现场钻井液用烷基糖苷类处理剂性能研究.pdf

6 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S 1 N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 7卷第 1 期 现场钻井液用烷基糖苷 类处理剂性能研 究 雷祖猛 ， 司西强 ， 王 忠瑾 中国石化 中原石油工程有 限公 司钻井工程技术研究 院， 河南濮 阳 4 5 7 0 0 1 摘 要介绍了钻井液用烷基糖苷类处理剂的应用现状 ， 通过测定现场应用烷基糖苷类处理剂的 钻井液 p H值 、 水分、 水不溶物 、 阳离子度、 相对抑制率 、 滤失量降低率等指标考察了钻井液的性能， 得出各类产品在钻井液中的主要功能和适用条件。甲基葡萄糖苷产品可作为抑制剂兼具降滤失 的效果； 阳离子烷基糖苷可作为强抑制剂， 应配合常规降滤失剂一起使用 ； 高浓度的烷基糖苷具有 井壁稳定和润滑的作用。 关键词 烷基糖苷钻井液处理剂 甲基葡萄糖苷 烷基糖苷 A P G 是新型绿色表面活性 剂 ， 应 用前景广阔。主要应用于 13 化产品、 纺织 、 皮革助 剂 、 造纸助剂等多个行业 。2 0世纪 9 0年代初 ， 烷 基糖苷开始应用于钻井液 中。最早将烷基糖苷应 用于钻井液的报道 出现在 1 9 9 4年 2月在美 国达 拉斯召开的 I A D C ／ S P E钻井工程会议 上， 研究成 果引起了与会者的广泛关注 ， 并 以其优 良的性能 逐渐在钻井液应用 中广泛推广。 国内最初应用于钻井液中的烷基糖苷主要是 甲基葡萄糖苷 ME G 。甲基葡萄糖苷钻井液 已 经形成 比较成熟的体系， 已在大庆 、 胜利 、 辽河 、 中 原等油 田成功应用。随着钻进液技术的发展 ， 烷 基糖苷衍生物阳离子烷基糖苷 C A P G 作为烷基 糖苷的改进产品也逐渐被开发并迅速应用于钻井 液。钻井液用烷基糖苷及阳离子烷基糖苷具有抑 制性强 、 润滑性好 、 生物毒性低 等优点。 目前 ， 以 钻井液用烷基糖苷及 阳离子烷基糖苷为主剂的钻 井液体系应用区域及覆盖广度逐步扩大 ， 以该类 产品为主剂的高性能水基钻井液可较好满足中石 化开发非常规油气藏及环保的要求 ， 经济和社会 效益较好 ， 推广应用前景广阔 。 中石化现场使用的钻井液用烷基糖苷产品有 3类 5种 ， 分别是西南油气分公 司和胜利油 田使 用的固体产品钻井液用 甲基葡萄糖甙 ， 中原油 田 使用的液体产品烷基糖苷和钻井液用阳离子烷基 糖苷 ， 产品都在现场进行了应用 ， 并取得了不错的 效果 。 1试验方 法 1 ． 1 试验 仪器 和试 剂 烘箱 ， 上海实验仪器 ； 马弗炉 ， 上海雷韵试验 仪器厂 ； 滚子加热炉 ， 青岛海通达 ； 、 六速旋转黏度 计 ， 青岛海通达 ；A P I 滤失 仪 ， 青 岛海 通达 ； 分析 天平 ， 上海精密科学仪器。 钙膨润土 ， 符合 S Y ／ T 5 4 9 0 --1 9 9 3中钻井液 膨胀试验用膨润土的规定 ； 氢氧化钠 ， 分析纯； 盐 酸， 分析纯 ； 氯化钾 ， 基准试剂等 。 1 ． 2 钻井液用烷基糖苷类处理剂 所测钻井液用甲基葡萄糖苷 1和 2为胜利油 田所用， 固体粉末 ， 截 止 2 0 0 6年 已在 1 0 3口井使 用。钻井液用 甲基葡萄糖苷 3为西南油气分公 司 用产品 ， 该产品从 2 0 1 2年开始使用 ， 主要用在川 西中浅层长段水平井 2 0 0余 口井 ， 目前仍在使用 ； 名为“ 烷基糖苷” 液体 和“ 钻 井液用阳离子烷 基糖苷” 液体 在中原油 田使用 ， 符合各 自产 品 技术规范 ， 其 中烷基糖苷于 2 0 1 0年开始在中原油 田使用 ， 用于非常规开发 ， 分别在卫 3 8 3一平 1 、 文 8 8一F P 1等 3口井应用。其改性产 品钻井液用阳 离子烷基糖苷 C A P G， 具有更强的抑制性 ， 已在中 原 、 陕北 、 内蒙等区块共应用 3 2口井 ， 目前仍在现 场推广中。 1 ． 3钻井液用烷基糖苷类处理剂性能测试 按照 S Y ／ T 5 5 5 9 --1 9 9 2规定测试钻井液用应 用烷基糖苷类处理剂 的 p H值 、 水分 、 水不溶物。 按照 Q ／ S H 0 3 2 3 --2 0 0 9测试 程序测定相对 抑制率 收稿 日期 2 0 1 51 11 8 。 作者简介 雷祖猛 ， 工程师 ， 硕 士 ， 主要从 事钻 井液体 系及处 理剂 的研发工作。 基金项 目 中原石油工程有限公 司推广项 目“阳离子 烷基糖 苷钻井液 的推广应用” 2 0 1 4 2 1 2 。 2 0 1 6年 1月 雷祖猛等． 现场钻井液用烷基糖苷类处理剂性能研究 7 2结果 与讨 论 2 ． 1 p I - I 值 按照 S Y ／ T 5 5 5 9 --1 9 9 2中的试纸法对 5种产 品的 1 ％水溶液 p H值进行测定。结果显示 ， 固体 试样钻井液用 甲基葡萄糖甙的 1 ％水 溶液 p H为 9 ． 0 ， 为碱性 ， 液体试样烷基糖 苷和钻井液用 阳离 子烷基 糖苷的 1 ％水溶液 p H为 6 ． 5 ， 为弱酸性 ， 测出其试样的p H值可方便钻井液在使用液体产 品时 ， 应相应加入烧碱来调节体 系的 p H值至碱 性 。 2 ． 2 水 分 按照 S Y ／ T 5 5 5 9 --1 9 9 2中规定对 5种产品的 水分进行i 贝 0 定 ， 测试结果见表 1 。 表 1 水分测试结果 由表 1可见 ， 3种 固体试样钻井液用 甲基葡 萄糖甙的水分 差别较小 ， 均不超过 1 0 ％ ， 液体试 样烷基糖苷和钻井液用 阳离子烷基糖苷水分分别 为 4 0 ％和 3 5 ％左右 ， 水分含量指标可以通过加量 来准确控制该类处理剂的烷基糖苷基 团在钻井液 中的真实含量。 2 ． 3 水不溶物 由于固体试样商品都称为钻井液用甲基葡萄 糖苷， 但同样固体甲基葡萄糖苷的差别很大， 颜色 为黑褐色也不同于甲基葡萄糖甙 的白色 ， 有大量 不溶于水的颗粒 ， 现对 3种 固体试样 的水不溶物 进行了测定。 按照 S Y ／ T 5 5 5 9 -- 1 9 9 2中 3 ． 3的规定 ， 测定 了 3个固体试样 的水不溶物 ， 水不溶物测试结果 见表 2 。 表 2 水不溶物测试结果 从表 2可以看 出， 3种钻井液用 甲基 葡萄糖 甙的水不溶物在 5 0 ％ ～ 6 0 ％之 间， 可见钻井液用 甲基葡萄糖甙不是单一 的纯品， 均为混有 5 0 ％ 以 上水不溶性固体颗粒的混合物。 2 ． 4 阳离子度 四苯硼钠法利用含有阳离子的化学剂试样与 过量 的四苯硼钠溶液在酸性条件下生成沉淀 ， 过 滤沉淀后 ， 过量 的四苯硼钠用 十六烷基三 甲基溴 化铵标准溶液进行滴 定 ， 根据十六烷基三 甲基溴 化铵标准溶液的用量可计算出试样的阳离子度。 该方法主要使用达旦黄或溴酚蓝做指示剂。 为考察指示剂的效果 ， 在室内进行验证。滴定 过 程中， 达旦黄 由黄色变为浅红色 ， 颜色易受沉淀干 扰 ， 终点判断不准确 ； 溴酚蓝由紫红色 碱性 、 黄 色 酸性 变为浅蓝色 ， 效果较好 。故选定溴酚蓝 为本检测方法 的指示剂 。试样加量与沉淀和滴定 终点的关系密切 ， 只有得到澄清浅色的滤液 ， 才能 准确判断滴定终点。四苯硼钠与季铵盐形成有机 沉淀 ， 沉淀有一定的溶解度 ， 若试样加量太少 ， 溶 液浓度低 ， 阳离子与 四苯硼钠形成 的沉淀不能充 分聚沉 ， 若试样加量太大 ， 溶液颜色深 ， 不利于滴 定终点判断。最终确定本测试中 C A P G试样加量 应规定为 1 ％。 通过随机抽取生产的 3批次 C A P G试样进行 阳离子度测定 ， 从表 3测试结果可 以看 出， C A P G 产品是通过对烷基糖苷产品进行了提高抑制性的 改性 ， 含有季铵盐阳离子基团， 而且 阳离子度平均 值为 1 ． 2 9 m m o l ／ g 。 表 3阳离子度测试结果 肖 耗季铵盐体积／ mL 阳离子度实测值／ m m o l g 2 ． 5 极压润滑系数 使用极压润滑仪对烷基糖苷产品的润滑性进 行 了测定 ， 由表 4的测试结果可以看出 ， 不 同批次 的烷基糖苷纯品的极压润滑系数都小于 0 ． 0 4， 烷 基糖苷的润滑性能较好 ， 由于烷基糖苷 同常规处 理剂 的配伍性较好 ， 可在钻井液中加入一定量的 烷基糖苷来提高钻井液的润滑性 。 表 4 润滑系数测试结果 8 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 7卷第 1 期 2 ． 6 相对抑制率 按照 Q ／ S H 0 3 2 3 --2 0 0 9中测试程序 的要求 ， 对 5种试样 的相对抑制率进行了测定 。相对抑制 率测试结果见表 5 。 表 5 相对抑制率测试结果 名称 相对抑制率／ ％ 基浆 钻井 液用 甲基葡萄糖甙 1 钻井 液用 甲基葡萄糖甙 2 钻井液用 甲基葡萄糖甙 3 烷基糖苷 钻井 液用 阳离子烷基糖苷 O 9 4． 2 3 9 4 ． 2 3 9 4． 2 3 9 4． 2 3 从表 5可以看出 ， 钻井液用 甲基葡萄糖甙和 阳离子烷基糖苷 的相对抑 制率 比较明显， 相对抑 制率都在 9 0 ％以上 ， 可在钻井液 中加入 甲基葡萄 糖甙和阳离子烷基糖苷产品来提高钻井液的抑制 性 。由于烷基糖苷的抑制性主要是通过其低水活 度和 吸 附成 膜 实 现 的， 加 量 一 般 都 在 4 0 ％ 以 上 J ， 所 以无法通过相对抑制率的指标对其抑 制性进行考察。 2 ． 7 滤失量降低率 在预水化好 的4 ％膨润土基浆中加入 1 0 ％的 试样 ， 室温养护 2 4 h后 ， 测定其 A P I 滤失量 ， 同基 浆相 比， 可得试样的滤失量降低率 。滤失量降低 率测试结果见表 6 。 表 6 滤失量降低 率测试结果 由表 6可 以看出， 钻井液用 甲基葡萄糖甙含 5 0 ％以上的水不溶物 ， 可作为封堵剂 ， 用来改善泥 饼质量 ， 其滤失 量降低率能达到 7 0 ％ ， 有很好 的 降滤失效果， 而钻井液用阳离子烷基糖苷因含有 阳离子机 团， 抑制黏土水化 ， 破坏泥饼质量 ， 滤失 量较基浆大幅度增加。 3 结 论 1 钻井液用 甲基葡萄糖甙为含 5 0 ％ 以上水 不溶物的混合物 ， 抑制性好 ， 兼有降滤失剂效果 ， 可作为钻井液抑制剂和降滤失剂使用 。 2 钻井液用 阳离 子烷基糖 苷可有效抑制黏 土水化分散 ， 是水基钻井液的强抑制剂， 用于解决 泥页岩地层的井壁失稳问题 ， 可配合常规降滤失 剂一起使用 ； 烷基糖苷润滑性能优 良， 但只有在大 剂量下 ， 才能通过吸附成膜促进井壁稳定 ； 二者使 用时均需补充烧碱 ， 保持钻井液体系为碱性 ； 3 中国石化 目前钻井液 中使用的 3种烷基 糖苷类处理剂各有特点 ， 都是通过了现场应用实 践的优质处理剂 ， 可根据实际需要合理选择使用。 参考文献 [ 1 ] 司西强 ， 王中华 ， 魏军 ， 等． 钻井液用 阳离 子烷基糖苷的合成 研究 [ J ] ．应用化工 ， 2 O l 2， 4 1 1 5 6 6 0 ． [ 2 ] 司西强 ， 王中华 ， 魏 军 ， 等． 钻 井液用 阳离子 甲基 葡萄糖 苷 [ J ] ．钻井液与完井液 ， 2 0 1 2， 2 9 2 2 12 3 ． [ 3 ] 赵 虎 、 甄 剑 武 、 王 中华 ， 等． 烷 基糖 苷 无 土相 钻 井 液在 卫 3 8 3一平 1井的应用[ J ] ．石油化 工应用 ， 2 0 1 2， 3 1 8 6 9． [ 4] 赵虎 ， 司西强 ， 雷 祖猛 ， 等．阳离子 烷基糖苷 钻井液在 长南 水平井的应用 [ J ] ．精 细石油化工进展 ， 2 0 1 5， 1 6 1 6 9 ． [ 5 ] 魏风勇 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n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S i n o p e c Z h o n g y u a n P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o ．L t d ． ， P u y a n g ， H e n a n 4 5 7 0 0 1 Abs t r a c t A fil t r a t e r e d u c e r o f mi c r o c r 0 s s l i n k i n g s t r u c t ur e f o r o i l b a s e d d r i l l i ng fl ui d wa s s y n t h e s i z e d wi t h l o n g c ha i n a c r y l i c e s t e r a n d s t y r e n e a s t h e ma i n mo n o me r s a n d d i v i n y l b e n z e n e a s t h e c r o s s l i n k e r i n a n e mu l s i o n p o l y me r i z a t i o n pr o c e s s ，i t s s t ru c t u r e a n d mi c r o mo r p h o l o g y a r e c h a r a c t e r i z e d wi t h i n f r ar e d s p e c t r o s c o p y a n d s c a n ni n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e．a nd i t s p e r f o r ma n c e i n o i 1 b a s e d dril l i n g flu i d i s e v a l u a t e d．Th e r e s u l t s o f s t u dy h a v e s h o wn t ha t t h i s fil t r a t e r e d uc e r ha s g o o d fi l t r a t e l o s s r e du c t i o n c a p a c i t y ．W h e n 3％o f t h i s fil t r a t e r e d u c e r i s a d d e d t o a n o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d，t h e h i g h t e mp e r a t u r e a n d h i g h p r e s s u r e fi l t r a t e l o s s o f t h e o i l b a s e d d r i l l i n g flu i d a t 1 5 0 q C c a n b e c o n t r o l l e d b e l o w 5 mL．Th i s fil t r a t e r e d uc e r i s s u i t a bl e f o r t he o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d wi t h o r wi t h o u t s o i l p h a s e wi t h g o o d fi l t r a t e l o s s r e d u c t i o n e f f e c t w h e n t h e t e mp e r a t u r e i s b e l o w 2 0 0 o C ， a n d h a s l i t t l e e f f e c t o n t h e r h e o l o g i c a l p r o pe r t y o f d r i l l i ng fl ui d ． Ke y wo r d s e mu l s i o n p o l y me riz a t i o n；0 i l b a s e d d r i l l i n g flu i d；fi l t r a t e r e d u c e r；a c ryl i c e s t e r ；s t y r e n e ◆i ●, it ◆i●◆ ◆◆I l l ●●”● I◆I ll●t l I ● ●“ O-◆◆n h●●●◆II◆i i●●i Ii , ◆I l◆●●◆◆●I l l ●◆◆●●◆ 上接 第 8页 A b s t r a c t T h e a p p l i c a t i o n o f a l k y p o l y g l u c o s s i d e A P Gc h e m i c a l s fo r fi e l d d r i l l i n g fl u i d s i s i n t r o d u c e d ．T h e p r o p e r t i e s o f AP G c h e mi c a l s for fi e l d dr i l l i n g flu i d s we r e s t u d i e d b y d e t e r mi n i n g t h e pH v a l u e，wa t e r c o n t e n t ， wa t e r i ns o l u b l e ma t t e r s c o n t e n t ，c a t i o n i c d e g r e e，r e l a t i v e i n h i b i t i o n r a t e，a n d fil t e r l o s s r e d u c t i o n r a t e，e t c．o f t h e fie l d d ril l i n g flu i d s t o wh i c h APG c h e mi c a l s we r e a d de d，a n d t h e ma i n f u nc t i o n s o f APG c h e mi c a l s i n t h e d r i l l i n g flu i d s a n d t h e a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n s o f APG c h e mi c a l s we r e i d e n t i fi e d t h e r e fro m ．An APG c h e mi c a l for d ril l i n g flu i d f u n c t i o n s a s a n i n h i b i t o r a n d a fil t r a t e r e du c e r t o a l e s s e r e x t e n t a s we l 1 ．Ca t i o n i c a l k y l p o l y g l u c o s i de a s a s t r o n g i n hi b i t o r s h a l l b e u s e d t o g e t h e r wi t h c o n v e n t i o n a l fil t r a t e r e d u c e r ，a n d o n l y h i g h c o n c e n t r a t i o n a l k y l p o l y g l u c o s i de h a s t h e f u n c t i o ns o f s t a bi l i z i n g we l l b o r e a n d l u b r i c a t i n g ． Ke y wo r d s a l k y l p o l y g l u c o s i d e；d r i l l i n g fl ui d；t r e a t me n t c h e mi c a l ；me t h y l g l u c o s i d e