油基钻井液润湿剂室内研究.pdf

第 4 3卷第 1 O期 2 0 1 4年 1 O月 应用化工 A p p fi e d Ch e mi c a l I n d u s t r y Vo 1 ． 4 3 No． 1 O 0c t ． 2 0 1 4 油基钻井液润湿剂室内研究 牛晓磊 ， 刘向君 ， 罗陶涛 ， 梁利喜 ， 陈俊斌2 ， 欧阳伟 1 ． 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室， 四川 成都6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院， 四川 广汉6 1 8 3 0 0 摘要 在油基钻井液中加入适量的润湿剂 ， 可以使其体系中的惰性固相具有强的亲油性 ， 从而保证油基钻井液体 系的稳定性和各种性能的调节及控制。室内对3种润湿剂 阳离子表面活性剂 C T A B 、 生物表面活性剂 C Q WB P 、 甜 菜碱型两性离子表面活性剂 C Q ． WZ B进行表面张力、 润湿角测定和重晶石在油相中的沉降实验。实验结果表明， 3 种润湿剂在改变重晶石等亲水性物质的能力强弱顺序为 C Q WB PC Q WZ BC T A B。生物表面活性剂 C Q ． WB P 加人油基基浆中， 不但能够大幅度改善油基钻井液性能， 还具有一定的抗温能力。 关键词 润湿剂 ； 表面张力； 润湿角； 重晶石 ； 油基钻井液 中图分类号 T Q 0 4 1 ． 8 ； T E 2 5 4 ． 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 4 1 01 9 3 5 0 3 ’ S t u d y o f o i l b a s e d r i l l i n g flu i d we t t i n g a g e n t M X i a o l e i ， L I U X i a n g -j u n ， L U O T a o t a o ， L I A NG L i x i ， C HE N J u n b i n ， OUY A NG We i 1 ． S t a t e K e y L a b o r a t o ry o f O i l a n d G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n ， S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ； 2 ． C C D C D r i l l i n g a n d P r o d u c t i o n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o gy R e s e a r c h I n s t i t u t e ， G u ang h a n 6 1 8 3 0 0， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o g u a r a n t e e t h e o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d s t a b i l i t y ， t h e p e rf o r ma n c e o f t h e r e g u l a t i o n a n d c o n t r o 1 ． No r ma l l y we p u t c e r t a i n a mo u n t o f we t t i n g a g e n t t o s o l v e t h o s e p r o b l e ms ． T h e r e a r e thr e e k i n d s o f w e t t i n g a g e n t ， c a t i o n i c s u r f a c t a n t C T A B， b i o s u r f a c t a n t C Q WB P a n d z w i t t e r i o n i c s u rf a c t a n t C Q WZ B ， t o t e s t t h e s u rfa c e t e ns i o n， we t t i n g a ng l e a n d b a r i t e i n t h e i r o i l s o l u t i o n o f s e t tli n g e x pe rime n t a n d o p t i mi z a t i o n ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t the a b i l i t y p e c k i n g o r d e r i s C Q WB PC Q WZ BC T A B ． B y j o i n i n g t h e s e l e c t i o n o f we t t i n g a g e n t i n the o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d a n d me a s u ri n g i t s p e rf o rm a n c e ， i t c o me s t o t h e c o n c l u s i o n t h a t C Q WB P c a n i mp r o v e o i l b a s e d ri l l i n g fl u i d p e rf o rma n c e ． Ke y wo r d s w e t t i n g a g e n t ；s u rf a c e t e n s i o n；c o n t a c t a n g l e ；b a ri t e ；o i l - b a s e d ri l l i n g fl u i d s 油基钻井液是以油为外相的热力学不稳定多相 体系⋯。为确保体系的稳定性和各种性能的调节 及控制， 体系中的惰性固相必须具有强的亲油性。 对加重的油基钻井液来说 ， 加重材料、 岩屑及惰性材 料占很大一部分比例。这些材料大多数表面为亲水 性， 他们的加人会使油基钻井液的稳定性发生破坏， 同时在钻井过程中油基钻井液会受到地层亲水性粘 土的污染， 而使钻井液的性能变差。通常解决此类 问题的方法是加人润湿剂， 使亲水性颗粒表面的润 湿性发生改变， 提高加重剂的悬浮性和减弱钻屑等 颗粒的聚集， 防止在油基钻井液中聚结和沉降 ， 并且它还具有用量少、 效果显著的优点。通过室内 实验， 优选出油基钻井液润湿剂并研究其加入到油 基钻井液中的性能。 1 实验部分 1 ． 1 材料与仪器 阳离子表面活性剂 C T A B 为化学纯； 甜菜碱 型两性离子表面活性剂 C Q WZ B， 16 0 ％ ； 生物表 面活性剂 C Q ． WB P ， 自制。 D T ． 1 0 2全自动界面张力仪； X E D S J P静滴接触 角测定仪； 具塞试管 1 0 m L ； 电子天平 0 ． 0 0 0 1 g 等。 1 ． 2 实验方法与结果分析 界面张力和润湿角等是评价表面活性剂的重要 参数。本文基于简便、 快速、 可靠测定和优选， 主要 用吊环法 4 。 、 接触角测量法和重晶石沉降实验， 最 后将优选的润湿剂加入油基基浆中， 通过对比老化 前后钻井液性能， 评价各种润湿剂对油基钻井液性 收稿日期 2 0 1 4 - 0 4 - 1 5 修改稿 日期 2 0 1 4 -05 -04 基金项目 页岩气低成本高效率钻完井技术基础研究项 目 U 1 2 6 2 2 0 9 作者简介 牛晓磊 1 9 8 9 一 ， 男， 甘肃白银人 ， 西南石油大学在读硕士研究生 ， 师从刘向君教授 ， 主要从事油气井方面的科 研工作。电话 1 8 2 0 0 1 2 7 9 6 0 ， E ma i l 1 8 2 0 0 1 2 7 9 6 0 1 2 6 ． e o m 第 1 O期 牛晓磊等 油基钻井液润湿剂室内研究 1 9 3 7 O O．5 l 1． 5 2 含量， ％ 图 3 2 4 h后重晶石的沉降体积 F i g ． 3 T h e s e t t l e me n t o f b a ri t e v o l u me a f t e r 2 4 h 由图 3可知， 经 2 4 h静置后 ， 重 晶石在相 同含 1 ． 2 ． 4 润湿剂对油基钻 井液性能的影响优选的 量的3 种润湿剂油溶液中最终稳定沉降体积不同； 润湿剂不仅具有高表面活性， 还需和油基钻井液配 在同一润湿剂不同含量的油溶液中， 其稳定沉降体 伍性好， 它的加入能够改善油基钻井液的性能。将 积也不 同， 当浓度达到 1 ． 5 ％时 ， 沉降体积不再随浓 3种润湿剂加入油基基浆 中， 其基本性能见表 2 ， 基 度而变化。3种润湿剂改变其亲油性 的效果 不同， 浆组分为 柴油 3 0 0 mE 有机土 2 ％主乳化 其中C Q WB P 对重晶石颗粒表面亲油性改变最大， 剂 2 ％ 辅乳化剂 1 ％ 提切剂 0 ． 5 ％ 润湿 油向上流动时的阻力最小， 被重晶石束缚的液相体 剂 3种， 各 1 ． 5 ％降滤失剂 2 ％G a C l 积最小， 从而使最终的沉降体积最小。因此， 3种润 7 5 m L 重晶石加重到 1 ． 8 g ／ c m 。 湿剂在改变重晶石等亲水性物质在油相中润湿性能 效果的强弱顺序为 C Q WB PC Q WZ BC T A B 。 表2 3种润湿剂对油基基浆性能的影响 Ta b l e 2 E ffe c t o f t h r e e k i n d s o f we t t i n g a g e n t o n t h e p r o p e r t i e s o f o i l - b a s e d b a s e s l u r r y 注 配方分别为 1 ． 润湿剂为 C Q WZ B ； 2 ． 润湿剂为 C Q WB P ； 3 ． 润湿剂为 C T A B 。老化条件为 1 2 0 o C ， 1 6 h ， H T H P 滤失量测定 条件 1 2 0℃， 3 0 m i n 。 在测试过程 中发现 ， 加有 C Q WB P的钻井液泥 饼致密， 薄而韧 ， 均好于加有其他两种润湿剂钻井液 的泥饼。从表2的实验结果可以看出， 3种润湿剂 加入到油基钻井液后， 破乳电压较高 即乳状液稳 定 是加有润湿剂 C Q WB P和 C Q WZ B的油基钻井 液， A P I 滤失和高温高压滤失性能最好的是加有 C Q WB P的油基钻井液。从 3 种油基钻井液综合性 能可以看出， 润湿剂 C Q WB P与油基钻井液的配伍 性良好， 它的使用不但能够增强重晶石表面亲油能 力， 有利于钻井液各种性能的调控 ， 并且还具有一定 的抗温能力。 2 结论 1 通过测定3种润湿剂的界面张力可以看出 它们都有一定的润湿性能 ， 且含量不同， 润湿效果不 同。随含量增 加 ， C T A B 、 C Q WZ B 、 C Q WB P润湿效 果达 到稳定状态 时的界面张力依次为 3 8 ， 3 6 ， 3 3 ． 5 m N ／ m， 对亲油、 亲水玻片的润湿性改变很大。 2 将加有重 晶石的含 1 ． 5 ％的 C T A B 、 C Q WZ B 、 C Q ． WB P油溶液静置 2 4 h 后， 重晶石最终稳 定沉降体积分别为 1 ． 7 ， 1 ． 5 ， 1 ． 1 m L ， 其改变重晶石 等亲水性物质在油溶液中的润湿能力的强弱顺序 为 C Q WB P C Q WZ B C T A B 。 3 3 种润湿剂加入油基钻井液后 ， C Q WB P与 油基钻井液配伍性最好， 与其形成的油基钻井液的 综合性能不但得到了改善， 而且还具有一定的抗温 能力。 下转第 1 9 4 0 页 5 O 5 O 5 O 2 2 l l O O ， I 目 簟 1 9 4 0 应用化工 第 4 3卷 县 面 丑 裂 噻 时间， h 图4 主体金属元素在食盐和醋酸混合物溶液的溶出量 F i g ． 4 T h e d i s s o l u t i o n o f t h e ma i n e l e me n t s i n a mi x e d s o l u t i o n o f t h e s a l t a n d t h e a c e t i c a c i d 3 结论 从以上4种情况可以看出， 不锈钢餐具除了在 自来水中不溶出外， 在另外的介质中都会溶出， 并且 随温度的升高、 时间的增加而增大， 如果使用时间不 长， 主体金属元素的溶出量都不会超出国标范围， 使 用都是安全的。如果使用时间较长， 并且在酸性或 有食盐的环境下 ， 因为有可能某些金属 的溶出量会 超出国家允许的标准 ， 危及到身体 的健康 。虽然上 述澳 4 试只是一个品牌的不锈钢餐具， 但制造不锈钢 餐具的原材料基本相同， 结论有一定的代表性， 希望 这对人们正确使用不锈钢餐具有一定的帮助。 上接第 1 9 3 7页 参考文献 [ 1 ] 李春霞， 黄进军， 徐英． 液润湿反转剂 [ J ] ． 西 2 4， 4． [ 2 ] 吴超， 田荣剑， 罗健生， 参考文献 陈林根， 方文军． 工程化学基础[ M] ． 2版． 北京 高等 教育出版社 ， 2 0 0 5 2 2 6 ． 陈礼斌 ， 高永春． 不锈钢技术及其发展[ J ] ． 河北冶金 ， 2 0 1 1 ， 1 8 3 3 5 1 2 ． 宁兴龙． 警惕不锈钢制品对人体健康的影响[ J ] ． 金 属世界 ， 2 0 0 0 2 8 - 9 ． 中华人民共和国卫生部 ， 中国国家标准化委员会． G B ／ T 5 0 0 9 ． 8 1 2 o 0 3不锈钢食具容器卫生标准的分析方 法[ s ] ． 北京 中国标准出版社， 2 0 0 4 ． 于福州． 金属材料的耐蚀性[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 O 9 1 7 - 2 3 ． 中华人民共和国国家质量监督检验检疫局， 中国国家 标准化委员会． G B 9 6 8 4 --1 9 8 8不锈钢食具容器卫生 标准[ s ] ． 北京 中国标准出版社 ， 1 9 8 8 ． C a r me z i m M J ， S i mo e s A M， Mo n t e mo r M F， e t a 1 ． C a p a e i t a h o e b e h a v i o t l r of p a s s i v e f i l ms o n f e r r i t i e a n d a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l [ J ] ． C o r r o s i o n S c i e n c e ， 2 0 0 5 ， 4 7 3 5 8 1 5 9 1 ． B u r s t e i n G T， P i s t o r i u s P C， Ma t -t i n S P ． Th e n u e l e a t i o n a n d g r o w t h o f c o r r o s i o n p i t s o n s t a i n l e s s s t e e l [ J ] ． C o rr o - s i o n S c i e n c e ， 1 9 9 3 ， 3 5 1 ／ 2 ／ 3 ／ 4 5 7 - 6 2 ． 研 工 评 精细化工中间体 2 O 1 5年征订启事 精细化工中间体 I S S N 1 0 0 99 2 1 2 ， C N 4 3 1 3 5 4 ／ T Q 是中国科技论文统计源期刊 中国科技核心期刊 ， 中国化工学 会精细化工专业委员会中间体协作网专业期刊， 美国 化学文摘 C A 全球重点收录期刊。主办单位为湖南化工研究院。主 要栏目有 综述与专论、 农药及中间体、 医药及中间体、 功能材料、 有机合成原料、 香精香料、 表面活性剂、 染料颜料涂料、 水处理 剂、 分析测试等等。刊物读者定位为化工企业、 科研院所和高等院校、 政府部门等化工管理和科研设计人员； 希望深入了解国 内外化工新技术、 新产品开发研究情况的化工从业人员及化工设备、 仪器仪表、 化学试剂等生产厂家。热忱欢迎业内专家及 有关技术研究人员投稿。来稿将按国家标准发放稿酬。 精细化工中间体 为双月刊， 逢双月底出版， 9 0 元／ 年。邮发代号 4 2 1 3 2 ， 各地邮局均可订阅， 也可直接汇款到杂志社， 随到随订。广告经营许可证号 4 3 0 0 0 0 4 0 0 1 3 4 ， 欢迎发布广告。 地址 湖南长沙芙蓉中路二段2 5 1 号 4 1 0 0 0 7 收款单位 湖南省化工信息中心 开户行 中行长沙市南大路支行 帐号 5 8 7 2 5 7 3 5 0 6 3 2 电话 0 7 3 1 8 5 3 5 7 9 0 9 传真 ， 8 5 3 5 7 9 0 8 主页 W W W． j f e i ． c o m 电邮 j - 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