張家旗，王建華，魏風(fēng)奇，閆麗麗

（1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司，北京 102206；2.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007）

隨著頁巖氣大規(guī)模開發(fā)，高密度油基鉆井液在川渝地區(qū)應(yīng)用越來越廣泛。固相含量作為油基鉆井液性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)其流變性和濾失性影響極大[1-4]。油基鉆井液中的有用固相包括有機(jī)土、氧化鈣、重晶石及封堵劑等，有害固相絕大部分是鉆屑[5-6]。隨著油基鉆井液重復(fù)利用次數(shù)越來越大，鉆屑含量不斷增加，流變性控制越來越難，特別會(huì)導(dǎo)致塑性黏度和終切力大幅度增加，流動(dòng)阻力增大，泥漿泵功耗增大；此外，鉆屑含量高還可能導(dǎo)致濾餅增厚，容易發(fā)生井下復(fù)雜等[7]。因此，在鉆井過程中需要密切關(guān)注油基鉆井液中的有害固相含量，及時(shí)對(duì)鉆井液進(jìn)行維護(hù)。通過對(duì)比井漿和室內(nèi)新配漿的固相含量，利用線性回歸方法得出了一種有害低密度固相含量計(jì)算方法，并以現(xiàn)場(chǎng)漿為例進(jìn)行校核。該方法簡(jiǎn)便、誤差小，具有較高的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

1 現(xiàn)有油基鉆井液中有害低密度固相含量計(jì)算方法分析

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.2 《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第2 部分：油基鉆井液》規(guī)定油基鉆井液固相濃度和密度的計(jì)算方法，油基鉆井液中低密度固相體積等于懸浮固相與加重材料體積差[8]。

懸浮固相的平均密度如式（1）所示。

式中，ρsol為懸浮固相的平均密度，g/cm3；ρs為鉆井液密度，g/cm3；φo為油的體積百分?jǐn)?shù)，%；ρo為油的密度，g/cm3；φB為鹽水占鉆井液的體積百分?jǐn)?shù)，%；ρB為鹽水的密度，g/cm3；φsol為校正后固相的體積百分?jǐn)?shù)。

加重材料的體積百分?jǐn)?shù)如式（2）所示。

式中，φwm為加重材料占總懸浮固相的體積百分?jǐn)?shù)，%；ρwm為加重材料的平均密度，g/cm3；ρlg為低密度固相的密度，g/cm3。

低密度固相的體積百分?jǐn)?shù)如式（3）所示。

式中，φlg為低密度固相占總懸浮固相的體積百分?jǐn)?shù)，%。

由式（1）～式（3）可知，該標(biāo)準(zhǔn)中低密度固相是以鉆屑為主，按照2.65 g/cm3進(jìn)行計(jì)算[9]。鉆屑的密度隨地層巖性變化而改變，且油基鉆井液中通常還含降濾失劑、有機(jī)土、氧化鈣及封堵劑等其他低密度固相，ρlg難以通過計(jì)算或者測(cè)量得到，由該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的低密度固相含量不準(zhǔn)確。φlg是低密度固相占總懸浮固相的體積百分?jǐn)?shù)，體現(xiàn)不出有害低密度固相在鉆井液中的含量，結(jié)果不直觀。

2 基于線性回歸的油基鉆井液有害低密度固相含量計(jì)算方法

為了方便描述，該方法中的有用固相含量和有害固相含量均指的是占“總固相”的體積分?jǐn)?shù)，即通過蒸餾法得到的總固相含量。為精確得出油基鉆井液有害低密度固相含量，需要從油基鉆井液配方入手，計(jì)算出每種處理劑的體積分?jǐn)?shù)。已知油基鉆井液配方，模擬現(xiàn)場(chǎng)井漿室內(nèi)配制油基鉆井液，測(cè)試新漿固相含量，計(jì)算有用固相總量與重晶石、有機(jī)土、氧化鈣、氯化鈣、降濾失劑和封堵劑體積的關(guān)系，并通過線性回歸進(jìn)行校正；測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)油基鉆井液的總固相含量，減去有用固相含量總量，得到有害低密度固相含量。

以川慶鉆探鉆井液公司油基鉆井液為例，通過測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)漿的密度、油水比和氯根含量等關(guān)鍵參數(shù)，室內(nèi)采用現(xiàn)場(chǎng)相同配方配制油基鉆井液，并測(cè)定其固相含量。油基鉆井液各處理劑加量及所占比例如表1 所示。

表1 模擬現(xiàn)場(chǎng)井漿室內(nèi)配制油基鉆井液各處理劑加量及所占比例

由表1 可以看出，理論計(jì)算得到固相含量與實(shí)測(cè)固相含量相差大，需進(jìn)行修正。以加重材料和氯化鈣等為主要參數(shù)對(duì)有用固相含量進(jìn)行線性回歸，回歸結(jié)果如表2 所示。將線性回歸的結(jié)果與實(shí)測(cè)固相含量對(duì)比，結(jié)果見表3。

表2 線性回歸系數(shù)

表3 計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)固相含量誤差分析

由表2 可知，相關(guān)系數(shù)R=0.9997，自變量與因變量高度正相關(guān)。復(fù)測(cè)定系數(shù)R Square=0.9995，自變量可解釋因變量的99.95%，擬合度好。F 顯著性統(tǒng)計(jì)量的P 值為7.65×10-6，遠(yuǎn)小于顯著性水平0.05，回歸效果顯著。變量的P 值遠(yuǎn)小于0.05，與低密度固相含量相關(guān)性好。因此，該回歸模型可用。由表3 可知，線性回歸得到的固相含量與實(shí)測(cè)固相含量相差較小，誤差小于3%。

現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，油基鉆井液受鉆屑污染后密度增大，需添加基液以維護(hù)鉆井液性能。因此，單位體積鉆井液中加重劑的體積分?jǐn)?shù)降低。利用線性回歸模型可知現(xiàn)場(chǎng)鉆井液中其他處理劑（降濾失劑、有機(jī)土、氯化鈣、氧化鈣及封堵劑）的體積分?jǐn)?shù)，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液各組分關(guān)系如式（4）和式（5）所示。

式中，φc為鉆屑的體積百分?jǐn)?shù)，%；為現(xiàn)場(chǎng)鉆井液中加重材料的體積百分?jǐn)?shù)，%；φta為其他處理劑的體積百分?jǐn)?shù)，%；為現(xiàn)場(chǎng)鉆井液固相含量，%。

式中，ρc為鉆屑密度，g/cm3；為現(xiàn)場(chǎng)鉆井液中油的體積百分?jǐn)?shù)，%；為現(xiàn)場(chǎng)鉆井液中水的體積百分?jǐn)?shù)，%；ρta為其他處理劑密度，g/cm3。

由式（4）和式（5）可計(jì)算出油基鉆井液中有害低密度固相含量，如式（6）所示。

現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的降濾失劑、有機(jī)土、氯化鈣、氧化鈣及封堵劑加量與新漿一致，利用線性回歸關(guān)系式計(jì)算有害固相含量，結(jié)果見表4。由表4 看出，川慶鉆探鉆井液公司現(xiàn)場(chǎng)油基鉆井液有害低密度固相含量約為4%～6%。

表4 現(xiàn)場(chǎng)油基鉆井液低密度有害固相含量計(jì)算結(jié)果

3 2 種計(jì)算方法對(duì)比分析

以GB/T 16783.2 中的計(jì)算方法計(jì)算表1 中的低密度固相含量，結(jié)果如表5 所示。

表5 按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的油基鉆井液低密度固相含量

將表4 中實(shí)際測(cè)得的各低密度固相含量求和，得到φlg實(shí)測(cè)，與按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的油基鉆井液低密度固相含量對(duì)比，結(jié)果如表6 所示。由表6 看出，GB/T 16783.2 計(jì)算得到的油基鉆井液低密度固相含量與實(shí)測(cè)誤差較大，普遍在20%以上。因此，基于線性回歸方法得出的油基鉆井液低密度固相含量更為精確。

表6 油基鉆井液低密度固相含量計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

1.GB/T 16783.2 中油基鉆井液低密度固相含量計(jì)算方法不準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果不能直觀體現(xiàn)有害低密度固相在鉆井液中的體積分?jǐn)?shù)。

2.以加重材料和氯化鈣為主要參數(shù)對(duì)有用固相含量進(jìn)行線性回歸，得到的固相含量與實(shí)測(cè)固相含量相差較小，誤差小于3%。

3.基于線性回歸的油基鉆井液有害低密度固相含量計(jì)算方法可以更精確計(jì)算有害固相含量，對(duì)油基鉆井液性能維護(hù)提供了重要標(biāo)準(zhǔn)。川慶鉆探鉆井液公司現(xiàn)場(chǎng)油基鉆井液有害低密度固相含量約為4%～6%。