抗温抗盐型钻井液降粘剂JNJ-1的研究.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年 1月出版 抗温抗盐型钻 井液降粘剂 J N J 一1的研 究 袁志平 陈林 景岷嘉’ 1 ．中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院2 ．中国石油塔 里木油 田公 司油气工程研究 院 摘要介绍了一种抗温抗盐型钻井液降粘剂 J N J ～1的合成与室内评价结果。该处理剂主要用 2一 丙烯酰 胺 一 2一甲基丙磺酸 A MP S 、 马莱酸酐 MA 、 丙烯酸 A A 和丙烯酰胺 A M 等物质来合成。室内实验评价结果 表明， 该钻井液降粘剂具有很好的降粘作用 ， 抗温、 抗盐及抗高价离子污染能力强， 是一种新型钻井液降粘剂。还 就合成条件对该钻井液降粘剂降粘性能的影响以及合成产物的降粘能力进行了测试和评价。图8表 1参 4 关键词降粘剂合成2一丙烯酰胺 一 2一甲基丙磺酸 A MP S 室内评价 0 引言 降粘剂对于降低钻井液的粘度和切力、 控制钻 井液的流变性、 提高钻井速度有着非常重要的作 用⋯。近几年国内外研究的重点是聚合物降粘剂， 主要是以马来酸酐为原料的聚合物降粘剂以及带阳 离子基团的两性离子聚合物降粘剂。对此， 用 2一 丙烯酰 胺 一2一甲基 丙磺 酸 A MP S 、 马 莱 酸酐 M A 和丙烯酸 A A 、 丙烯酰胺 A M 等药品合成 了一种钻井液降粘 剂 J N Jl ， 室内实验表 明， 该钻 井液降粘剂具有很好的降粘作用 ， 抗温、 抗盐及抗高 价离子污染能力强 ， 是一种新型钻井液降粘剂 。 1 合成 实验 1 ． 1 实验药品 2一 丙烯酰胺 一 2一甲基丙磺酸、 马莱酸酐、 丙烯 酸、 丙烯酰胺 、 亚硫酸氢钠、 过硫 酸铵 引发剂 、 氯 化钠、 氯化钙等， 均为分析纯。 1 ． 2 合成方法 在三颈烧瓶中加入一定配 比的 2一丙烯酰胺 一 2甲基丙磺酸、 马莱酸酐和丙烯酸， 用蒸馏水溶解， 调节反应温度， 再加入丙烯酰胺溶解， 调节 p H值， 然后加人引发剂， 通人氮气 ， 反应一段 时间， 得到粘 稠物， 剪碎烘干后 ， 碾碎得到产物 j 。 1 ． 3 反应条件对实验合成的影响 1 单体配比对合成的影响 采取若于种不同的单体配比 A MP SMAA A A M， 进行对比实验， 反应物总物质的量为0 ． 5 m o l 表 1 。称量相应的 A M P S 、 M A和 A A， 加人 2 O I l l l 蒸馏水溶解 ， 调节反应 温度 为 5 0 ℃， 再加人丙烯酰 胺 A M ， 待丙烯酰胺溶解后， 再加入5 ‰的引发剂， 反应的时间为 3 h 。对不同单体配比下得到的降粘 剂进行性能测试 ， 结果见表 1 。 设 一未加降粘剂时的表观粘度； 加降粘剂后的表观粘度。 则 降粘率 ％ 1 0 0 ％ 表 1 单体配比对降粘剂性能的影响 反应配比 降粘率 ％ 6 5 ． 8 5 9 ． 3 7 4 ． 8 6 0 ． 1 5 4 ． 6 7 7 ． 6 6 9 ． 3 由表 1 可看出各种反应物质的加量对产物性能 的影响， 其中A M P S 能够引入磺酸基， 能增强聚合的 抗温抗盐性， 但如果提高它的加量， 会使聚合度降 低， 对聚合反应产生影响。从表 1 还可看出， 随着 A M P S 加量增加降粘效果反而减弱。根据以上实验 数据， 确定最佳单体配比为 1 1 41 。 2 温度对合成产物的影响 作者简介袁志平， 男，1 9 8 4出生 ， 2 0 0 9年毕业于西南石油大学， 硕士研 究生； 工作 于中国石 油川庆钻探 工程 公司钻 采工程技 术研 究院， 主要从事油田化学方面的研 究。地址 6 1 8 0 0 0 四川省广汉市中山大道南二段。电话 1 5 2 6 8 3 2 9 1 7 0 。Em a i l y z p _ l l 0 ． c o rn1 6 3 ． c o rn 5 6 1 l 2 1 1 4 5 1 、 |1 1 1 l 1 ●● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 1 1 1 1 2 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 1 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 在反应过程中， 温度对反应有很重要的影响 ， 温 度会影响反应速度和聚合物分子量， 从而影响降粘 剂 的 降粘 效 果。选 择 温 度 有 2 5 ℃、 3 0 ℃、 4 0 ℃、 5 0 ℃、 6 0 C、 7 0 ℃、 8 0 C等进行 实验 ] ， 单体 配 比为 1 141 A M P SMAA AA M 摩尔 比 。 在烧杯中加人 A M P S 、 M A 、 A A ， 再加入 2 0 m l 蒸馏水 溶解 ， 然后加入 A M， 再加人 5 ‰ 质量分数 的引发 剂 ， 反应 3 h 后 得到粘 稠产物 ， 烘干碾碎得到产 品。 对其进行性能评价 ， 结果见图 1 。 图 1 温度对合成的影响 由图 1 可看 出， 反应温度在 5 0 ℃ 一 7 0 ℃之间 时， 特别是在 6 0 ℃时， 产物的降粘性能最优， 分子量 也适中 ， 所以确定反应 的最佳温度为 6 0 C。 3 反应时间对合成产物的影响 在反应过程中， 反应时间的长短对合成产物的 分子量有一定影响l 4 J 。本次反应条件为 单体配比 为 1 141 A MP SMAA AA M 摩 尔 比 ， 先加入 A MP S 、 MA、 A A， 加人 2 0 m l 蒸馏水溶解 ， 调节反应温度为6 0 1 2 ， 再加入丙烯酰胺， 待溶解后， 再加入 5 ％ o 质量分数 的引发剂。对不 同时间下得 到的降粘剂进行性能测试， 结果见图2 。 图2 反应时间对合成的影响 由图2可看出， 随着反应时间增加， 降粘率也随 之提高， 但一定时间后 ， 降粘效率则呈相对持平甚至 降低的趋势， 此后反应时间对产物性能的影响不大。 结果表明， 反应时间为4 h时产物降粘率最高， 之后 则相对变化不大。所以确定最佳反应时间为4 h 。 4 引发剂加量对合成产物的影响 在合成实验中 ， 引发剂 的加量对反应时间的长 短和反应的完成起重要作用。本实验考虑的引发剂 加量为 1 ％ o ， 2 9 0 o ， 3 ％ 0 ， 4 ％ o ， 5 ％ 0 ， 6 ％ 0 ， 7 ％ 0 。反应条件 是 单体配比为 1 1 41 A M P SM AA A A M 摩尔比 ， 先加入 A M P S 、 M A 、 A A， 加入 2 O lI ll 蒸馏水溶解 ， 调节反应 温度为 6 0 ℃ ， 再加入丙烯酰 胺 A M ， 待溶解后 ， 加入不 同量 的引发剂 ， 反应 4 h 。对不同引发剂的加 量下得到的降粘剂进行性能 测试 ， 结果见图 3 。 图3 引发剂加量对合成的影响 由图3可看出， 引发剂加量对反应的影响较大， 随着引发剂加量增加 ， 产物的降粘效果也增加。但 当引发剂加量超过 4 ％ 0 时， 降粘效果降低。这是由 于引发剂加量过多时容 易引起爆聚 ， 使得反应前期 速度过快， 导致产品性能降低。所以确定引发剂最 佳加量为 4 ％ o 。 5 单体浓度对合成的影响 控制其他条件不变， 将反应物按劂I 泞加人烧杯， 单体配比为 1 1 41 A M P S M AA AA M 摩尔比 ， 加入 2 0 m l 蒸馏水溶解， 调节反应温度为 6 0 ℃， 再加入丙烯酰胺， 待溶解后， 再加入 4 ％ o 的引 发剂， 反应时间为4 h 。调节单体浓度， 对不同单体 浓度下得到的降粘剂进行性能测试 ， 结果见图 4 。 由图4可看 出， 随着单体浓度提高， 产物的性能 图4 单体浓度对合成的影响 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开发 2 0 1 1年 1 月出版 也随之提高 ， 但到一定浓度后性 能变化趋势趋于平 缓 ， 由图4可知当单体浓度为 0 ． 5 mo l ／ L时得到的 产品降粘效果最佳。 以上系列实验结果表 明， 得到最优降粘效果产 物的实验条件为 单体总浓度 0 ． 5 m o l ／ L ； 单体 配比 1141 A MP SM AA AA M 摩尔 比 ； 反应时间 4 h ； 反应温度 6 0 C； 引发剂加量 4 ％ o 。 3 性能评价 3 ． 1 降粘能力 配制基浆 ， 加入降粘剂产 品， 测定其 降粘能力。 其中基浆为 1 0 ％ 的膨润土浆 A V 3 9 mP as ， 下 同。向基浆中加人不同量的降粘剂 ， 分到测定配制 的钻井液的表观粘度 ， 结果见图 5 。 图 5 加量对 降粘效果 的影响 由图5可看出， 产品的降粘效果整体 比较理想， 加量0 ． 1 ％时降粘率就能达到约 7 5 ％， 粘度下降较 快。在加入0 ． 3 ％的降粘剂时， 钻井液的降粘率最 高。但随着降粘剂加量继续增加 ， 钻井液的粘度反 而有所上升， 这是 由于本产品本身就是聚合物 ， 加量 过多的话 ， 会增加钻井液的粘度。 3 ． 2 抗温性能 向基浆中加人 0 ． 3 ％的降粘剂， 在不同温度下 陈化 1 6 h ， 然后用六速旋转粘度计测定钻井液的粘 度， 将各种陈化温度下 J N J 一1 的降粘率进行对比， 评价降粘剂的抗温性能。结果见图6 。 5 8 图6 温度对降粘剂性能的影响 由图 6可看出， 从 2 5 ℃到 1 8 0 o C时 ， 产品的降粘 效果变化不是很大 ， 可 以看 出该 降粘剂具有较好的 抗温性能。当温度高于 1 8 0 12 时， 降粘率变化较快， 此时降粘剂的降粘效果不太 明显 。 3 ． 3 抗盐性能 向基浆中加 入 0 ． 3 ％ 的降粘剂 ， 然后加入不同 量的 N a C 1 ， 测定产品的降粘效果 。实验结果见图 7 。 图7 产品的抗盐性能 由图 7可看 出， 产 品的抗盐性能 良好 当 N a C 1 加量在 2 0 ％以内时， 随着盐量 的增加 ， 钻井液的流 变性无明显变化 ； 当 N a C 1 加量大于 2 0 ％时， 产品降 粘性能开始降低。 3 ． 4 抗钙性能 向基浆中加入 0 ． 3 ％的降粘剂， 然后加入不同 的量的 C a C 1 ， 测试加入钙盐后 钻井液表观粘度 的 变化 ， 评价产品的抗钙能力。结果见图 8 。 图 8 产 品的抗钙能力 由图 8可看出， 该降粘剂具有一定的抗钙性 能。随着钙离子的增加， 钻井液的流变性能变化 不大； 当 C a C 12加量大于 0 ． 3 ％时， 产品的性能才 发生显著变化。 4 结论与认识 1 通过实验得出 ． I- N J一1最佳合成条件为 单 体总浓度0 ． 6 m o l／ L ； 单体配比I 1 4 1 A M P S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 卷 第1 期 天然气勘探与开发_ E 重 量 圜 上接 第 5 5页 液膜会变薄 ， 当液 膜厚 度达 到临界 厚度 5 m i l l 一 1 0 ri m 时就会产生破裂 ， 因此通过节流嘴时部分泡 沫将破裂变成液体。 泡沫桥堵作用， 由于泡排剂在气流作用下产生 多级分散的稳定泡沫球体， 当这些泡沫球体在压差 作用下向节流嘴的狭窄孔道流动时， 因其不与节流 嘴发生润湿作用等原因， 弯曲界面收缩产生堵塞压 力， 各个方向压力叠加形成桥堵， 使井底压力升高， 如图4所示 。 图4 泡沫流入节流嘴时产生的堵塞压力 井下节流嘴对泡沫产生的这两个方面的影响， 会使泡沫通过节流嘴的速度变缓， 使泡沫数量减少。 3 节流后的二次起泡 泡沫通过节流嘴时， 节流嘴下游压力会降低 ， 下 游环境由高压区突然转变为低压区， 泡沫中的气体体 积会膨胀， 直至泡沫破灭， 形成雾状液滴 ， 此后气体和 液滴分离， 液体将会沉积在节流嘴上方的井筒中， 并 在节流嘴上方积累。泡沫破灭后， 随着通过的气泡数 量增多， 节流嘴上方积聚的液量会逐渐增加 ， 另外 由 于节流嘴处仍有气体通过， 且通过节流嘴的气体速度 更快， 气体搅动节流嘴上方的液体， 使含有起泡剂的 液体产生二次起泡， 泡沫继续带动液体到井外。 和认识 1 通过实验 研究 ， 对 泡沫通过井下节流嘴的 过程有 了一定的认识 ， 这对井下节流气井采用泡沫 排水采气这种工艺有一定的意义， 但所进行实验的 条件和实际气井的生产情况有着一定的差别， 如气 井井筒流量和井筒压力， 在今后的研究中， 应进一步 完善实验条件， 对井下节流气井的泡沫排水采气进 行更真实的实验研究。 2 井下节流技术在 国内几个较大气田已经得 到广泛应用-6 J ， 部分井已开展泡沫排水采气现场试 验 ， 建议结合现场试验数据和室内研究成果 ， 进一步 研究井下节流气井实施泡沫排水采气的条件， 如节 流嘴直径、 生产压差、 起泡剂类型等， 使泡沫排水采 气这种简单工艺在此类气井上能够得到广泛应用 。 参考文献 1 叶常青， 刘建仪， 杨功田， 等 ． 气井井下节流防止水合物 研究[ J ] ． 断块油气田， 2 0 0 7 ， 1 4 1 7 2 7 3 ． 2 薛海东， 刘大永 ． 井下节流气井泡沫排水采气工艺技术 探索[ J ] ．科技资讯 ， 2 0 0 8 2 3 ． 3 石油工业标准化技术委员会 ． S Y ／ T 6 4 6 5 2 0 0 0泡沫排水 采气用起泡剂评价方法[ s ] ．北京 石油工业出版社 ， 2O 0 o． 4 全国表面活性剂和洗涤用品标准化技术委员会 ． G B ／ T 1 3 1 7 3 ． 6 9 1洗 涤剂 发泡力 的测定 R O S SM i l e s法 [ s ] ．北京 中国标准出版社， 1 9 9 1 ． 5 胡世强 ， 刘建仪， 李艳， 等 ． 一种新型高效泡排剂 L H的 泡沫性能研究[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 1 1 0 4 ． 6 丁辉 ， 李晓辉， 王哲 ． 苏里格气田井下节流技术试验研究 [ J ] ．石油化工应用 ， 2 0 0 6 ， 3 1 31 7 ． 4 结论 ‘ 修 改 回 稿 日 期 2 o 0 一 o 9 0 9编 辑 t m R 通过节流井模拟实验分析研究， 得出两点结论 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m