杨胜芝 陈嘉荔 张长庚
中国石油长庆油田分公司第八采油厂地质研究所,陕西西安710018；.中国石油长庆油田分公司第八采油厂地质研究所,陕西西安710018；川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院钻井液完井液研究所，陕西西安710018；
摘要：在温度较高的环境中，钻井液尤其是水基钻井液内各种组分会发生降解、增稠、胶凝等变化，间接干扰钻井液悬浮与岩石携带能力。而用微波法合成的2/1型层状硅酸盐矿物有望解决上述问题。因此，文章利用实验设计的方法，进行了合成锂皂石在钻井液造浆材料中应用的方法、结果探究。
关键词：合成锂皂石；钻井液；造浆材料
前言：在我国深部干热岩钻探工程大范围推进的背景下，钻井作业面临着越来越高的地层温度，钻井液长时间停留在高温环境内，甚至超过300.0℃，对钻井液性能平稳性造成了较大的威胁。与此同时，钻井液造浆材料的创新愈受关注。因此，从钻井液造浆材料选择入手，探究合成锂皂石的应用效果就尤为关键。
一、实验设计
1、仪器及药品选择
在实验开展前，准备GW350型变频高温滚子加热炉、SYD-10型间歇式微波炉以及SD6型钻井液滤失测量仪、HTD13145六速旋转黏度计、D8AdvanceX射线衍射仪、80-1型磁力加热搅拌器等。
根据实验要求，准备化学纯羧甲基纤维素、化学纯硫酸、化学纯氯化镁、化学纯氨水、化学纯氯化钙、水洗后膨润土（钙基蒙脱石含量超97.0%）。
2、合成锂皂石造浆材料制备
根据合成锂皂石理想结构式，根据锂、氢氧化镁、氧化硅物质的量比为1.33/5.07/7.70的标准，用分析纯硫酸对提纯后膨润土进行处理，获得氧化硅，同时通过氯化镁、氨水反应获得氢氧化镁沉淀。在获得原料后，进行固相为20.0%的悬浮液配置。进而将悬浮液放入0.5L微波反应器内，调整微波反应器作用模式为低输出功率、温度匀速缓慢上升，持续240.0min后冷却。在反应器达到室温后将其过滤并利用去离子水洗涤至无可溶解盐类。最终在120.0±10.0℃环境下干燥，将干燥物粉碎后可获得合成锂皂石造浆材料。
二、实验实施
1、XRD分析
在辐射源为外Cu靶Kα时，设定测试波长、管电压与管电流分别为0.15406nm、40.0kV、45.0mA，依据每分钟4.0°的速度扫描，扫描步长设定在0.04°水平[1]。
2、水化温度影响实验
为促使蒙脱石颗粒完全水化分散，预先将膨润土基浆在室内温度下（18.0℃~25.0℃）水化16h。进而在蒸馏水中加入定量样本，经80-1型磁力加热搅拌器搅拌0.30h。将搅拌后物质放入预先设定温度的水浴锅内，陈化8h[2]。陈化后再次利用80-1型磁力加热搅拌器进行高速搅拌0.08h。同样的操作重复数次，改变样加量百分比至0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%，获得钻井液造浆液。通过HTD13145六速旋转黏度计测量15.0~45.0℃范围内的水化温度对样本分体系表观黏度的作用。
3、抗盐性能分析
在室内温度环境下，将1.0%合成锂皂石加入到已陈化8h后的2.0%钠膨润土基础造浆材料，经80-1型磁力加热搅拌器进行高速搅拌0.30h。搅拌后加入0.0%、5.0%、10.0%、20.0%的化学纯氯化钠，于常温下测定添加1.0%合成锂皂石的造浆材料抗盐性能。进而在300.0℃高温下老化18h，冷却至室内温度后，利用SD6型钻井液滤失测量仪再次测试添加样本后造浆材料性能。
三、实验结果
1、XRD分析结果
.png)
通过对合成锂皂石XRD结果进行统计可知，合成锂皂石谱图衍生峰出现2位置分别为73.56°、61.20°、37.05°、29.20°、20.05°、5.62°，分别对应合成锂皂石222晶面、300晶面、111晶面、006晶面、101晶面和001晶面，无非合成锂皂石衍生峰，表明合成的样品反应物比例恰当且纯度较高。
2、水化温度影响分析结果
.png)
如表1所示，在合成锂皂石加量一定，而水化温度不断朝更高水平变化进程中，合成锂皂石分散体系表观黏度数值大体相当，表明合成锂皂石制备的造浆材料可以抵抗水化温度的干扰，分散能力极强。而水化温度一定、合成锂皂石加量增加情况下，合成锂皂石分散体系表观黏度也随之增加，表明合成锂皂石具有提高钻井液黏度的作用。
3、抗盐性能分析结果
.png)
由表2可知，高温老化前，氯化钠加量的增加会导致添加1.0%合成锂皂石的造浆材料动切力、动塑比呈现出先缓慢下降后基本稳定的态势，而滤失量稳步上升。高温老化后，氯化钠加量的增加会导致添加1.0%合成锂皂石的造浆材料动切力呈现出缓慢上升后维持不变的情况，而动塑比缓慢上升后维稳一段时间后下降，表明因钠离子浓度增加促使合成锂皂石颗粒之间静电排斥作用被屏蔽，整体空间网状结构强度减弱。而通过对数据进行分析可知，合成造浆材料空间网状结构可抵抗20.0%的氯化钠盐侵袭。
总结：
综上所述，实验分析用合成锂皂石纯度较高。随着钻井液温度上升，合成锂皂石分散体系表观黏度总体呈现出稳定态势，无遇高温稠度显著上升或下降表现。表明将合成锂皂石用作造浆材料的钻井液抗高温流变性、稳定性较高，具有较大应用前景。
参考文献：
[1]侯剑峰,杨永强.XRD法分析含钾钙氟化盐的铝电解质体系分子比的改进[J].有色金属(冶炼部分),2021(05):41-44.
[2]熊正强,李晓东,付帆,李艳宁.合成锂皂石用作超高温水基钻井液增黏剂实验研究[J].钻井液与完井液,2018(05):19-25.