油基钻井液用有机土的制备与评价.pdf

第4 4卷第 6期 2 0 1 5 年 6月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V O ] ． 4 4．N O ． 6 J u n e，2 0 1 5 油基钻井液用有机土的制备与评价 辛勇乐，范振忠，刘庆 旺，王继刚 东北石油大学 ，黑龙江 大庆 1 6 3 0 0 0 摘 要针对油基钻井液在性能上的不足，研制出三种性能较好的油基钻井液用有机土。利用天然的钙基 膨润土，通过钠化 ，有机改性的方法 ，制备出具有良好的增粘提切能力以及抗温能力的有机土，并且通过正交 设计法，得出最佳的工艺条件，并对这三种有机土进行性能评价。 关键词油基钻井液；有机土；正交试验 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 5 0 6 1 2 2 6 0 3 Pr e pa r a t i o n a nd Ev a l ua t i o n o f Or ga ni c So i l f o r Oi l ba s e d Dr i l l i n g Fl ui d X ／ N Y o n g l e ，F A NZ h e n - z h o n g ，L I U Q i n g w a n g ，W A NG J i - g a n g No r t h e a s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y , He i l o n g j i a n g D a q i n g 1 6 3 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h r e e k i n d s o f o r g a n i c s o i l f o r o i l - -b a s e d r i l l i n g flu i d we r e d e v e l o p e d i n o r d e r t o o v e r c o me o i l --b a s e d r i l l i n g fl u i d ’ S s h o r t c o mi n g ．Or g a n i c s o i l wi t h g o o d v i s c o s i t y s h e a r c a p a c i 够 a n d t e mp e r a t u r e t o l e r a n c e wa s p r e p a r e d b y Na a c t i v a t i o n a n d o r g a n i c m o d i f i c a t i o n ． T h e b e s t t e c h n o l o g y c o n d i t i o n s we r e a c h i e v e d b y o rth o g o n a l d e s i g n m e t h o d ． At l a s t ， p r o p e r t i e s o f t h r e e k i n d s o f o r g a n i c s o i l we r e e v a l u a t e d ． K e y wo r d s Oi l b a s e d r i l l i n g fl u i d ； Or g a n i c s o i l ； O h o g o n a l t e s t 随着我国油气资源的开采发展到中后期 ，逐渐 形成向深部地层和复杂地层寻找油气资源的必然趋 势，这样，深井、超深井、定向井以及水平井等特 殊工艺井钻探 ，将会是全球石油工业发展的重要方 向之一。因此 ，钻井液在特殊工艺施工过程变得尤 为重要。油基钻井液具有抑制性强 ，润滑性好 ，抗 高温以及抗污染能力强等优点，然而，油基钻井液 尤其是全油基钻井液，存在粘度高，切力低以及悬 浮性较差的缺点。针对这些不足，研制出适合油基 钻井液以及性能较好的有机土⋯ 。有机土因其具有 良好 的流变性能和携岩能力 ， 可以有效地润滑钻井 ， 防止腐蚀 ，所以常常在油基钻井液中被用作增粘提 切 剂 1 实验部分 1 ． 1 实验 材料 自制钠基膨润土 。十六烷基三 甲基溴化铵 、十 八烷基三 甲基氯化铵 、双十八烷基二甲基溴化铵 、 异丙醇、焦磷酸钠 ，以上均为分析纯 1 ． 2 有机土的制备试验步骤 1 , 2 ． 1 膨润土的提纯 取一定量的普通钙土过 2 0 0目筛网，置于烧杯 中，加入一定量的水，制成 1 0 ％的水浆，并且静置 浸泡 1 2 h ，倾出上层液备用 ；在倾 出的上层液 中加 入土量 1 ％的焦磷酸钠 焦磷酸钠溶于少量的水后 加入到粘土中 ，在 7 5 8 O℃的水浴中加热、搅拌 2 0 mi n ，静置 2 4 h ，取出上层悬浮液 ，将其进行离 心过滤之后 ，烘干得膨润精土 。 1 ． 2 ． 2 膨润土的钠化改性 取一定量 的钙基精土加入土量 2 0 ％的 N a z C O 晶体 ，在 7 5 ～ 8 0℃的水浴中加热 、搅拌 3 ～ 4 h 。加 入 N a C O 晶体后 ，发现水浆变稠。将其离心 ， 得钠 基土胶液。 1 ． 2 ． 3 膨润土的有机化改性 取 自制的钠化膨润土置于蒸馏水 中，分别加入 一 定量的十八烷基三甲基氯化铵 、双十八烷基二甲 基溴化铵以及十六烷基三甲基溴化铵 ， 在 7 5 8 0 ℃ 的水浴 中加热 、搅拌 3 h 。有机物的加入使水浆变 稀 。将得到的最终水浆用滤纸滤去水分 ，然后继续 用清水反复浸泡 、过滤 ，直到浸泡有机土的水中没 有泡沫 、不浑浊为止。在 8 5 1 0 0℃的通风干燥箱 内干燥水洗后的有机土。将干燥 的有机土研磨成粉 末 ，过 2 0 0目筛网，制得有机土样品 A、B和 C 。 2 结果与讨论 通过设计正交试验表来优化有机土改性_ [ 艺， 基金项 目 黑龙江省 自然科学基金项目 “ 凝胶型堵剂选择性堵水机理研究” ，项 目号E 2 0 1 4 1 1 。 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 4 一D 8 作者简介 辛勇乐 1 9 9 2 一 ，女，黑龙江佳木斯人 ，在读硕士研究生，东北石油大学油气井工程 ，研究方 向油气井工作液化学。E - m a i l 3 1 5 4 6 3 7 9 5 q q ． c o rn。 第4 4卷第 6 期 辛勇乐，等油基钻井液用有机土的制备与评价 1 2 2 7 设定胶体率和滤失量两项质量指标为考察依据 ， 对 改性剂加量 、反应温度 、反应时间和体系 p H值四 种因素进行研究 。 有机土合成正交设计试验表见表 1 ，正交试验设计方案及结果见表 2 。以自制土 A 为例 。 表 1 有机合成正交试验设计表 T a b l e 1 Or t h o g o n a l e x p e r i me n t d e s i g n o f o r g a n i c s y n t h e s i s 表 2 正交试验 设计 方案及结 果 Ta bl e 2 Sc he me a nd r e s ul t s of or t ho g ona l e xpe r i m e nt de s i g n 序号 改性剂加量， ％ 反应时间／ } l 反应温度／ ℃ 体系 p H值 ， 胶 mL 体 ／ m 率 L、 失水量， ％ 失水量 1 1 2 ．7 3 l 1 5 ．4l l l 5 ． 1 9 胶体率 9 3 2 7 5 2 9 9 ．5 由表 2 可知，影响胶体率的因素依次为改性剂 加量 反应时间 p H值 反应温度 ，最佳条件为改性 I I I I 量 4 0 ％，反应时间 2 h ，反应温度 7 5 ℃，p H 值 7 ； 影响失水量的因素依次为改性剂加量 反应温 度 p H 值 反应时间，最佳条件也为改性剂加量 4 0 ％，反应时间 2h ，反应温度 7 5 ℃，p H值 7 。虽 然二者的影响因素不大相 同，但是二者的最佳条件 是相同的，并且有机土的矿物骨架层 间有机改性剂 的加量的影响效果最明显 。从序号 9发现，当反 应时间、温度和 p H值达到最佳时，过多的季铵盐 加量反而使胶体率下降。 因此 ， 说明有机物的加量 ， 对不同的有机改性剂都有一个最佳适用范围。 所以， 最佳反应条件为改性剂加量 4 0 ％，反应时间 2 h ， 反应温度 7 5℃，p H值 7 。 3 不同有机土的性能评价 3 ． 1 增粘提切效果的比较 由于本文主要考察体系中有机土的增粘提切的 能力 ，因此选择 白油 。将有机土用甲醇浸泡后 ，便 可分散在 白油中。如表 3所示。 由表 3可知 ，自制有机土 A，B和 C在 白油 中 的分散以及增粘提切效果都比较好。在分散效果方 面 ，自制土 B的效果最好 ，其次是 自制土 A；自制 土 A和 自制土 c老化前增粘提切效果比较相近 ， 弱 于 自制土 B， 老化后 的增粘提切效果 自制土 B 自制 土 A 自带 0 土 C 。 表 3 几种有机土的对 比 Ta bl e 3 The c o m pa r i s on o f s e v e r al o r ga ni c s o i l 3 ． 2 抗温性能的比较 度下，考察其抗温性能，实验结果如图 1 所示。 将 3种 自制有机土分散I I I I 白油中，在不同温 嘶 9 叭 强 如 7 9U 7 9 9 7 2 ；2 2 2。 2 ∞∞∞ 1 2 2 8 当 代 化 工 2 0 1 5 年 6月 三 ＼ 乏 温 度／ 图 1 不同有机土表观粘度变化曲线 F i g ． 1 The c h a n g i n g c u r v e o f a p p a r e n t v i s c o s i t y o f d i f f e r e n t o r g a n i c s o i l 温度 ／ o [ 图 2 不同有机土塑性粘度变化曲线 Fi g ． 2 Th e c h a n g i n g c ur v e o f p l a s t i c v i s c o s i ty o f d i f f e r e n t o r ga ni c s o i l 2 O 1 8 { 6 1 4 日 l 2 1 0 8 6 4 2 2 温 度 ／ 图 3不同有机土动切力变化 曲线 Fi g ． 3 Th e c h a n g i n g c u r v e o f y i e l d p o i n t o f d i f f e r e n t o r g a n i c s oi l 通过图 1 - 3可以发现 ，三种有机土随着温度的 升高 ， AV和 P V都有一定幅度的上升 ， 说 明这三种 有机土的在增粘提切能力上都比较 良好。随着温度 的逐渐升高 ，三种有机土的增粘提切能力呈平稳或 上升状态 ，自制土 A在 2 3 0℃时 A V和 Y P急剧下 降，说 明有机土的性能已经开始失效 ；同样 ，自制 土 B在 2 4 0 o C 时 A V和 YP在一定程度上下降 ，在 2 6 0 时， 有机土在油基钻井液中的性能完全失效； 自制土 C在 2 5 0 c I 时 A V、P V和 Y P大幅度下降 ， 说明此时有机土 已经失效 。综合而言 ，自制土 A 抗温 2 3 0 ℃，自制土 B抗温 2 5 0℃，自制土 C抗温 可达 2 4 0 ℃。自制土 B和 自制土 c均具有较高的抗 温能力 。 4 结 论 1 通过以 自制高纯度的钠基膨润土为原料 ， 利用离子交换反应合成有机膨润土的工艺 ，探索 了 改性剂加量 、反应温度、反应时间以及 p H值等对 产品质量的影响 ，最后确定了制备有机膨润土的最 佳工艺条件。 以 自制有机土 A为例 ， 最佳工艺条件 改性剂加量 4 0 ％，反应时间 2 h ，反应温度 7 5 ℃， p H值 7 。 2 通过将这三种有机土混入 白油 中发现 ，自 制土 B的分散效果与增粘提切能力最好 ，其次是 自 制土 A。在抗温性能上 ，自制土 B和 自制土 c均具 有较高的抗温能力。 参考文献 [ 1 ]王中华l 国内外油基钻井液研究与应用进展l j 】 ． 断块油气田，2 0 1 1 ， 1 8 『 4 5 3 3 5 3 6 ． [ 2] 刘芳芳 ，戴亚堂，张欢 ，张红强钙 基膨润土的钠化改性研究【 J 1 l非 金属矿 ，2 0 1 0 ，6 3 3 3 7 3 8 ． [ 3]王茂功 ，王奎才，李英敏，王发云，等． 白油基钻井液用有机土的 研制【 J 】 ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 9 ，2 6 5 1 - 3 ． [ 4] 李凯 ，龚文琪．有机膨润土的制备及应用综述【J ] 科技创业，2 0 0 5 ， 2 1 4 9 1 51 ． [ 5 ]郑玉婴，张汉辉 ，蔡伟龙 ，傅明连 ，王良恩． 有机膨润土制备及性 能表征『 J 1 _光谱学与光谱分析，2 0 0 5 ，2 5 1 6 2 6 4 ． 丁酮市场颓势难 改 从 4月末以来，国内丁酮市场持续阴跌。以华东地区为例，价格从 7 2 0 0元 吨价 ，下同 一路下滑至 6 4 0 0元附近，跌幅 超过 1 0 ％，与今年年初时基本持平 ， 是近五年多来的最低点。今年的丁酮市场可谓一蹶不振 ，均价不超过 7 0 0 0元 ，与 2 0 1 4 年大部分时间内价格在 90 0 0 ～ 1 0 5 0 0 元的区间内波动的情形相差甚远。这明显的反差既彰显了去年有些 “ 异常”的繁荣，也 反映出产能饱和引发的颓势。横向比较，丁酮是 2 0 1 4年化工市场最为活跃和走势最为强劲的产品之一。究其原因，除了下 游需求 良好以外，大量的出口订单功不可没。据海关统计，2 0 1 4年我国累计出口丁酮 9 ．3万吨，较 2 0 1 3年增长近 5 0 ％。这 主要是因为日本丸善和出光兴产的装置分别于 5 ～ 6 月份和 7 ～ 8月份检修， 2 0 1 4年 日本丁酮出口量因此较 2 0 1 3年缩减 3万吨 左右。中国作为世界丁酮产能的龙头老大 ， 无疑是补充亚洲市场供应缺 口的最佳人选 ，因此也造就了出口量的急剧增长。 口量的大幅增加．导致国内市场供应紧张，丁酮价格因此一路扶摇直上。 2 1 l ∞ ． 时 g 一＼