流变性的影响

在 0.5%～2%的加量范围内，新型抗高温防塌剂的加入对钻井液表观粘度影响不大。

（5）对钻井液滤失性能的影响

对新型抗高温防塌剂在不同温度下的降滤失性能进行了评价，经过实验，在 0.5%～2%的加量范围内，新型抗高温防塌剂的加入对钻井液的滤失量具有一定的影响。在低于 60℃的低温条件下，新型抗高温防塌剂对钻井液滤失量影响不大，随着温度升高，新型抗高温防塌剂的降滤失效果增加，在 200℃在仍具有一定的降滤失效果。

3 防塌机理分析

（1）强封堵机理

由于新型抗高温防塌剂粒度小，很容易挤入一些纳米级的孔喉中，在孔喉中形成典型的架桥封堵，而且新型抗高温防塌剂具有较好的弹性和适度的可变形性，与地层孔隙适应性好，封堵范围广且封堵更为有效。

（2）电性抑制机理

由于新型抗高温防塌剂电性呈正电性，它在井壁上的吸附就能够降低井壁的负电性，这样就能够部分阻止泥页岩水化膨胀及分散。

（3）降滤失机理

新型抗高温防塌剂具有弹性和可变形性，通过参与形成泥饼，进一步降低泥饼的渗透率，降低钻井液滤矢量。

（4）表面吸附机理

新型抗高温防塌剂由于颗粒尺寸小，必然使其比表面积增大，这样就大大增加了与其它物质发生吸附反应的机会和程度，易在地层井壁表面形成吸附层，阻止水侵入油层。

4 结论

（1）新型抗高温防塌剂能显著增加岩屑回收率，具有较好的抑制岩屑水化膨胀、分散的性能。

（2）新型抗高温防塌剂封堵能力强，能有效封堵砂层。

（3）新型抗高温防塌剂具有较好的高温降滤失作用，随着加量增大及温度提高，降滤失效果增加。

（4）新型抗高温防塌剂对钻井液流变性无不良影响，是配制高温钻井液优良的防塌剂。