阳离子乳化沥青对水基钻井液流变性的影响.pdf

第 4 4 卷第 1 0期 2 0 1 5 年 l 0月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 4．N o ． 1 0 O c t o b e r ，2 0 1 5 阳离子乳化沥青对水基钻井液流变性的影响 杨航 L ，曹晓春 1 ．东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆1 6 3 3 1 8 ； 2 ．中海石油 中国有限公司天津分公 司渤西作业公司，天津 塘沽 3 0 0 4 5 2 摘 要通过测试不同阳离子乳化沥青浓度的钻井液在 4个温度点下的表观粘度、塑性粘度和动切力 ，分 析阳离子乳化沥青对钻井液流变性的影响。试验结果表明，浓度在 4 ％以下时，阳离子乳化沥青对钻井液各流 变参数的影响较小 ，且影响为非线性。阳离子乳化沥青的加入，并没有质变性地影响温度对钻井液流变性的作 用 。 ， 关键词阳离子乳化沥青 ；钻井液；温度 ；浓度；流变性 中图分类号T E 3 5 7 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 51 0 2 2 9 7 0 3 I nflu e nc e o f Ca t i o ni c Em ul s i fie d As pha l t o n t he Rhe o l o g y o f W a t e r - ba s e d Dr i l l i ng Fl u i d s Y ANGHa n g ， _ 。 C AOXi a o c h u n 1 ． C o l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， No r t h e a s t P e t r o l e u mUn i v e r s i t y , He i l o n g j i a n gD a q i n g 1 6 3 3 1 8 ，C h i n a 2 ． C NOO C C h i n a C o ． ， L t d ． T i a n j i n B r a n c h B O XI O p e r a t i n g C o m p a n y , T i a n j i n 3 0 0 4 5 2 ，C h i n a Ab s t r a c t By t e s t i n g fl u i d a p p a r e n t v i s c o s i t y , p l a s t i c v i s c o s i c y a n d d y n a mi c s h e a r f o r c e o f d r i l l i n g fl u i d wi t h d i ff e r e n t c o n c e n 仃 a t i o n s o f c a t i o n i c e mu l s i fie d a s p h a l t a t f o u r d i ff e r e n t t e mp e r a t u r e p o i n t ． t h e i n fl u e n c e o f c a t i o n i c e mu l s i fie d a s p h a l t o n t h e r h e o l o g y o f d r i l l i n g fl u i d wa s a n a l y z e d ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t ，wh e n c a t i o n i c e mu l s i fie d a s p h a l t c o n c e n t r a t i o n i S b e l o w 4 ％ ． i t h a s l e s s i n flu e n c e o n t h e e a c h r h e o l o g i c a 1 p a r a me t e r s o f d r i l l i n g fl u i d ． a n d th e i n fl u e n c e i s n o n l i n e a r ． Ca t i o n i c e mu l s i fi e d a s p h a l t d o e s n ’ t i mp a c t t h e i nfl u e n e e o f t e mp e r a t u r e o n t h e t h e o l o g i c a l p r o p e rti e s o f t h e d r i l l i n g fl u i d q u a l i t a t i v e l y ． Ke y wo r d s Ca t i o n i c e mu l s i fi e d a s p h a l t ； Dr i l l i n g fl u i d ； T e mp e r a t u r e ； C o n c e n t r a t i o n ； Rh e o l o g y 随着钻井液技术的发展 ，沥青改l生 产品在石油 钻井中得到广泛应用，油田通用的改l生 沥青处理剂 包括乳化沥青、氧化沥青、磺化沥青、阳离子胶乳 沥青等。其中乳化沥青是指把沥青加热熔融，在机 械搅拌作用力下 ，以细小的微粒分散于含有乳化剂 及其助剂的水溶液 中形成的水包油型 O ／ W 乳液。 根据所用乳化剂电性的不同 ， 分为阳离子乳化沥青 、 阴离子乳化沥青、非离子乳化沥青等。乳化沥青在 钻井工程中的常作为防塌、堵漏剂使用，达到改善 泥饼质量，封堵地层孔隙和裂缝，降低钻井液的滤 失量的目的。由于粘土颗粒带负电的原因，油田在 使用乳化沥青时 ，选用 阳离子乳化沥青 ，以抑制粘 土膨胀 。阳离子乳化沥青在新疆的克拉玛依 、 陆梁 、 石南、莫北油田的使用中得到了较好的防塌降滤失 效果 。 目前 ，对 阳离子乳化沥青的防塌 、降滤失 、抑 制粘土膨胀性能研究较多 ， 并且本文作者通过实 验也验证了， 2 ％ 浓度的阳离子乳化沥青就可以明显 的降低钻井液滤失量。阳离子乳化沥青虽有良好的 防塌堵漏作用，但是阳离子乳化沥青的加人对钻井 液流变眭会有如何的影响 ，研究报道较少 。本文通 过测试不同温度 、不同阳离子乳化沥青浓度下钻井 液 的流变性参数 ，来 了解阳离子乳化沥青在不 同温 度时对钻井液流变性能 的影响。 1 试验部分 基浆配制 为避免其他钻井液处理剂对钻井液 流变性造成影响，试验基浆使用 5 ％ 膨润土 O ． 2 5 ％ N a C O s 配置而成。 试验浆配制 本试验使用 P C 一 2阳离子乳化沥 青，分别配制体积浓度为 0 ．5 ％，l ％，1 ．5 ％，2 ％， 2 ． 5 ％，3 ％，3 ． 5 ％，4 ％的对 比试验浆。 试验仪器 Z N N D 6 六速旋转粘度计 ， Z N N D 6 专用恒温加热杯。 试验方法 分别测定 4 5 、5 5 、6 5 、7 5 c C 下 ， 不 同阳离子乳化沥青浓度钻井液的表观粘度、塑性粘 度和动切力 ，通过数据分析以了解不同浓度阳离子 乳化沥青在不同温度下对钻井液流变性能的影响。 收稿 日期 2 O 1 5 - 0 5 - 0 1 作者简介 杨航 1 9 8 9 一，男，黑龙江大庆人，在读硕士研究生，2 0 0 7年毕业于东北石油大学石油工程专业，研究方向钻完井工作液化学。 E -m a i l 2 8 9 5 1 6 2 7 4 q q ． c o rn。 2 2 9 8 当 代 化 工 2 0 1 5年 1 0月 2 恒定温度下阳离子乳化沥青浓度对 钻井液流变性的影响分析 分别做 4 5 、5 5 、6 5 、7 5℃四个温度点的四组 试验 ，测定每组不同浓度 阳离子乳化沥青钻井 ，液 的流变参数曲线，以了解不同温度下，钻井液流变 性受 阳离子乳化沥青的影响程度。 1 如图 1 所示 ，可以看到 ，4 5 ℃时，钻井 液表观粘度随着阳离子乳化沥青浓度的升高，先下 降， 在 o ．5 ％m i 降至最低，随后开始上升， 并在浓度 为 3 ％的时候达到最高值，然后开始下降。塑性粘 度随着阳离子乳化沥青浓度的升高而升高，在 3 ％ 到 3 ．5 ％时达到最高值，在浓度为 4 ％时开始下降。 动切力在 O ． 5 ％时最低 ， 随后随着乳化沥青浓度的增 加 ，动切值有所增加 ，在 1 ． 5 ％以后变化不明显。 阳 离子 乳 化 沥 青 浓 度 ， ％ 图 1 4 5℃钻井液流变参数变化曲线 F i g ． 1 4 5 ℃d r i l l i n g fl u i d r h e o l o g y pa r a me t e r s c u r v e s 2 5 5 c lC 时，如图 2 所示 ，表观粘度在低浓 度逐步下降， 在 1 ％时达到最小值，随后逐步上升， 在 2 ． 5 ％时到达最高值， 随后开始下降。 塑性粘度在 低浓度时先略微下降 ， 在 1 ． 5 ％时达到最低点 ， 最后 快速上升 ， 在 2 ．5 ％时达到最大值 ，随后陕速下降。 动切力在 1 ％之后上升较明显 ，随后在 2 ％和 3 ． 5 ％ 之间波动，在 4 ％快速下降。 阳离子乳化沥青浓度。 ％ 图 2 5 5℃钻井液流变参数变化曲线 F i g ． 2 Dr i l l i n g fl u i d r h e o l o g i c a l p a r a me t e r s c u r v e s a t 5 5℃ 在 6 5 ℃时，各 曲线变化基本与 5 5 ℃曲线相 同，只是转折点浓度略有不同。表观粘度同样随着 浓度升高先下降，在逐步上升，在 3 ％达到峰值 ， 随后逐步下降。塑性粘度则随着浓度升高而逐步上 升，在 3 ％时达到最大值，随后快速下降。动切力 在 0 ． 5 ％到 1 ％之间快速下降， 在 1 ％到 3 ％之间波动 ， 变化较小 ，在浓度超过 3 ％以后 ，动切力快速上升。 3 如图 3 所示 ，在 7 5℃时 ，阳离子乳化沥 青对钻井液的表观粘度影响较小， 随着浓度的增加， 表观粘度逐步增加，但增加较小，曲线较为平稳。 塑性粘度曲线先下降，在 0 ．5 ％ 浓度之后开始上升， 到达 2 ％ 后开始逐步下降。动切值则在 0 ．5 ％达到一 个峰值，随后逐步下降，在 2 ％达到一个极小值， 随后逐步上升 ，在 4 ％的浓度上升至 9 mP a S 。 0 0 ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 2 ． 5 3 ． 0 3 ． 5 4 ． 0 阳离子乳化沥青浓度， ％ 图3 7 5℃钻井液流变参数变化曲线 F i g ． 3 7 5℃ d r i l l i n g fl u i d r h e o l o g y p a r a me t e r s c u r v e s 3 不同温度下 阳离子乳化沥青浓度对 钻井液流变性 的影响 1 表观粘度在不 同温度下 的变化 曲线如图 4所示 ，从 曲线中我们可以看出 ，在相同阳离子乳 化沥青浓度下，表观粘度随温度的升高而下降，属 于升温减稠。另外 ，我们从曲线 中可以发现，在较 低的温度下 ，阳离子乳化沥青浓度在 l ％以下时， 表观粘度都会随着浓度的升高而下降，并且在 7 5 ℃以下 的温度时表观粘度下降比较明显 。而在 7 5 。 时， 较低浓度的阳离子乳化沥青对钻井液的表 观粘度影响不大 ， 直到浓度达到 2 ． 5 ％以后 ， 粘度开 始逐步上升。从不 同温度的表观粘度的曲线中，我 们可以也看出，在 4 5 ～ 7 5 之间 ， 钻井液的表观粘 度是随着温度升高而降低的，这与相关报道 相吻 合。同时 ，也一方面证 明了，阳离子乳化沥青的加 入虽然对钻井液流变性产生了一定的影响，但是钻 井液流变性受温度影响的趋势并没有改变 。 第4 4 卷第 1 O 期 杨 航， 等阳离子乳化沥青对水基钻井液流变性的影响 2 2 9 9 l 8 1 7 。 量1 5 意1 4 蓍 1 3 1 2 1 1 l 0 0 0 ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 2 ． 5 3 ． 0 3 ． 5 4 ． 0 阳离子乳化沥青浓度， ％ 图 4 不同温度下钻井液表观粘度变化曲线 F i g ．4 Dr i l l i n g a p p a r e n t v i s c o s i t y c u r v e s a t d i ffe r e n t t e m pe r a t ur e s 2如 图 5所示 ，4 5℃下塑性粘度随着乳化 沥青浓度的升高而逐步增大 ； 5 5℃下 ， 塑性粘度在 低浓度时随着浓度升高先减小 ， 浓度达到 1 ． 5 ％后再 增大，在浓度超过 2 ． 5 ％以后 ，塑性粘度开始减小 ； 6 5℃下的塑性粘度曲线与 5 5℃的基本相似， 只是 在浓度超 过 3 ％以后 ，塑性粘度才 开始 减小 。而 7 5 ℃下的塑性粘度 曲线先下降 ，再上升 ，在 2 ％到 达最大值 ，随后逐步下降。4 5 、5 5 、6 5 塑形曲线 之间的差距较小 ，而 7 5 ℃的曲线则与其他三条曲 线有较大的不同，造成这种现象的原因有可能是因 为在较高的温度，粘土分散程度加大，造成对钻井 液流变性影响增大 ，从而与其他三条曲线产生明显 不同。 0 0 ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 2 ． 5 3 ． 0 3 ． 5 4 ． 0 阳离子乳化沥青浓度， ％ 图 5 不 同温度下钻井液塑性粘度变化 曲线 F i g ． 5 Dr i l l i n g p l a s ti c v i s c o s i ty c u r v e s a t d i ff e r e n t t e mp e r a t u r e s 3如图 6 所示 ，4 5 、5 5 c 二 下的动切力曲线 趋势基本相同，都是先降再升 ，再下降，波动变化 不大，6 5℃的曲线波动较大，且先下降， 后上升， 在 l ％～ 3 ％之间小范 围波动后 ， 动切力快速上升 。 在 7 5℃的曲线中，动切力先上升 ，在 0 ． 5 ％处达到一 个极大值 ，随后下降 ，在 2 ． 5 ％之后逐步上升 。 0 0 ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 2 ． 5 3 ． 0 3 ． 5 4 ． 0 阳离子乳化沥青浓度， ％ 图 6不 I司温度。 钻井液动切力变化 曲线 Fi g． 6 Dr i l l i ng flu i d dynami c s he ar f o r c e c ur ve s a t di ffe r e n t t e mp e r a t ur e s 4 结 论 1 阳离子乳化沥青会对钻井液 的流变性产 生小 幅的影响。浓度在 4 ％以下时，随着浓度 的升 高 ，钻井液的表观粘度呈波动式增长 ，但波动范 围 值不大。塑性粘度和动切力 的变化则同样随着浓度 的增加而小范围波动变化。 2在 4 5 ℃到 7 5 c 之间，阳离子乳化沥青 在钻井液中的浓度在 4 ％以下时 ，无论是否加入阳 离子乳化沥青 ，钻井液的表观粘度都是随着温度的 上升而下降的，塑性粘度和动切力在温度较高的 6 5℃和 7 5 ℃产生较大幅度变化 ， 且随着温度 的升 高 ，阳离子乳化沥青对钻井液流变性 的影响会逐渐 减小 。 参考文献 [ 1 ] 杨玉良， 李跃明， 马世 昌， 黄治中． 沥青在石油钻井中的研究与应用 l J l _ 新疆石油天然气，2 0 1 0 0 1 5 9 6 2 1 0 6 1 0 7 ． [ 2] 王参书， 徐孝思， 杜晓勇， 邹盛礼 ， 瞿凌敏， 刁可庚， 卢虎．乳化沥青 Y K H 在塔里 木哈得及轮古 地区 中的应 用m钻井 液与完井 液。2 0 0 3 0 4 6 0 6 1 7 3 ． [ 3]王铁军，王子龙届 忠远．聚合物阳离子沥青在吉林油 田花九区块的 应用f J 】 _ 钻井液与完井液，2 0 0 4 0 2 5 1 5 3 6 7 ． [ 4] 曹正权， 陈辉，杨士超， 何长， 蒋官澄．阳离子乳化沥青对油层 的保护 作用叽 石油钻采工艺， 2 0 0 2 0 3 2 0 - 2 2 8 3 ． [ 5] 施里字，李天太， 张喜凤， 张斌，梁红军． 温度和膨润土含量对水基钻 井液流变性的影响【J 】 ．石油钻探技术， 2 0 0 8 0 1 2 0 2 2 ． [ 6] 郭靖，李天太， 张喜凤， 郭必虎． 温度和密度对高密度钻井液流变性 的影响『 J 1 ． 石油地质与工程， 2 0 0 8 0 1 9 5 9 7 ． 0 9 8 7 6 5 4 3 2 B d ＼ R霉臀