钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法

学兔兔www.xuc第130卷第6期钻井液与完井液Vol.30No.62013年11月Nov.2013DRILLING FLUIDCOMPLETIONFLUID【理论研究与应用技术】钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法尹增苇,耿东士,王小娜2（

1.中国石油勘探开发研究院工程技术研究所，北京；

2.渤海钻探工程技术研究院，天津）尹增苇等.钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法［J］.钻井液与完井液，2013,30

（6）:44-

47.献测定钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力的方法主要是页岩膨胀法通过实验验证了页岩膨胀法存在的问题，并分析了产生这种问题的原因提出了一种测定钻井液滤液抑制性的新方法一离心法，通过实验证明了这种方法的可行性，并通过离心法测定出了KC1和有机盐溶液的抑制性随浓度变化的规律关键词钻井液滤液；抑制性；页岩膨胀法；离心法中图分类号TE258文献标识码A文章编号（）1001-5620201306-0044-04统计资料表明，90%的井下复杂都发生在泥页岩段［1-2,溶液和5%、20%有机盐溶液以及水和煤油的抑制性，测定是由泥页岩的水化膨胀引起的，防止其膨胀的关键是提高钻结果见图1〜图4井液滤液的抑制性，但是如何测定钻井液滤液的抑制性，还1234567890t/h存在一定的争议目前比较常用的几种测定钻井液抑制性的方法也都存在着一定的不足滚动回收率法测定的主要是钻井液包被抑制钻屑，防止其水化分散的能力，却不能很好地评价钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀的能力；激光粒度法超能在某种程度上评价钻井液滤液的抑制能力，但实验结果受一搅拌时间和搅拌速率影响较大，且仪器价格昂贵，无法普及［34;CST测定方法的实验结果重复性很差［5-6;目前使用最图1不同浓度KC1溶液抑制性的测定结果（钙膨润土）广泛的测定钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力的方法是页岩膨胀法，实验发现这种方法也存在着一定的缺陷对此从图1可知，土样选钙膨润土时，测定出几种样品的进行了研究分析，提出了一种简便快捷的新方法，并用这种抑制性强弱顺序为煤油＞7%KC1溶液＞5%KC1溶液＞新方法测定了不同浓度的KC1和有机盐溶液的抑制性3%KC1溶液〉水图2不同浓度有机盐溶液抑制性的测定结果（钙膨润土）页岩膨胀仪测定抑制性1NP-01称量10g在105℃下烘干4h以上的膨润土，加入到量杯中，在4MPa压力下压5min,把量杯安装在NP-01A页岩当膨胀测试仪上并标定好零点后，将量杯中加满待测液，测量8h,记录实验数据01_2345678910溶液抑制性

1.1t/h分别用钙膨润土和钠膨润土测定了3%、5%＞7%KC1第一作者简介尹增苇，在读硕士研究生，研究方向为钻井液与油气层保护院；邮政编地址北京市海淀区学院路20号中国石油勘探开发研究码100083;电话oa%a*8706050-320108076040302010从图2可以看出，土样选钙膨润土时，用NP-01膨胀图5不同钻井液滤液抑制性的测定结果（钠膨润土）仪测定出几种样品的抑制性强弱顺序为煤油＞20%有机盐从图5可以看出，土样选钠膨润土时，测定出几种滤溶液＞5%有机盐溶液》水液以及水和煤油的抑制性强弱顺序为煤油＞水＞20%有机盐钻井液滤液＞10%有机盐钻井液滤液＞5%有机盐钻井液滤液＞3%KC1钻井液滤液其中后4种滤液的抑制性相差很小实验结果讨论

1.3从实验结果可以看出，用NP-01页岩膨胀仪测定出的结果受土样影响较大，土样选钙膨润土时，实验结果能反映图3不同浓度KCI溶液抑制性的测定结果（钠膨润土）出溶液的抑制性强弱；而选钠膨润土时，实验结果则与实际从图3可知，土样选钠膨润土时，测定出几种样品的情况有很大差异从理论上分析，KC1和有机盐溶液的抑抑制性强弱顺序为煤油＞水＞7%KC1溶液＞5%KC1溶制性要强于蒸储水，但是土样选钠膨润土时的测定结果却恰液＞3%KC1溶液恰相反这是由NP-01页岩膨胀仪的测定原理决定的在测定过程中，各种待测液是从压好的土样上方渗入，钠膨润土遇蒸储水后迅速水化，并阻止蒸储水进一步渗入土样，40而含电解质的待测液则能减缓钠膨润土水化速度，逐渐渗入30土样待测液渗人土样越多，土样被浸泡的体积越多，那么20土样膨胀的总体积自然也越大（在土样被浸泡体积相同的情10况下，土样在抑制性好的待测液中的膨胀量读值才会低）0由于蒸储水在一定时间内渗入钠膨润土样的体积远低于含电解质溶液渗入钠膨润土样的体积，则一定时间内钠膨润土t/h图4不同浓度有机盐溶液抑制性的测定结果（钠膨润土）样在蒸镭水中的膨胀量读值低于在含电解质溶液中的读值，也就出现了用钠膨润土做抑制性评价实验用土时，蒸谓水的从图4可以看出，土样选钠膨润土时，测定出几种样抑制性大于KC1和有机盐溶液抑制性的错误结论钙膨润品的抑制性强弱顺序为煤油＞水＞20%有机盐溶液＞5%土水化能力较弱，不能阻止蒸储水的渗入，一定时间内蒸储有机盐溶液水渗入土样的体积与含电解质溶液渗入土样的体积相当，钻井液滤液抑制性

1.2实验结果也就基本能反映出溶液的抑制性强弱测定了溶液的抑制性之后，又测定了含KC1或有机盐抑制剂的钻井液滤液的抑制性（土样为钠膨润土），测定结果如图5所示，基浆配方如下离心法测定抑制性5%钠膨润土+

0.2%KPAM+

0.2%KPAN+在了解了页岩膨胀量测定方法存在的问题之后，提出或有机盐了一种测定滤液抑制泥页岩膨胀能力的新方法——离心法一煤油------------水实验方法

2.1—3%KC305%有机盐钻井液滤液取3只离心管，分别加入1g在105℃下烘干4h以上的20膨润土（钠膨润土或钙膨润土），再向3只离心管中分别加10入10mL水、煤油和待测液，摇晃震荡，使加入的液体和1%SMP+KC1土样完全混合，充分浸泡一段时间，在800-1离心机中离心40后，读出煤油中膨润土的体积为Vo,水中膨润土的体积为V],待测液中膨润土的体积为V2,计算出待测液的防膨率FPL防膨率越大，待测液的抑制性越好有机盐钻井液滤液—20%—10精机盐钻井液滤液FPL=（V-V）/（匕-%）X100%20123456789实验条件的确定t/h以3%KC1溶液为样品，土样选钠膨润土，分别测定其3%KC1钻井液滤液

79.

1731.25在不同离心速度、不同离心时间、不同浸泡时间下的防膨率，20%有机盐溶液

93.

7550.00以确定最佳实验条件实验结果如表1所不20%有机盐钻井液滤液

89.

5843.

752.3不同浓度KC1和有机盐溶液的抑制性表不同实验条件下离心法测溶液的防膨率13%KO实验证实了离心法测定滤液的抑制性可行后，又进一浸泡2h,离心15min浸泡2h,离心速离心速度为3000r/度为3000r/min min,离心15min步比较了不同浓度KC1和有机盐溶液的抑制性，土样依次离心速度/FPL/t禺心FPL/t浸泡/FPL/选择钠膨润土和钙膨润土，结果见图6〜图9r/min%min%h%

100081.

25585.

420.

585.

421.

089.

58200085.

421089.

581.

589.

582.

089.

58300089.

581589.

582.

589.58溶液/%KC1从实验结果可以看出，离心速度和离心时间对实验结图6不同浓度KC1溶液的防膨率（钠膨润土）果有一定影响，为准确测定出被液体浸泡后的钠膨润土的体积，需要比较大的离心速度，考虑到离心机本身的条件限制，从图6可以看出，1%KC1溶液对钠膨润土有很强的抑将离心速度选为3000r/min;而离心时间超过10min后，离心制性，防膨率达到80%左右；随着KC1浓度的增加，溶液时间的变化对实验结果无影响，故选离心时间为10min;浸的抑制性继续增强，KC1浓度达到6%时，防膨率高达95%泡时间超过lh后，浸泡时间再增加，实验结果也已不再变以上，此后KC1浓度再增加，溶液的抑制性保持不变化，故将浸泡时间选定为lh综合以上因素，确定实验条件如下浸泡时间为lh;离心速度为3000r/min;离心时间为10min离心法测定溶液和钻井液滤液抑制性

2.

1.2确定了最佳实验条件后，采用离心法（分别选钠膨润土和钙膨润土）依次测定出3%KCI溶液、20%有机盐溶液、3%KC1钻井液滤液、20%有机盐钻井液滤液的防膨率，结图7不同浓度有机盐溶液的防膨率（钠膨润土）果如表2所示从图7可以看出，当有机盐溶液的浓度低于5%时，对钠膨润土的防膨率维持在80%左右；浓度从5%增加到10%实验结果讨论

2.2时,抑制性有了很大提高，10%有机盐溶液的防膨率达到从实验结果可以看出该实验方法将黏土完全浸泡在94%;此后有机盐的浓度再增加，溶液的抑制性基本保持不液体中，经过一定时间后，液体抑制黏土水化膨胀的能力可变以被很好地评价比较出来而且这种方法操作简便快捷，需要使用的滤液量也较少需要说明的是，土样选钙膨润土时，同一种样品的防膨率要低于土样选钠膨润土时的结果，这是因为被水浸泡并离心后，钙膨润土的膨胀体积比钠膨润土要小很多，因此土样选钙膨润土时，计算出的防膨率较低，但是不论选择哪种土样，抑制性的强弱趋势是一致的，因此离心法对钠膨润土和钙膨润土均适用，这是它的另一大优点所以推荐用离心法取代页岩膨胀法来测定钻井液滤液抑制图8不同浓度KC1溶液的防膨率钙膨润土泥页岩水化膨胀的能力从图8可以看出，KC1浓度为2%时，对钙膨润土的表2离心法测定溶液和钻井液滤液抑制性结果防膨率达到约30%;随着KC1浓度的增加，溶液的抑制性继续增强，KC1浓度达到7%时，防膨率达到50%此后KC1溶液/钻井液滤液FPL钠膨润上土样/FPL钙膨润土上样/浓度再增加，溶液的抑制性基本保持不变，防膨率稳定在%%3%KC1溶液

85.

8337.5050%左右具有比较强的抑制性，且抑制性随着溶液浓度的增加而增强，当溶液浓度达到一定值时，抑制性也达到最强此后再增加溶液浓度，抑制性不再变化参考文故

[1]关景魁.泥页岩地层井壁稳定的研究概况[J].科技传播，图9不同浓度有机盐溶液的防膨率钙膨润土2010,20:

117.

[2]刘玉石.地层坍塌压力及井壁稳定对策研究[J].岩石力学从图9可以看出，当有机盐溶液的浓度低于5%时，对与工程学报，2004,2314:2421-

2423.钙膨润土的防膨率维持在25%左右；浓度从5%增加到15%

[3]倪寿亮.粒度分析方法及应用[J].广东化工，2011,38时,抑制性有很大提高,15%有机盐溶液的防膨率达到约2:223-

224.50%;此后有机盐的浓度再增加，溶液的抑制性基本保持不

[4]谢克俊.MALVERN2600型激光粒度仪及其应用[J].钻井变液与完井液，1994,112:65-

69.

[5]黄林基，罗兴树.用CST仪评价聚合物抑制性实验方法的3结论研究[J]・钻井液与完井液，1995,121:1-

5.液抑制性时存在的问题实验结果受土样影响较大，士.样

[6]李德江，邱敏.关于CST实验中几个问题的讨论[J].钻井选钙膨润土时，实验结果能反映出溶液的抑制性强弱；而土液与完井液，1996,131:36-

38.样选钠膨润土时，实验结果则与实际情况有很大差异

[7]郭宝利，袁孟雷，王爱玲，等.聚合醇抑制性能评价研究

2.提出了一种新的测定钻井液滤液抑制性的方法一一[J].钻井液与完井液，2005,224:35-

36.离心法，这种方法对钠膨润土和钙膨润土均适用，离心法测

[8]赵建刚，孙鹏，王琪，等,页岩膨胀抑制剂测试方法研究[J].钻井液与完井液，2013,304:41-

42.定的结果表明KC1和有机盐钻井液的滤液都具有比较强的

[9]余维初，宋世超，马燕华，等.高温高压泥页岩井壁稳定抑制性，证明这种方法是正确可行的评价装置的研究与应用[J].钻井液与完井液，2013,

3.离心法测定的结果表明，KC1溶液和有机盐溶液都303:37-

40.

1.通过实验验证了用页岩膨胀法测定钻井液滤（收稿日期2013-05-11;HGF=1306N9;编辑王小娜）605550454035302520。