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原文传递沥青在油基钻井液中的降滤失性能与其软化点的关联性研究

论文题名：	沥青在油基钻井液中的降滤失性能与其软化点的关联性研究
关键词：	沥青;油基钻井液;降滤失性能;软化点;关联性
摘要：	近年来，国内页岩气开发大量使用了具备抗高温能力强、润滑性好、携砂能力强、性能稳定等特点的油基钻井液。由于钻井深度越来越深，钻井过程中遇到复杂地层环境越来越频繁，引起钻井液性能变化，造成滤液侵入地层后井下垮塌、井壁失稳等问题经常发生。而降滤失剂作为钻井液降滤失和封堵的主要添加剂，是油基钻井液中必不可少的处理剂。目前，常见的油基钻井液降滤失剂为腐殖酸类、沥青类、高分子聚合物类和其它天然高分子改性类。由于沥青类降滤失剂的价格成本低，且因其“软化封堵”特性而具有较好的降滤失性能，因此，在油基钻井液中使用范围广。　　目前，通常采用水基钻井液的标准选择沥青，即沥青软化点越接近地层温度，钻井液封堵和降滤失效果越佳。但在油基钻井液中，参照此标准选用沥青，现场效果不佳。分析原因，初步认为是油基钻井液中基油对沥青部分混溶或溶解，造成了沥青软化点和沥青组分等因素的变化，引起了封堵降滤失剂的效果变差。因此，为了更好地提高沥青类产品在页岩气开发的油基钻井液中的应用效果，针对性地进行了沥青软化点与油基钻井液降滤失性能的关联性研究。　　本文从以下几个方面进行研究：　　1、研究了沥青软化点与沥青组分之间的关联性。采用环球法、石油四组分测定法、薄层色谱分析对八种沥青的基本性能进行测定(软化点、四组分含量)，并探讨沥青四组分含量与软化点之间的关联性研究。结果表明，不论是氧化沥青还是天然沥青，随着沥青组分中胶质和沥青质含量的增加，其沥青软化点也随之增加。　　2、研究了油基钻井液中影响沥青软化点的主要因素。采用红外光谱分析、油溶率测试对溶于基油前后的沥青进行表征，并研究了影响沥青油溶率的主要因数以及基油、有机土对沥青软化点的影响。结果表明，通过红外光谱表征从微观角度证实了天然沥青部分溶于0#柴油。同一温度下，低软化点的沥青油溶率高，其在基油中沥青固相含量少；不同温度下，随着温度升高，沥青油溶率增大。有机土的加入能够提高沥青软化点，且随着有机土加量的增多，沥青软化点升高的程度越大。基油的加入使沥青软化点有所下降，且随着基油加量的增多，沥青软化点下降的程度更大，同时5#白油比0#柴油影响沥青软化点下降的程度要小。此外，以基油质量分数与软化点为横纵坐标，发现基油质量分数与沥青软化点呈线性关系。　　3、研究了沥青软化点与沥青降滤失特性的关联性。采用HTHP滤失/PPT封堵测试等手段，对比研究了不同软化点的沥青在水基钻井液和油基钻井液中的降滤失特性，并采用扫描电镜对油基泥饼的微观结构进行分析。结果表明，在水基钻井液中，沥青软化点与地层温度越接近，其降滤失性能效果好；超过沥青软化点时，其降滤失性能效果会变差。而在油基钻井液中，120℃以下的井温，选用最接近地层温度的软化点沥青时，其降滤失性能效果不佳，选用高于地层温度20~30℃的软化点沥青时，其降滤失性能更好；150℃以上的井温，选用接近井温的泥饼软化点沥青，其降滤失效果较好，同时，软化点为180℃的天然沥青4#的粒径与地层孔喉直径匹配，降滤失效果较佳。且经过SEM测试可知，实验温度正好达到泥饼中沥青软化点时，砂盘孔隙几乎被完全软化填充。分析原因，低软化点的沥青油溶率较高，其固相含量较少；沥青混油后，所形成的油基泥饼含油率较高，其泥饼中沥青软化点相较原始软化点会下降20～30℃。而软化点160℃以上沥青含油率较低，其沥青固相含量较多；沥青混油后，所形成的油基泥饼含油率较低，相应泥饼中沥青的软化点几乎与原始软化点一致，受影响较小，在测试温度低于软化点时，作用机理为刚性沥青颗粒堆积架桥封堵，受沥青颗粒粒径影响，粒径与地层孔喉越匹配，所形成的泥饼越致密，降滤失效果越好。因此，在井温不超过120℃的油基钻井液中，加入沥青原始软化点高于实际井温20～30℃的泥饼渗透性弱、降滤失效果好；在井温超过150℃时，除沥青软化点与地层温度接近，其降滤失效果较好外，粒径与地层孔喉直径提高理想充填效果的沥青，降滤失也较好。　　综上所述，沥青在油基钻井液中混油之后，泥饼中沥青软化点会比原样的软化点降低20～30℃；同时，基油对沥青具有一定的溶解度，会降低钻井液中沥青封堵的固相含量。因此，为了使沥青在油基钻井液中达到最佳的降滤失效果，建议温度不超过120℃的井在筛选油基钻井液用天然沥青(氧化沥青)时，需提高目标软化点20～30℃以保证实际泥饼中沥青软化点匹配井温，温度超过150℃的井在筛选油基钻井液用天然沥青(氧化沥青)时，除匹配软化点外还应注重粒径筛选以匹配地层孔喉直径提高理想充填效果；同时，为了增加油基钻井液中沥青的有效封堵含量，建议提高钻井液中沥青类降滤失剂的用量。
作者：	倪天姿
专业：	环境科学
导师：	王昌军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长江大学
学位年度：	2023