降濾失劑性能評價：核心測試方法與技術要點

引言：控制濾失的關鍵角色
在鉆井液體系中，降濾失劑扮演著至關重要的角色。其核心功能在于有效減少鉆井液向滲透性地層的濾液侵入量，并在井壁形成致密、低滲透性的濾餅。這不僅保護了儲層、維持井壁穩定，更能顯著提高鉆井效率與安全性。因此，科學、準確地評價降濾失劑的性能，對于鉆井液體系的優化設計與現場應用具有決定性意義。本文將系統闡述降濾失劑性能測試的核心原理、標準方法及關鍵考量因素。

一、 性能測試的核心原理與目標

降濾失劑性能測試的核心在于模擬鉆井液在井下所面臨的高溫高壓環境，定量評估其控制濾液濾失的能力。主要測試目標包括：

1. 濾失量測定： 在特定時間、溫度、壓差條件下，測量透過標準濾紙或巖心介質的濾液體積。濾失量越低，表明降濾失劑控制濾失的效果越好。
2. 濾餅質量評估： 觀察并測量在濾失過程中形成的濾餅厚度、致密性、韌性和可壓縮性。薄、韌、致密的濾餅是理想的，能有效封堵地層孔隙并降低摩阻。
3. 抗溫抗鹽能力驗證： 評價其在高溫、高鹽度或含鈣鎂離子等復雜鉆井環境下的性能穩定性。
4. 配伍性考察： 測試其與鉆井液體系中其他處理劑（如增粘劑、抑制劑、加重材料等）的協同作用效果。

二、 主要測試方法與標準程序

目前，評價降濾失劑性能主要依據行業公認的標準測試方法，核心設備為濾失儀：

1. 常溫中壓濾失量測試 (API 濾失量測試)

   • 標準依據： 參照API RP 13B-1/ISO 10414-1等規范。
   • 測試條件： 室溫（通常指25±3°C或特定溫度），壓差100 psi (690 kPa)，測試時間通常為30分鐘。
   • 設備： 常壓濾失儀（API濾失儀）。
   • 操作簡述：
     • 將制備好的含降濾失劑鉆井液樣品倒入測試杯中。
     • 組裝濾失儀，施加100 psi氮氣或二氧化碳壓力。
     • 在指定時間點（如7.5分鐘和30分鐘）收集并測量濾液體積。
     • 記錄30分鐘時的總濾失量（單位：mL）及濾餅情況（厚度、質地）。
   • 意義： 這是最基礎、最常用的評價指標，用于快速篩選和初步比較不同降濾失劑或配方的常溫性能。

2. 高溫高壓濾失量測試 (HTTP 濾失量測試)

   • 標準依據： 參照API RP 13B-1/ISO 10414-1等規范。
   • 測試條件： 模擬井下高溫高壓環境（溫度可設定在150°C, 180°C, 200°C甚至更高；壓差通常為500 psi (3.45 MPa)）。
   • 設備： 高溫高壓濾失儀。
   • 操作簡述：
     • 將鉆井液樣品倒入預熱后的測試杯中。
     • 將測試杯組裝入加熱套，升溫至目標溫度并保持穩定。
     • 施加設定的高壓（如500 psi）。
     • 在指定時間（通常30分鐘）內收集濾液并測量體積。
     • 記錄高溫高壓下的濾失量（單位：mL）及冷卻后濾餅特性。
   • 意義： 更真實地模擬井下條件，是評價降濾失劑在深井、超深井或地熱井等苛刻環境中性能的關鍵測試。

3. 動態濾失測試

   • 原理： 模擬鉆井液在環空流動狀態下（存在剪切作用）的濾失行為。
   • 設備： 動態濾失儀，通常帶有攪拌或循環裝置。
   • 測試條件： 可在不同溫度、壓力、剪切速率下進行。
   • 意義： 比靜態測試更接近鉆井液實際工作狀態，能更準確地評估濾餅在動態條件下的形成與穩定性。

4. 巖心濾失測試

   • 原理： 使用真實巖心（而非濾紙）作為濾失介質，模擬鉆井液在地層孔隙中的濾失過程。
   • 設備： 巖心流動實驗裝置。
   • 意義： 能評估降濾失劑對特定儲層巖心的封堵效果及潛在的儲層損害程度，對儲層保護方案設計尤為重要。

三、 測試結果解讀與關鍵考量因素

• 濾失量： 直接反映降濾失劑控制濾液損失的能力。理想值應在滿足鉆井需求的前提下盡可能低。HTTP濾失量通常比API濾失量更具實際參考價值。
• 濾餅質量： 與濾失量同等重要甚至更重要。觀察濾餅是否均勻、?。ɡ硐胫低ǔ?-3mm或更薄）、致密、光滑、有韌性、不易開裂或剝落。劣質濾餅（如過厚、松軟、易剝落）即使濾失量不高，也可能導致卡鉆等井下復雜情況。
• 溫度與壓力影響： 關注降濾失劑在高溫高壓下的性能保持率。有些材料在常溫下有效，但在高溫下可能降解或失效。
• 抗污染能力： 測試在鹽侵、鈣侵、鉆屑污染等情況下，降濾失劑性能的穩定性。
• 加量優化： 測試不同加量下的性能變化，找到經濟有效的“性能拐點”（即加量繼續增加但性能提升不顯著的臨界點）。
• 配伍性影響： 降濾失劑與其他處理劑的相互作用可能產生協同增效或相互抵消的效果，需在體系整體中進行評價。

四、 測試的意義與實際應用價值

科學嚴謹的降濾失劑性能測試是連接實驗室研究與現場應用的橋梁：

1. 配方篩選與優化： 快速對比不同降濾失劑或不同配方的性能優劣，指導鉆井液體系的構建。
2. 質量控制與一致性保障： 確保生產批次間降濾失劑產品性能的穩定可靠。
3. 井下問題診斷： 當現場出現井壁失穩、濾失量異常增大等問題時，可通過實驗室測試回溯分析降濾失劑是否失效或被污染。
4. 新型材料開發評估： 為新研發的降濾失劑材料提供客觀的性能評價標準。
5. 鉆井液成本控制： 通過精確評價性能與加量關系，有助于在滿足鉆井要求的前提下實現成本優化。
6. 儲層保護方案制定： 通過巖心濾失等測試，評估降濾失劑對儲層的潛在傷害，優化完井液、鉆井液設計以最大限度保護產能。

結語：精準測試驅動高效鉆井
降濾失劑性能的精準評價，依賴于標準化的測試方法、規范的操作流程以及對測試結果全面深入的解讀。從基礎的API濾失量到復雜的高溫高壓及動態測試，再到貼近地層的巖心評價，構成了一個多維度、多層次的性能評估體系。深入理解并應用這些測試方法，不僅能夠篩選出高效、穩定、適應性強的降濾失劑產品，更能為鉆井液技術的持續進步和鉆井作業的安全高效提供堅實的技術支撐，最終服務于油氣資源的高效、綠色勘探開發。持續優化測試技術并深刻理解測試結果背后的物理化學意義，是提升鉆井液技術水平的關鍵所在。