生物柴油钻井液用有机土的制备.pdf

第 3 2卷 2 0 1 5生 第 6期 1 1月 钴井 液与 完 井液 DRI L LI NG F L UI D COM P L ETI ON F L UI D V 0 1 ． 3 2 No ． 6 No v ．201 5 d o i 1 0 ． 3 6 9 6 8 ． i s s n ． 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 0 3 生物柴油钻井液用有机土的制备 孙中富1 , 2 ， 王卫东 ， 李小迪 ， 孙泽宁 ， 顾甜甜 ， 李桂清4 ， 陈哲 ， 徐加放 1 ． 中国石油大学石油工程学院，山东青岛 ； 2 ． 吉林油田乾安采油厂，吉林松原 ； 3 ． 新疆真帝石油科技有限公司，新疆石河子 ； 4 ． 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 ，天津 孙中富等 ． 生物柴油钻井液用有机土的制备 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 5 ，3 2 6 1 1 - 1 3 ． 摘要 由于生物柴油中组分的分子结构与白油、柴油存在 区别 ，目前市场上常见的有机土不能很好地分散在生物 柴油中。以夏子街天然钠基蒙脱土为基土，确定矿浆浓度 与插层剂浓度 比值为 31 ，选取4种有机插层剂 E S DS 、 S S DS 、L S DS 、BS DS对蒙脱土层间的可交换阳离子进行取代，试制 出了一种适用于生物柴油钻井液的有机土 J HA ， 其胶体率为 9 8 ％，制备该有机土的最佳反应温度为 7 0℃，时间为 1 h，选择的插层剂为 E S DS 。将 3 ．0 ％J HA 加 入 到 生 物柴油中， 钻井液动切力在 5 P a 左右， AP I 滤失量在 2 1 mL左右， 表现出了良好的提切、 降滤失效果， 并可抗 1 8 0℃高温。 XR D以及 F T I R表征结果表明，蒙脱石层间距明显增大，出现了一c H 一 的对称和反对称伸缩振动波峰，表明有机插 层剂已经插入到蒙脱土层间。为促进生物柴油在钻井液领域的应用提供 了实验基础。 关键词 生物柴油钻井液 ； 有机土 ； 插层剂 ； 流变性 ； 滤失性 中图分类号T E 2 5 4 ． 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 5 0 6 0 0 1 1 ． 0 3 生物柴油又称为脂肪酸甲酯，是动植物油脂或者 废弃的油脂通过与低链醇发生酯化反应或者酯交换反 应而制成的 [ 1 - 4 ] o生物柴油作为油基钻井液基液，除具 有页岩抑制性好、井壁稳定性强、对储层污染小、抗 高温陛能强、 润滑性好的优点外 [5 ] ， 还具有可再生陛、 对环境几乎不存在污染以及优良的理化性能的特点 [7 1 。 由于生物柴油中组分的分子结构同白油、柴油存在区 别 ，目前市场上常见的有机土不能很好地分散在生物 柴油中， 所以作为油基钻井液中最重要的亲油胶体 [8 -9 ] ， 研制出一种适合于生物柴油的有机土显得尤为关键。 常规制备有机土的方法有干法、湿法、预凝胶法 [ 1 o ] ， 鉴于干法和预凝胶法制备有机土所需能耗大、产品的 均匀性差 ，采取湿法制备有机土。 1 实验 部分 1 ． 1 主要原料和实验器材 钠基蒙脱土，工业 等级 ； 有机插层剂 E S DS 、 S S D S 、L S D S 、B S D S ，分析纯 ； 乙醇，分析纯。 电子天平、 高速搅拌机、 恒温水浴锅、 p H计、 变 速搅拌机、磁力搅拌机。 1 ． 2 实验步骤 在前期实验的基础上 ，以新疆夏子街天然钠基蒙 脱土为基土，确定矿浆浓度与插层剂浓度的比值大约 为 3 1 左右 [I ，分别按照离子类型和有机链长度选 取 4种 有机 插层 剂 E S DS 、S S DS 、L S DS 、BS DS对 蒙脱土层间的可交换阳离子进行取代，优选出效果最 好 的有机插层剂 ，然后对这种有机插层剂制备有机土 的工艺条件进行优化。 2 结果与讨论 2 ． 1 有机插层剂种类优选 将实验温度控制在 7 0℃， p H为 8 ， 反应 2 h ， 矿 浆浓度为 1 ． 5 ％，插层剂浓度为 0 ． 5 ％，结果见表 1 。由 表 1 可知， 使用 E S D S作为有机插层剂制备的有机土 在生物柴油中有较好的分散效果。分析认为， 有机土 基金项目 国家重点基础研究发展计划 9 7 3项 目 2 0 1 5 C B 2 5 1 2 0 0 ；山东省 自然科学基金 Z R 2 0 1 2 E E M0 2 0 ；中央高校基 本科研业务费专项资金资助 1 4 C X0 6 0 3 0 A，1 5 C X 0 2 0 0 8 A o 第一作者简介 孙中富，助理工程师，1 9 8 8年生，2 0 1 4年研究生毕业于中国石油大学 华东 ，主要从事钻井液研究工作。 地址 吉林省松原市乾安县吉林油田乾安采油厂工艺所 ；邮政编码 1 3 1 4 0 0； 电话 1 8 7 4 4 6 3 0 6 6 0； E ma i l 1 4 9 9 0 8 8 2 2 3 q q ． t o m。 通讯作者 徐加放，电话 0 5 3 28 6 9 8 1 1 9 0 ／ 1 8 6 7 8 9 8 6 8 7 3； E - ma i l x j i a f a n g u p c ． e d u ．c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 钴井液与 完井液 2 0 1 5 年 1 1月 在生物柴油钻井液中的分散性不仅与有机插层剂的类 型有关，还与有机插层剂 的有机链长度有关 。E S DS 和 S S D S为阳离子型表面活性剂， 胶体率总体较大， E S D S的尾链长度与选取的生物柴油主要组分碳链长 度相近， 与实验用生物柴油具有较好的相容I生； L S D S 和 B S DS为阴离子型表面活性剂， 虽然有机链长度分 别与 E S D S和 S S DS 相对应 ， 但胶体率远小于上述 2种。 表 1 不同插层剂制备的有机土在生物柴油中的分散性对比 2 ． 2 工艺条件优化 以E S D S作为有机插层剂，设计了正交实验表， 进行制备工艺条件优化实验， 结果如表 2 所示。通过 实验确定的最佳反应条件为 温度为 7 0℃，反应时间 为 1 h ，矿浆浓度为3 ．0 ％，E S D S 插层剂浓度为 1 ．O ％。 表 2 E S DS作为有机插层剂的有机土制备条件实验 2 ． 3 有机土应用性能 按照正交实验确定的条件制备4 种有机土，依次 为 J HA1 、 J HA 2 、 J HA3和 J HA 4 。将该 有机土分别加 入生物柴油中进行流变性和中压滤失量实验，结果见 表 3 。由表 3 可知，加入 J HA有机土提高生物柴油动 切力 的效果较好 ； 将 3 ． 0 ％有机土加人生物柴油 中， 动切力在 5 P a左右 ； 另外对生物柴油钻井液还有一 定的降滤失效果 ，A P I 滤失量在 2 1 mL左右 ，可以满 足现场油基钻井液对有机土的要求。 表 3 用不同有机土配制的生物柴油钻井液性能 2 ． 4 结构表征 蒙脱土和制备的有机土的x射线衍射图如图 1 所示。 由图 1 可知 ，插层后有机土 的一级衍射 峰相 较于蒙脱土的一级衍射峰向小角度偏移。蒙脱土的 一 级衍射角为 5 ．8 8 。 ，制备出来的有机土一级衍射角 为 4 ．8 1 。 。由布拉格公式可得蒙脱土的晶层间距为 1 ． 5 1 n l l l ， 经过有机插层后有机土晶层间距增大至 1 ． 8 4 n l n ，晶层 间距 明显增大。这说 明 E S D S已经插入蒙 脱土层间，增大了蒙脱土的层间距 。 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 o 4 0 0 o 3 0 0 o 2 0 0 o 1 0 0 0 0 2 0 ／ 图 l 蒙脱土和制备的有机土的 X R D对比图 蒙脱土和制备的有机土红外光谱图见图2 。由图2 可以看出，有机土的红外光谱图相较于蒙脱土的谱图 而言，在 2 9 2 8 2 8 5 1 c m- 出现了较明显的新峰，其 中 2 9 2 8 c m 处为一C H2 _ 一的反对称伸缩振 动， 2 8 5 1 嘿杂辖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 2 卷 第 6 期 孙中富等生物柴油钻井液用有机土的制备 l 3 c m 处为一c H 一 的对称伸缩振动。由于每次制备 的 有机土用乙醇洗涤， 所以含有的一c H 不可能是油基 插层剂所具有的， 说明有机插层剂插入到蒙脱土层间。 2 0 0 1 0 0 O 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 o 0 2 5 o o 2 0 0 o l 5 0 0 1 0 0 O 5 0 o 波数 ／ c n i 图 2 蒙脱土和有机土的红外光谱图 2 ． 5 抗温性能评价 将新研制有机土加人到生物柴油钻井液中，进行 抗温I生 能评价，实验配方如下。钻井液』生 能见表 4 。 4 ％有机土 3 ％有机褐煤 1 ％～2 ％ O P 一 1 0 0 ． 5 ％～1 ％S P ． 8 0 1 0 ％2 0 ％ C a C 1 2 水溶液 由表 4 可见 ，该生物柴油钻井液的黏度、切力适 中，滤失量较小，摩阻系数低，高温高压滤失量也只 有 6 mL，l 8 0℃高温老化性能稳定 ， 2 0 0℃以后黏度 、 切力较大， 滤失量大幅增加， 对比基液抗温性能结果 ， 分析认为有机土在高温下失效。因此，该有机土可满 足地层温度低于 1 8 0 ℃时的现场钻井施工要求。 表 4 生物柴油钻井液的基本性能 T ／ E AV ／ mP a s PV ／ mP a s Y P ／ P a F L l mLF L H T H P ／ mL摩阻系数 3 结论 通过插层剂 E S DS同钠基蒙脱土之间的层间阳离 子进行离子交换反应，制备出J H A有机土。实验表 明该有机土在生物柴油 中表现出 良好 的增黏、提切 、 降滤失效果 ，可以应用到生物柴油基钻井液 中。 参 考 文 献 孙明波， 乔军， 刘宝峰， 等 ． 生物柴油钻井液研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 3 ， 3 0 4 1 5 - 1 8 ． S u n Mi n g b o ，Qi a o J u n，L i u B a o f e n g ，e t a 1 ． R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f B i o d i e s e l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d ． 【 Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 3 ， 3 0 4 1 5 ． 1 8 ． [ 2 ] 杨洁，徐同台，武星星， 等 ． 生物柴油钻井液的研究 『 J 1 ． 钻井液与完井液， 2 0 1 3 ， 3 0 6 3 6 4 0 ． Ya n g J i e ，Xu T o ng t a i ，Wu Xi n g x i n g，e t a 1 ． Th e s t u d i e s o f b i o d i e s e l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l B n g F l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 3 ， 3 0 6 3 6 ． 4 0 ． [ 3 】 As a k u ma Y，Ma e d a K，K u r a mo c h i H，e t a 1 ． T h e o r e t i c a l s t ud y o f t r a n s e s t e r i f i c a t i o n o f t r i g l y c e r i d e s t o b i o d i e s e l f u e l [ J ] ． F u e l ， 2 0 0 9 ， 8 8 5 7 8 6 ． 7 9 1 ． [ 4 ] No u r e d d i n i H，Z h u D． Ki n e t i c s o f t r a n s e s t e r i f i c a t i o n o f s o y b e a n o i l [ J ] ． J o u r n a l o f t h e A m e r i c a n O i l C h e mi s t S o c i e ty， 1 9 9 7 ， 7 4 1 1 1 4 5 7 ． 1 4 6 3 ． 【 5 】 张洁， 李英敏， 杨海军， 等 ． 植物油全油基钻井液研究 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 0 1 4 ， 3 1 6 2 4 ． 2 7 ． Z h a n g J i e ，L i Yi n g mi n ，Ya n g Ha O u n ，e t a 1 ． S t u d y o n a l l - v e g e t a b l e - o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d ． [ J ] ． Dr i l l i n g Fl u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 4 ， 3 1 6 2 4 - 2 7 ． [ 6 ]6 刘绪全 ， 陈敦辉 ， 陈勉，等 ． 环保型全 白油基钻井液的研 究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 1 ， 2 8 2 1 0 1 2 ． Li u Xu q u a n，Ch e n Du n h u i ，Ch e n M i a n，e t a 1 ． S t u d y o n e n v i r o n me n t a l f r i e n d l y w h o l e wh i t e o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d[ J ] ． Dr i l l i n gF l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 1 1 ，2 8【 2 1 0 1 2 ． [ 7 】 韩明汉，陈和，王金福，等 ． 生物柴油制备技术的研究 进展 [ J ] ． 石油化工 ，2 0 0 6 ，3 5 1 2 1 l 1 9 ． 1 1 2 4 ． Ha n M i n g h a n，Ch e n He ，W a n g J i n fu ，e t a 1 ． Ad v a n c e i n r e s e a r c h f o r p r e p a r a t i o n o f b i o d i e s e l o i l [ J ] ． P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y ， 2 0 0 6 ，3 5 1 2 1 1 1 9 - 1 1 2 4 ． 【 8 】 曹杰，邱正松，徐加放 ，等 ． 有机土研究进展 [ J ] ． 钻井液 与完井液，2 0 1 2 ，2 9 3 8 1 - 8 4 ． C a o J i e ， Q i u Z h e n g s o n g ， X u J i a f a n g ， e t a 1 ． S t u d y p r o g r e s s e s i n o r g a n i c c l a y[ J ] ． Dr i l l i n g Fl u i d＆ C o m p l e t i o n Fl u i d ， 2 0 1 2 ，2 9 3 8 1 ． 8 4 ． [ 9 ] 宋海明， 李静静 ，陈杰 ． 低毒油包水钻井液用耐高温有机 土的研制 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 5 ， 3 2 3 1 3 ． 1 5 ． S o n g H a i mi n g ，L i J i n g j i n g ，C h e n J i e ． De v e l o p me n t o f a h i g h t e mp e r a t u r e l o w t o x i c i t y W／ O o r g a n o p h i l i c c l a y [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 5 ， 3 2 3 1 3 一 l 5 ． [ 1 0 】周春晖，蔡哗，葛忠华 ． 有机膨润土制备研究与应用 [ J 】 ． 浙江化工，2 0 0 1 ，3 2 3 3 - 6 ． Z h o u Ch u n h u i ，Ca i Ye，Ge Z h o n g h u a ． Th e p r e p a r a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f o r g a n i c c l a y【 J ] _ Z h e j i a n g C h e m i c a l ，2 0 0 1 ， 3 2 3 3 - 6 ． [ 1 1 】陈尧，马玉龙 ，谢丽，等 ． 有机蒙脱石的制备及其应用 研究进展 [ J ] _ 材料导报，2 0 0 9 ，2 3 1 4 4 3 2 4 3 4 ， 4 3 8 ． Ch e n Ya o，M a Yu l o n g，Xi e Li ，e t a 1 ．De v e l o p m e n t o f p r e p a r a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f o r g a n i c mo n t mo r i U o n i t e[ J ] ． Ma t e r i a l s R e v i e w， 2 0 0 9 ，2 3 1 4 4 3 2 ． 4 3 4 ， 4 3 8 ． [ 1 2 ]孙 中富 ． 生物柴油在钻井液领域应用可行性研究 [ D] ． 青 岛 中国石油大学 ，2 0 1 4 ． S u n Zh o n g f u ． Th e f e a s i b i l i t y r e s e a r c h o n u s i n g b i o d i e s e l i n d r i l l i n g fl u i d【 D】 ． Qi n g d a o C h i n a Un i v e r s i ty o f P e t r o l e u m， 2 0 1 4 ． 收稿 日期2 0 1 5 ． 6 ． 3 0 ；HG F 1 5 0 5 M2 ；编辑马倩芸 讲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m