逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF

黄治中，李称心，王　锋，王　鹏，郑义平，张德莲

（1.中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000；2.中国石油青海油田公司勘探事业部，甘肃敦煌 736200）

逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF

黄治中1，李称心1，王锋2，王鹏1，郑义平1，张德莲1

（1.中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000；2.中国石油青海油田公司勘探事业部，甘肃敦煌 736200）

黄治中等.逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF［J］.钻井液与完井液，2016，33（5）：50-53.

研制出了一种逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF，分析了其作用机理，对其润滑性和封堵性进行了评价。实验结果表明，XZ-RF具有很好的润滑能力，1%的加量即可将膨润土浆摩阻系数降低60%，当XZ-RF加量为3%时，可将膨润土浆摩阻系数降低80%以上，且XZ-RF在聚合物钻井液能表现出良好的润滑性；XZ-RF具有好的抗温、抗盐封堵能力，可将膨润土加重浆160 ℃高温高压滤失量降低65.8%，将欠饱和盐水加重浆120 ℃高温高压滤失量降低86.8%。XZ-RF在新疆油田2口预探井进行了现场应用，均取得了较好的效果，而且该产品无荧光，具有更大的应用范围。

井壁稳定；钻井液添加剂；润滑性；封堵性；凝胶弹性体

目前广泛使用的封堵型防塌剂主要有沥青类产品，其应用极大地改善了钻井液的防塌能力，但在实际应用中仍然存在着不足。由于沥青类产品具有不同的软化点，受温度的影响大，在深井、超深井中应用时，如果沥青软化点过低则其封堵效果较差。此外，由于沥青类产品荧光级别高，不适用于新探区的钻探［1-2］。研究了一种钻井液用逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF，同现有产品相比，XZ-RF无荧光、抗温达160 ℃、抗盐达饱和，并具有较强的润滑和封堵功能，因此其应用范围更广。

1　XZ-RF的作用机理

1.1 XZ-RF的合成

XZ-RF是一种逆乳化聚合物凝胶，通过逆乳化聚合方式制成。在白油中加入一定量的乳化剂Ⅰ、乳化剂Ⅱ，搅拌均匀后即得连续相；在去离子水中加入一定量的单体Ⅰ、单体Ⅱ和交联剂，用NaOH调节pH 值至一定值，即得分散相；将分散相缓慢加入连续相中乳化30 min，即得逆乳化乳液。将乳液通氮气除氧，加入氧化还原类引发剂，在常温状态下反应2～4 h，老化24 h后加入乳化剂Ⅰ，分散均匀后得乳白色乳液，即为逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF。

1.2 润滑封堵作用机理

XZ-RF是一种逆乳化聚合物凝胶，凝胶颗粒具有弹性和可变形性，同时该处理剂分子结构中还含有强吸附基团，因此，XZ-RF防塌机理主要有两点：一是凝胶颗粒的弹性和变形特点，使其可以封堵地层不同形状和尺寸的孔喉，从而对地层微裂缝或孔隙实现有效封堵；二是XZ-RF分子结构中的吸附基团对泥页岩吸附力强，可使封堵剂牢固吸附在泥页岩表面，形成吸附层，起到憎水作用，阻止滤液的侵入［3］。

此外，XZ-RF乳液的连续相是一种非极性介质，具有液体润滑剂的所有特征，可以在金属、岩石表面形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触产生的固-固摩擦改变为油膜之间的摩擦，或者通过表面活性剂的非极性端还可再吸附一层油膜，使钻具与岩石之间的摩擦力大大降低，从而减少转盘扭矩和起下钻摩阻。

2　XZ-RF的性能评价

2.1 润滑性

1）膨润土浆润滑性评价。在400 mL蒸馏水中加入1.2 g碳酸钠、16 g钠膨润土，高速搅拌20 min，密闭容器中养护24 h，即得含土量为4%的基浆。在基浆中加入不同量的XZ-RF，高速搅拌5 min混合均匀，然后在密闭容器中养护2～24 h，即得测试样浆。在极压润滑仪上测定基浆和测试浆的摩阻系数，评价结果见表1。

表1　在基浆中加入不同加量XZ-RF的润滑性能评价

结果表明，润滑封堵剂XZ-RF具有较强的润滑能力，随着加量的增大，润滑性越好。1%的加量即可将摩阻系数降低60%；当XZ-RF加量为3%时，可将摩阻系数降低80%以上，继续增加XZ-RF的加量，摩阻系数降低率变化不大。

2） 不同钻井液的润滑性评价。用聚合物钻井液、聚磺钻井液和钾钙基聚磺钻井液进行实验，配方如下。

聚合物钻井液4.0%膨润土+0.2%FA367+0.3 %MAN101+0.5%NH4PAN

聚磺钻井液聚合物钻井液+1.5%SMP-1+ 1.2%SPNH

钾钙基聚磺钻井液4.0%膨润土+0.2% FA367+0.5%MAN101+6%KCl+0.1%CaO+0.8% NH4PAN+2.5%SMP-1+2%SPNH

按上述3个配方将钻井液配好后，用EP极压润滑仪分别测量加入3%XZ-RF前后的摩阻系数，实验结果见表2。实验结果表明，在各类钻井液中加入3%XZ-RF后，聚合物钻井液、聚磺钻井液和钾钙基聚磺钻井液的摩阻系数降低率分别为66.04%、66.13%和70.67%。由此表明，XZ-RF在不同的水基钻井液中均能表现出良好的润滑性。

表2　不同钻井液加入3%XZ-RF前后的摩阻系数

3）不同密度钻井液的润滑性评价。分别在不同密度的钻井液中加入3.0%XZ-RF，测得摩阻系数分别为0.14、0.21、0.27和0.32，与基浆的摩阻系数相比明显降低。结果见表3。

表3　不同密度钻井液的摩阻系数

实验结果表明，钻井液的密度越高，其摩阻系数越高，钻井液中加入XZ-RF后，其摩阻系数降低率虽然有所下降，但仍可以满足现场需要。

2.2封堵性［3-5］

1）膨润土加重浆封堵性。在400 mL蒸馏水中加入1.2 g碳酸钠、24 g钠膨润土，高速搅拌20 min后养护24 h，即得6%膨润土浆。加入80%重晶石，高速搅拌30 min，即得膨润土加重浆。加入5%XZ-RF，高速搅拌5 min，密闭容器中养护2～24 h，即得测试样浆。滤失量测定结果表明：XZ-RF具有较强的封堵能力。加量5%即可将膨润土加重浆120 ℃高温高压滤失量从124 mL降到46 mL，降幅为62.9%；140 ℃高温高压滤失量从134 mL降到54 mL，降幅为59.7%；160 ℃高温高压滤失量从187 mL降到64 mL，降幅达65.8%。可见XZ-RF即使在160 ℃下仍具有较强的封堵能力。

2）聚合物加重浆封堵性。如表4所示，在淡水聚合物加重浆中与磺化沥青相比，XZ-RF的封堵能力不占优势。

表4　淡水聚合物加重浆封堵性评价

3）钾盐聚磺加重浆封堵性。在钾盐聚磺加重浆中与磺化沥青进行了对比实验，结果见表5。结果显示：在钾盐聚磺加重浆中加入磺化沥青后，120 ℃和160 ℃的高温高压滤失量都没有降低；而XZ-RF能将钾盐聚磺加重浆的120 ℃高温高压滤失量从56 mL降到14 mL，降幅高达75%； 160 ℃高温高压滤失量从98 mL降到60 mL，降幅还能保持38.8%。表明XZ-RF具有较强的抗盐和抗温能力。

4）欠饱和盐水加重浆封堵性。如表6所示，在欠饱和盐水加重浆中与磺化沥青相比，XZ-RF的封堵能力依然优异，表明XZ-RF具有较强的抗盐和抗温能力。

表5　钾盐聚磺加重浆封堵性评价

表6　欠饱和盐水加重浆封堵性评价

3　现场应用

在新疆油田阜19井和美4井2口预探井上进行了应用。试验期间，井下正常，无阻卡现象，满足了安全、高效钻井的要求，应用效果显著［6-8］。

阜19井是一口预探井，完钻井深为3 150 m。该井三叠系（2 250～2 800 m）克拉玛依组、烧房沟组、韭菜园组泥岩易垮塌，尤其在韭菜园组钻井中振动筛上时有掉块出现。钻井液中保持K+含量大于30 000 mg/L、并加入XZ-RF以强化钻井液封堵能力，技术措施实施后，顺利完成了该井段的施工。在2 500～2 950 m井段钻进过程中共用了2 t XZ-RF。首次处理钻井液时加入0.6 t XZ-RF，加量为0.3%，润滑、封堵效果良好，API滤失量由处理前的8 mL降低到4.5 mL，摩阻系数由0.069 9降低到0.043 7。

美4井位于新疆维吾尔自治区福海县境内，是一口预探井，完钻井深为3 655 m。XZ-RF在二开井段和三开井段进行了应用。三开使用钾钙基聚磺钻井液，在井深3 015 m处理钻井液时加入1 t XZRF，API滤失量由当时的5.5 mL降低到5 mL，摩阻系数由0.061 1降低到0.052 4，表现出了较好的润滑、封堵性能。

二开使用聚磺钻井液，在2 050～2 732 m井段进行了试验。首次处理钻井液时加入1 t XZ-RF，润滑、封堵效果良好，API滤失量由当时的7 mL降低到4.5 mL，滑动摩阻系数由0.052 4降低到0.034 9。

4　结论

1.逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF具有很好的润滑能力，1%的加量即可将膨润土浆摩阻系数降低60%。

2.XZ-RF具有优良的抗温、抗盐封堵能力，可将膨润土加重浆160 ℃高温高压滤失量降低65.8%，将欠饱和盐水加重浆120 ℃高温高压滤失量降低86.8%。

3.XZ-RF是一种无荧光、抗温、抗盐具有润滑和封堵功能的钻井液处理剂，同现有产品相比，由于该产品无荧光，其应用范围更广。

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An Invert Emulsion Gel Lubricating Plugging Agent XZ-RF

HUANG Zhizhong1， LI Chenxin1， WANG Feng2， WANG Peng1， ZHENG Yiping1， ZHANG Delian1
（1.Drilling Engineering Technology Research Institute of CNPC Xibu Drilling Engineering Company Ltd.， Karamay， Xinjiang 834000； 2.The Exploration Branch of PetroChina Qinghai Oilfield Company， Dunhuang， Gansu 736200）

An invert emulsion gel lubricating plugging agent， XZ-RF has been developed. Evaluation of XZ-RF showed that it had good lubricating ability； addition of 1% XZ-RF reduced the friction coefficient of bentonite mud by 60%， and 3% of XZ-RF reduced the friction coefficient of bentonite mud by more than 80%. XZ-RF showed good lubricating performance in polymer drilling fluid. XZ-RF also showed good plugging performance. A weighted bentonite mud treated with XZ-RF had HTHP filter loss reduced by 65.8% at 160 ℃. An under-saturated weighted brine mud treated with XZ-RF had HTHP filter loss reduced by 86.8% at 120 ℃. XZ-RF is a drilling fluid additive free of fluorescence， it has been successfully used in drilling 2 exploratory wells in Xinjiang Oilfield.

Borehole wall stabilization； Drilling fluid additive； Lubricity； Plugging ability； Gel elastomer

TE254.4

A

1001-5620（2016）05-0050-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.010

中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目“高温高密度钻井液与可排放海水基钻井液成套技术研发”（2013E-3802）资助。

黄治中，高级工程师，1963年生，1983年毕业于四川大学，现在主要从事钻井液完井液研究和应用工作。电话（0990）6883046；E-mail：huangzhzh@cnpc.com.cn。

（2016-5-6；HGF=1604N7；编辑王小娜）