张　黎，杜　森，李华峰，任香梅，李王娜（西安石油大学，陕西西安　710065）



改性沥青在钻井液中的应用研究

张黎，杜森，李华峰，任香梅，李王娜
（西安石油大学，陕西西安710065）

摘要：在疏松地层等复杂地质结构下进行钻井作业时，由于钻井液的滤失而形成井壁黏土水化膨胀，造成井壁坍塌的危害，为了解决这一问题，通常需要加入各种钻井液添加剂，来抑制黏土膨胀，降低钻井液的滤失量，防止钻井过程中的井壁塌陷等问题。本论文通过正交实验考察了系列改性沥青材料对钻井液黏度，滤失，摩阻等性能的影响。实验结果表明，当沥青加量为0.15 %，搬土加量为6 %，CMC用量为0.2 %时，钻井液的滤失、黏度等性能达到最优化。最后通过电子显微镜观察最优配方下的滤饼结构，分析其性能。结果证明，改性沥青材料具有较好的降滤失作用和造壁性能，有很好的应用前景。

关键词：钻井液；沥青；滤失；黏度

1　前言

目前，国内外使用的降失水剂品种较多，根据降失水剂的作用机理，可分为两大类，固体微粒材料和水溶性高分子材料[1]。改性沥青是一种应用较广泛的固体微粒材料，本文采用实验室制备的改性沥青材料，以沥青的用量、沥青种类、膨润土的用量以及CMC的用量为因素，以钻井液的黏度、密度、摩阻、滤失、pH等为指标，测试钻井液的性能[2-5]。采用正交试验法等优化设计手段，探索沥青对低固相钻井液的性能影响（见表1～表4，图1～图12）。

图1　沥青加量对黏度的影响

图2　沥青种类对黏度的影响

图3　CMC加量对黏度的影响

图4　搬土用量对黏度的影响

图5　沥青加量对滤失量的影响

图6　沥青种类对滤失量的影响

图7　CMC加量对滤失量的影响

图8　搬土用量对滤失量的影响

图9　沥青用量对摩阻的影响

图10　沥青种类对摩阻的影响

图11　CMC加量对摩阻的影响

图12　搬土用量对摩阻的影响

表1　因素水平表

表2　以黏度为指标的最优配比

表3　以滤失量为指标的最优配比

表4　以摩阻为指标的最优配比

降滤失剂性能的好坏可以从泥饼被降滤失剂作用前后的形貌变化和韧性变化来判断[6]。本试验以沥青材料，纳米材料为降滤失剂，得到的泥饼在电镜下观察其形貌变化和泥饼的韧性情况（见图13）。

图13　加入改性沥青的钻井液滤饼表面结构电镜图

2　结论

（1）通过对正交实验得到的最优配比条件进行验证后，可以看出：沥青钻井液与普通钻井液相比，在滤失，黏度和摩阻方面等都有着较好的效果。综合考虑下当沥青加量为0.15 %，搬土加量为6 %，CMC用量为0.2 %时达到最优工艺。

（2）通过观察钻井液的滤饼，发现添加沥青降滤失剂后的滤饼上沥青分散均匀。使用电子显微镜观察滤饼后，发现滤饼的结构紧密、韧性较强，由此可知，沥青材料有堵塞滤饼孔隙和使滤饼更加致密柔韧的作用，所以沥青钻井液有着良好的造壁性能。

（3）本实验还应该从改性沥青材料的化学组成和表面结构入手，对其作用原理可进行进一步的分析。

参考文献：

［1］张高波，吴锰.防塌剂的防塌机理及对应的评价方法［J］.钻井液与完井液，1999，16（1）：33-34.

［2］姚福林.沥青类钻井液处理剂［J］.油田化学，1989，6（2）：176- 184.

［3］罗平亚.抗高温水基泥浆作用原理［J］.西南石油学院学报，1979，2（2）：81-92.

［4］李淑廉.沥青类钻井液处理剂防塌机理研究［M］.北京：石油工业出版社，1999.

［5］周卫峰，原健安，戴经梁.影响粘附性的沥青性质分析［J］.石油沥青，2003，17（3）：22-25.

［6］吴志均，杨宪民，唐红君.泥饼质量评价方法探讨［J］.钻井液与完井液，1997，14（6）：6-8.

Study on application of modified asphalt in drilling fluid

ZHANG Li，DU Sen，LI Huafeng，REN Xiangmei，LI Wangna
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Abstract:Drilling in complicated geological structure loose strata under, because drilling fluid filtrate and the formation of the clay hydration expansion,cause the harm to borehole collapse, in order to solve this problem,usually need to join the various kinds of drilling fluid additives,to suppress the clay swelling,reduce the loss of drilling fluid filter,to prevent the problem of borehole drilling in the process of collapse.The experiment adopted different modified asphalt materials on drilling fluid viscosity, filtration was studied by orthogonal experiment,effects of the friction properties.The experimental results show that,when the asphalt dosage 0.15 %,remove the earth quantity is 6 %,the dosage of CMC is 0.2 %,the drilling fluid filtrate,viscosity and other properties to achieve the optimization.Finally,observe the cake structure under the optimal formula by electron microscope,the analysis of its performance.Results show that,the modified asphalt material has good filtration reduction loss and wall building property,has good application prospects.

Key words：drilling fluid；asphalt；fluid loss；viscosity

作者简介：张黎，女（1976-），讲师，西安石油大学教师，从事油田化学品的合成与应用研究工作，邮箱：zhangli@xsyu.edu.cn。

基金项目：陕西省省级大学生科技创新项目“聚合物/膨润土纳米复合材料的制备及其在钻井液中的应用”，项目编号：1036。

*收稿日期：2016－01-19

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.008

中图分类号：TE254.4

文献标识码：A

文章编号：1673-5285（2016）03-0029-04