正交试验对抗盐泥浆配方的优选与优化

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1、正交试验对抗盐泥浆配方的优选与优化　摘要：正交试验设计（Orthogonalexperimentaldesign）是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，正交试验设计是分式析因设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。在钻探行业中，抗盐钻井液是运用于水敏性或盐膏地层中的一种冲洗液，对付盐侵的原则可用九个字来概括：抗盐、护胶、拆结构、换土。下面就正交试验对抗盐钻井液配比的优选与优化进行研究。　　关键词：正交试验；析因设计；抗盐钻井液；盐侵　　1正交试验设计原理　　正交试验属于试验设

2、计方法的一种，简单的讲实验设计是研究如何科学安排试验，以较少的人力物力消耗而取得较多交全面的信息。试验安排得好，事半功倍；反之则事倍功半，甚至达不到预期目的，因此，如何进行试验设计是一个至关重要的问题。正交设计是用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。　　文章通过盐膏地层分析，选出试验元素，然后通过正交试验设计先进行初配试验配方，然后复配、优化。其实正交试验设计已经是试验优化的常用技术，它是在优化思想的指导下进行最优的一种优化方法。它从不同的优良性出发，合理设计试验方案，有效控制试验干扰，科学处理试验数据，全面进

3、行优化分析，直接实现优化目标，已成为现代优化技术的一个重要方面。　　全面试验包括的水平组合数较多，工作量大，由于受试验场地、试验材料、经费等限制而难于实施，而正交试验是在试验安排中，每个因素在研究的范围内选几个水平，从优选区全面试验点（水平组合）中挑选出有代表性的部分试验点（水平组合）来进行试验，利用一套规格化的正交表（orthogonaltable）安排试验，得到的试验结果再用数理统计方法进行处理，使之得出科学的结论。本试验选用的是正交表为L9（34）进行钻井液的优选，L9（34）的含义为四因素、三水平、每组9个实验。　　2钻井液正交试验实验

4、初选配方　　对付盐侵的原则可用九个字来概括：抗盐、护胶、拆结构、换土。抗盐、护胶就是加入抗盐能力强的有机护胶剂，保护粘土胶粒在钠离子浓度较高的环境仍然具有足够的数量，如钠羧甲基纤维素（Na-CMC）、磺甲基酚醛树脂（SMP）等；拆结构就是加入抗盐稀释剂，利用稀释剂与粘土吸附能力强的特点，拆散已经形成的絮凝X架结构，恢复被污染前的钻井液性能，如FCLS，磺甲基单宁（SMT）等；换土的方法则是指将配浆膨润土改换成抗盐粘土，如海泡石、凹凸棒土。　　盐水钻井液属于低固相钻井液，粘土不宜超过5%。若配制的高密度饱和盐水钻井液用于造浆地层，一般所用的粘土有

5、膨润土或者抗盐粘土海泡石和凹凸棒石，且土的加量一般小于3%；配制欠饱和盐水钻井液，土的加量在3%～4%为宜。在舞阳Y4井现场施工中，可以利用地层造浆作用，减小土的加量到2%即可。而在室内实验中，为了更好的配制出优质盐水钻井液性能，所用土为膨润土4%，初步配方如表1。实验的基本思想是利用添加剂在钻井液所起的作用和抗盐性，配制盐水钻井液来解决在盐膏层中所遇到的缩径、卡钻、掉块、坍塌、大肚子等各种复杂问题。本实验的配方组成是：膨润土、低粘Na-CMC、SMP-II、KPAN和膏状磺化沥青（SAS）。　　配制饱和盐水钻井液的基本原则是以降失水为主，降粘

6、为辅。所以所选的四种添加剂需具有降失水的作用，该配方中具有起降失水剂的有低粘Na-CMC、SMP-II和KPAN；润滑剂：磺化沥青SAS；泥页岩抑制剂：KPAN；具有护胶作用的有：低粘Na-CMC和磺化沥青SAS；KPAN与SAS具有很好的造壁性。　　3正交试验及其分析　　3.1正交试验　　表1初选方案材料及用量表　　用以上添加剂及三种加量做正交试验，选用正交试验表为L9（34）进行钻井液的优选，L9（34）的含义为四因素、三水平、每组9个实验。具体见表2钻井液的正交试验结果。　　从正交实验表中，可以看出，在整个实验中，粘度的级差值最大的是低粘

7、Na-CMC，所以影响钻井液粘度的主要因素是低粘Na-CMC，失水量级差值最大的也是低粘Na-CMC，所以影响失水量的最主要因素是低粘Na-CMC，其次是水解聚丙烯腈钾盐，它们加量的多少直接影响到钻井液的粘度与失水量性能。　　表2盐水钻井液的正交实验及其实验结果　　注：1.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为三因素的三个相同加量所对应表观粘度（s）、失水量（ml/30min）性能结果的平均值。　　2.R称为极差值，是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应数据中的最大值与最小值之差。　　3.2试验结果分析　　由表2也可得到各因素水平对钻井液性能的影响趋势（如图1、2所示），在其添加剂中低粘

8、Na-CMC具有穿针引线的作用，随着其加量的增大，能使钻井液的失水量降低，同时也会提高钻井液的粘度；SMP-II和KPAN主要起降失水的作用；SAS除