油基钻井液增黏剂的合成及室内评价.pdf

第 3 1卷 第 1 期 2 0 1 4年1月 钻井 液与 完 井 液 DRI L LI NG F L UI D COM P L ET I ON F LUI D V 0 1 ． 3 1 No ． 1 J a n ．2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 8 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 0 2 油基钻井液增黏剂的合成及室内评价 米远祝 ， 罗跃 ， 黄志强 1 ． 长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 ； 2 ． 长江大学石油工程学院，武汉 米远祝等 ． 油基钻井液增黏剂的合成及室内评价 『 J 1． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 1 4 - 7 ． 摘要 以油酸和胺类化合物为主要原料，利用缩合法制各了一种全油基钻井液增黏剂。测试 了增黏剂样品在 3种 不同体系即 5 白油、5 白油有机土体系以及全油基钻井液体系中的流变性能，探讨了不同因素对全油基钻井液流变 性能的影响。研究结果表明，该增黏剂样品对 3种体 系均有较好的增黏能力，抗温可达 1 8 0℃ ； 且该增黏剂具有制备 过程简单，成本相对较低和安全无毒等优点，可广泛应用于油基钻井液 关键词 增黏剂 ； 油基钻井液 ； 流变性能 中图分类号T E 2 5 4 ． 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 40 1 - 0 0 0 4 0 4 研究结果表明，在特定的油基钻井液中，不同的 增黏剂具有不同的增黏提切效果 ，但是由于地质情况 的差异而导致所用的钻井液体系并不完全相同，因此 这些增黏剂的普适性能尚须作进一步的研究，研究用 于特定钻井液体系的增黏剂非常必要 [ 1- 12 ] 笔者以油 酸和胺类化合物为主要原料，利用缩合法制备出一种 能用于全油基钻井液的增黏剂 f1 ，探讨了该增黏剂 在 5 白油、5 白油 有机土体系以及全油基钻井液 体系中的流变性能 。 1 实验 部分 1 增黏剂的制备。取 0 ． 1 m o l 油酸置于装有冷 凝装置、 温度计的三口烧瓶中， 加入二甲苯作为溶剂， 再加人需要量的胺类化合物、助剂和催化剂磷酸，混 合均匀后在 1 5 0℃加热回流，数小时后停止加热 ，将 溶液转到蒸馏装置中，减压蒸馏除去溶剂二甲苯，室 温下冷却即得产品。 2 增黏剂的流变性能评价。分别在 5 白油 体 系 1 、5 白油 3 ％有机土体系 体系 2 、 全油基 钻井液 体系3 中加人 1 ％增黏剂样品，在 1 1 0 0 0 r ／ m i n 转速下高速搅拌 2 0 m i n 使其分散，在 2 5 c I 用 Z N N ． D 6 A型六速旋转黏度计测定其表观黏度、塑性 黏度和动切力。然后再将钻井液装人 4 0 0 m L高温不 锈钢罐中，充人 1 ．0 MP a 的氮气，放人数显式滚子加 热炉中， 在 1 5 0℃热滚 1 6 h 后取出， 然后冷却至2 5℃， 高速搅拌 2 0 min ，测定其表观黏度、塑性黏度和动 切力。滤失量为在 0 ．7 MP a 滤失 7 ．5 m i n的测试值计 算而得。油基钻井液的配方及各组分的加入顺序和方 法如表 l 所示。 表 1 油基钻井液的配方及各组分加入方法 钻井液组分添加量 搅拌时间 ① 5 白油 3 5 0 m L ② 有机土 3 ％4 0 mi n ③ 降滤失剂 A 2 ％4 O mi n后静置 2 h ， 再搅拌 2 0mi n ④ 降滤失剂 B 2 ％ 高速搅拌 2 0mi n ⑤ C a O 0 ． 5 ％ 高速搅拌 2 0 mi n ⑥ 超细重质 C a C O 3 ％ 高速搅拌 2 0 mi n ⑦ 重晶石 5 0 0 g 高速搅拌 2 0 mi n ⑧ 润湿剂 0 ． 2 ％ 高速搅拌 2 0 mi n ⑨ 增黏剂 1 ． 0 ％ 高速搅拌 2 0 mi n 2 结果与讨论 2 ． 1 增黏剂的成胶情况 图 1 为在 5 白油中加入 1 ．O ％增黏剂，1 5 0℃热 基金项目 国家科技重大专项 “ 连续管装备与应用技术” 2 0 1 1 Z X 0 5 0 3 6 ． 0 0 6资助项目。 第一作者简介 米远祝 ，副教授，从事油气田开发工程专业。地址 湖北荆州长江大学东区化学与环境工程学院 ； 邮政编 码4 3 4 0 2 3；电话 0 7 1 6 8 0 6 0 9 8 4 ／ 1 3 9 7 2 1 3 0 5 0 0； E - ma i l mi c h e m1 6 3 ． t o m。 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 6 钻井液与完 井液 2 0 1 4年 1 月 以及增黏剂分子与白油中链烃分子之间氢键的作用 ； 另一方面充分舒展的增黏剂分子可以对有机土插层剂 长链起到拉伸和保护作用，促使有机土在白油中的分 散， 从而促进了网络结构的形成和保持。当然，由于 在这个体系中热滚后的凝胶强度特别大，用 目 前的说 明还难以完全解释这个现象，因此增黏剂的作用机理 尚须做进一步的研究和探讨。 2 ． 2 ． 3 全油基钻井液 体系3 表 4 是在全油基钻井液中加入 1 ． 0 ％增黏剂老化 前后的流变性能数据，钻井液密度为 2 ．0 g ／ c m 。 。 表 4 增黏剂在全油基钻井液中的流变性能 增黏剂 ／ 实验 ， G e U JP 阡 F L ／ ％ 条件 6 0 0 ， ‰ 仍 P a ／ P a mP a ． s mPa． s Pa mL 0 常温1 2 3 ／ 6 5 4 ／ 2 2 ／ 2 1 常温1 2 8 ／ 7 5 1 2 ／ 1 0 1 1 ／ 1 3 减小的趋势， 进一步说明增黏剂对白油基钻井液的降 滤失性能有一定的促进作用。 表 5 不同增黏剂加量对全油基钻井液流变性能的影响 增黏 实验 ， Ge U P l rP ／凡 A P 1 ／ 剂 ／ ％ 条件 6 0 0 ／ 3 0 0 6 ／ P a ／ Pa n 1 P a． s n 1 Pa． s P a n 1 L 0 热滚 1 2 5 ／6 6 4 ／ 2 4 ／5 6 2 ．5 6 4 3 ． 5 4 2 ． 4 钻井液密度对增黏剂性能的影响 1 热滚8 9 ／6 0 1 3 ／ 1 1 1 2 ／ 1 4 4 4 ．5 2 9 1 5 ．5 2 表 6 是在加入 1 ． 0 ％增黏剂的全油基钻井液 体 注 热滚条件为1 5 0 ℃、1 6 h 。 系 3 中， 钻井液密度对钻井液流变性能的影响数据。 由表 4可以看出，与空白体系进行对比可知，加 入增黏剂后，老化前后的 读值、静切力以及动切 力都有明显提高 ； 塑性黏度在热滚老化前后都有不同 程度的降低，热滚前从 5 8 m P a S 降低到 5 3 m P a S ， 降低幅度不大，而热滚后从 6 4 m P a S 降低到了2 9 m P a S ，降低幅度很大，这一点对钻井作业是非常 有利的。对比表 2 和表 3的数据，加入增黏剂以后， 在体系 1 和体系2中热滚前的增黏性能并不显著，但 是在热滚后十分明显，特别是在体系 2 中，热滚后的 读值和静切力值均变得很大，而在体系 3 中，热 滚前后的增黏性能均十分明显，而且钻井液的悬浮携 岩能力也明显增强，说明增黏剂对全油基钻井液具有 优良的增黏提切能力。从表 4 还可以看出，加入增黏 剂以后，其滤失量也明显降低，说明增黏剂对白油基 钻井液的降滤失性能也有一定的促进作用。 2 ． 3 增黏剂加量对钻井液性能的影响 表 5 是增黏剂不 同加量对全油基钻井液流变性能 的影响数据，钻井液密度为 2 ．0 g ／ c m 3 。由表 5 可知， 随着增黏剂用量的增加， 其增黏性能明显增强。增黏 剂的用量对塑性黏度和动切力也有较明显的影响，随 着增黏剂用量的增加，热滚前后的塑性黏度均呈下降 的趋势，而动切力均呈增高的趋势。从表中还可以看 出，随着增黏剂用量的增加，其 A P I 滤失量也具有 表 6 钻井液密度对增黏剂性能的影响 注 热滚条件为 1 5 0℃、1 6 h 。 由表 6 可知，随着钻井液密度的增加，增黏剂对 全油基钻井液的增黏性能有增强的趋势，但是增加的 幅度不大 ； 钻井液在同一密度条件下，1 5 0℃老化 1 6 h 以后， ， 读值和静切力值均略有增加。钻井液密度 对塑性黏度和动切力的影响相对较小，但是热滚前后 的塑性黏度相差却较大，热滚后的动切力略有增加， 但是变化幅度不大 。 2 ． 5 增黏荆的抗温性能 表 7 是老化温度对油基钻井液流变性能的影响数 据，增黏剂的加量为 1 ．0 ％， 钻井液密度为 2 ．0 g ／ c m3 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 1 期 米远祝等油基钻井液增黏剂的合成及室内评价 7 老化时间为 1 6h 。 表 7 油基钻井液在不同温度热滚老化后的流变性能 由表 7 可知，随着热滚温度的升高， ， 读值、 切力值以及动切力均下降明显，塑性黏度整体呈下降 的趋势，但是下降的幅度相对较小。综合表中的数据 可知，增黏剂的抗温可达到 1 8 0 ℃。 3 结论 1 ． 以油酸和胺类化合物为主要原料 ，利用缩合法 制备了一种全油基钻井液增黏剂。 2 ． 该增黏剂样品对 5 基 础 白油、5 白油 有机 土体系以及全油基钻井液均有较好的增黏能力，而且 该增黏剂抗温可达到 1 8 0℃，且具有制备过程简单， 成本相对较低和安全无毒等优点，可广泛应用于油基 钻井液中。 [ 2 】 [ 3 】 [ 4 ] 参 考 文 献 舒福昌， 岳前升， 黄红玺 ， 等 ． 新型无水全油基钻井液 [ J ] _ 断块油气田，2 0 0 8 ，1 5 3 1 0 3 ． 1 0 4 ． S h u F u c h a n g ，Yu e Qi a n s h e n g ，H u a n g Ho n g x i ，e t a 1 ． A n e w w a t e r ． f r e e o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． F a u l t - B l o c k 0 i I ＆ G a s F i l e d ，2 0 0 8 ，1 5 3 1 0 3 1 0 4 ． Ma s M ，Ta p i n T． A n e w h i g h t e mp e r a t u r e o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ C] ． S P E 5 3 9 4 1 ，1 9 9 9 ． S a a s e n A，Be r n t s e n M．Th e e f f e c t o f d r i l l i n g flu i d b a s e o i l p r o p e r t i e s o n t h e o c c u p a t i o n a l h y g i e n e a n d t h e ma r i n e e n v i r o n me n t [ C ] ． S P E 6 1 2 6 1 ，2 0 0 0 ． 李春霞，黄进军，高海洋，等 ． 一种新型抗高温有机土 的研制及性能评价 [ J ] ． 西南石油学院学报 ， 2 0 0 1 ， 2 3 4 5 4 5 6． L i C h u n x i a，Hu a n g J i n j u n，Ga o Ha i y a n g，e t a 1 ． P r e p a r a t i o n a n d f u nc t i o n e v a l u a t i o n o f a n e w a n t i h i g h t e mp e r a t u r e o r g a n o c l a y [ J ] ． J o u r n a l o fS o u t h w e s t P e t r o l e u m I n s t i t u t e ， 2 0 0 1 ， 2 3 4 5 4 - 5 6 ． [ 5 ] 王茂功 ，王奎才，李英敏，等 ． 柴油和白油基钻井液用有 机土性能研究 [ J ] ． 油田化学，2 0 0 9 ，1 2 6 1 3 2 3 6 ． 2 3 8 ． W a n g M a o g o n g，W a n g Kui c a i ，Li Yi n g mi n，e t a 1 ． Or g a n i c b e n t o n i t e f o r u s e i n d i e s e l a n d mi n e r a l o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d s [ J ] ． Oi lfie l d C h e mi s t r y，2 0 0 9 ，1 2 6 1 3 2 3 6 2 3 8 ． [ 6 ] 郝广业 ． 抗高温油基钻井液有机土的研制及室内评价 [ J ] ． 内蒙古石油化工 ， 2 0 0 8 1 1 0 8 ． 1 1 0 ． Ha o Gu a n g y e ．De v e l o p m e n t a n d l a b o r a t o r y e v a l u a t i o n o f h i g h t e mpe r a t u r e o i l b a s e d d r i l l i n g fl ui d o r g a n i c s o i l b e n t o n i t e [ J ] ． I n n e r Mo n g o l i a P e t r o c h e mi c a l I n d u s t r y ， 2 0 0 8 1 1 0 8 ． 1 1 0 ． [ 7 ] He i n z Mu l l e r ，Di a n a Ma k e r ，Na d j a He r z o g ． T h i c k e n e r s for o i l - b a s e d d ri l l i n g fl u i d s US 2 0 1 0 ／ 0 2 5 6 0 2 1 A1 [ P ] ． 2 0 1 0 ， 7 ． [ 8 ] J o n e s ，C r u i s e K． Oi l - b a s e d d r i l l i n g mu d s wi t h i n c r e a s e d v i s c o s i t y E P 0 9 2 2 7 4 3 B1 [ P ] ． 2 0 0 7 ，1 2 ． [ 9 ] C a r l J T h a e ml i t z ． S u s p e n d i n g a g e n t U S 6 9 0 8 8 8 7 B 2 [ P ] ． 2 0 0 2，8 ． [ 1 0 ]J o h n C Ne wl o v e ，R o b e C P o r t n o y，E u g e n e R We r l e i n ． L o w t o x i c i t y o i l b a s e mu d s y s t e m GB 2 2 1 2 1 9 2 A[ P ] ． 1 9 8 8，7 ． [ 1 1 】Wa r r e n A T h a l e r ， J o h n C Ne wl o v e ， C r u i s e K J o n e s ， e t a 1 ． Dril l i n g mu d a d d i t i v e s and i n a d d i n g v i s c o s i fl c a t i o n a d d i t i v e s t o o i l b a s e d d r i l l i n g mu d s US 5 9 0 6 9 6 6 [ P ] ． 1 9 9 9 ．5 ． [ 1 2 】B ri a n D y mo n d ， J o h n L ang l e y ， Ma l c o l m H a we ． P o l y me ri c c o mp o s i t i o n s and me t h o d s o f u s i n g t h e m US 4 7 7 7 2 0 0 [ P ] ． 1 9 8 8 ， 1 0 ． [ 1 3 ]米远祝，罗跃 ，李建成，等 ． 油基钻井液聚合物增黏剂 的合成及性能研究 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 3 ， 3 0 2 6 - 9 ． Mi Yu a n z h u，L u o Yu e ，L i J i a n c h e n g ，e t a 1 ． S t u d y o n t h e s y n t h e s i s a n d p e r f o r ma n c e o f p o l y me r v i s c o s i fi e r for o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ． 2 0 1 3 ．3 0 2 6 ． 9 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 0 9 ． 1 5 ；HG F 1 4 0 1 N7 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m