TLJ-1植物胶钻井液抗温能力的提高.pdf

第 2 7卷 第 5期 2 0 1 0年9月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D Vl0 1 ． 2 7 NO． 5 S e p t ．2 01 0 文章编号 1 0 0 1 - 5 6 2 0 2 0 1 0 0 5 0 0 3 1 - 0 3 T L J 一 1 植物胶钻井液抗温能力的提高 李凤霞 ， 蒋官澄 ， 王郑库 ， 崔茂荣 ， 张继尹 4 1 ． 中国石油大学 北京 ，北京 ； 2 ． 重庆科技学院，重庆 ； 3 ． C N P C钻井液重点研究室 两南石油大学油气藏地质及开发1 二 程，成都 ； 4 ． 西南油气分公司工程技术研究院，成都 摘要 由于植物胶成分多、改性复杂，而且改性后不能确保无毒，选用改变体系物理化学环境的方法，对如 何提高植物胶钻井液的抗温能力进行了研究。首先引入高温保护剂，降低体系的热传导速度 ；同时加入除氧剂降 低体系的含氧量，减缓植物胶的氧化降解速度 ； 最后选用高温稳定剂，提高植物胶分子的键能，增强处理剂问的 作用强度。室内实验表明 通过引入高温保护剂聚乙二醇、除氧剂Na ， S O 以及高温稳定剂 G e mi n i 季铵盐，植物 胶钻井液的抗温能力从 9 0。 C 提高到了 1 4 0。 C，并且体系其它性能良好，能够满足现场施工对钻井液的性能要求。 关键 词 植物胶钻井液 ； 抗 温 ； 高温保护 剂 ；除氧 剂 ； 高温稳定 剂 中图分类号 T E 2 5 4 - 3 文献标识码 A 随着温度的升高 ，钻井液 的各 种性能都会随之 发生改变。一般情况下 ，环境温度的升高会使钻井 液的造壁性能变坏 ，即泥饼变厚 、渗透性增强 、滤 失量增大。而且高温条件下 ，钻井液的各种组分会 发生 降解 、发酵 、增稠及失效等变化 ，从而使钻井 液性能变得不易调整和控制 ，严重时将导致钻井作 业无法正常进行 ，因此钻井液应具备较好 的抗 温能 力 ，在此基础上研究 了提高 T L J ． 1 植物胶钻井液抗 温能力的技术 。 1 室 内研 究 提高植物胶钻井液抗温能力的途径大体上有 2 种 一是提高各种单剂 主要是植物胶 的抗温能力， 即对植物胶进行改性 ； 二是改变体系的物理化学环 境 。由于植物胶成分多 、改性复杂 ，而且改性后不 能确保无毒 ，因此选用第 2种途径来提高体系的抗 温能力。首先 引入高温保护剂 ，降低体系的热传导 速度 ； 再加入除氧剂降低体系的含氧量，减缓植物 胶 的氧化降解 ； 最后优选高温稳定剂 ，增强处理剂 间的作用强度。 1 ． 1 高温保护剂对钻井液性能的影响 高温保 护剂应具有 以下功能 ①抗温性能好 ， 在膨润土颗粒表面的吸附能力强 ，在高温条件下具 有较强的护胶作用 ； ②在钻井液中具有协同增效的 作用 ，能够提高其它处理剂的抗温能力 ，从而提高 钻井液 的抗温能力 ； ③ 能改善钻井液 的流变性能 ， 并且降低钻井液的高温高压滤失量。 根据以上要求， 选用聚乙二醇作为高温保护剂 ，评价其对植物胶钻 井液性能的影响，实验结果见表 1 。表 1中钻井液 配方如下 1 3 ％膨 润 土 0 ． 3 ％L V - C MC 0 ． 6 ％T L J ． 1 3 ％ QS - 2 从表 1 可 以看 出 l 配方钻井液的抗 温、降滤 失能力均不能满足钻井工程 的需要 ； 加入聚乙二醇 后 ，l 配方钻井液的抗温能力和滤失造壁性能显著 提高 ，且聚乙二醇 的加量不 同，其影响钻井液抗温 能力 的程度也不同，聚乙二醇 的加量为 4 ％ 时，钻 井液的抗温性从 9 0。 C 提高到 1 2 0。 C 左右，基本满 足钻进作业对钻井液性能的要求 。聚乙二醇能控制 滤失量 ， 这是因为聚乙二醇能吸附于黏土粒子表面 。 第一作者简 介 李凤霞，助理讲师。在读博士研究生，2 0 0 8 年毕业于西南石油学院，现在主要从事钻井工程和油田化 学方面的教 学和科研工作。地址 重庆市沙坪坝 区虎溪镇大 学城重庆科技 学院； 邮政编码 4 0 1 3 3 1 ；电话 1 5 2 2 3 4 1 9 8 9 8 ； E ma i l l f x 9 2 4 1 2 6 ．e o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 9月 使其有足够的水化膜，提高黏土粒子的 电位 ，以 保证钻井液中黏土粒子的胶体 比例 ，从而保证泥饼 的致密性和可压缩性 ；同时聚乙二醇能降低钻井液 滤液的化学活度，提高了井壁的稳定性 ，从而降低 滤失量 ⋯。聚 乙二醇能提高体系的抗温能力是因为 聚乙二醇能降低体系的热传导速度 ，并吸附在抗温 能力较差的植物胶周 罔，保护其弱键不断裂 ，从而 缓减了植物胶 的高温降解 。 表 1 聚乙二醇加量对 1 配方植物胶钻井液眭能的影响 聚乙二 实验 尸 y P ／ 醇／ ％。 C 条件mP a S P a y P／ 尸 凡 A P I ／F LH T H P ／ P a ／ mP a S mL mL 1 ． 2 除氧剂N a S O 对钻井液性能的影响 植物胶钻井液中氧的存在会加速植物胶的降解， 使某些植物胶分 子链发生断裂，从而失去其 自身的 作用，使钻井液的整体性能变差 ； 氧的存在还会加 速钻井液对钻具的腐蚀。钻井液中氧的清除有物理 脱氧法和化学清除法，该研究采用化学清除法，即 选用某种除氧剂来降低钻井液中氧的含量。常用的 除氧剂有亚硫酸钠 、亚硫酸胺、二氧化硫等，其中亚 硫酸钠的使用最为普遍。在 2 配方 中加入不同量的 N a ， S O ，考察其对钻井液性能的影响，结果见表 2 。 2 3 ％ 膨 润土 0 ． 3 ％L V - C MC 0 ． 6 ％T L J ’ l n 卜 4 ％ 聚乙二醇 3 ％OS 一 2 表 2 Na S O 对植物胶钻 井液性能的影响 Na 2 S O3 ／ T }安 埝P y |Y P }Y P 7 P y | F L p F L ㈣ ／ ％ 。 C 条件mP a S P a P a ／ mP a S mL m L 从表 2可以看 出，随着 Na ， S O 的加入 ，老化前 除钻井液的塑性黏度 、AP I 滤失量降低外 ，其它性 能变化不大 ； 老化后钻井液 的黏度 、切力下降 ，但 动塑比还基本满足携带岩屑的要求 ； 加入N a 2 S O 后 降低了钻井液的含氧量，能减缓植物胶的氧化，提 高钻井液的抗温能力 ，使钻井液的抗温性从 1 2 0 0 C 提高到 1 3 0。 C。从实验结果可知，钻井液中 Na ， S O 的最佳加量为 0 ． 2 ％。 1 ． 3 高温稳定剂对钻井液性能的的影响 广义地说，凡以改善聚合物热稳定性为目的的 添加剂都可称为高温稳定剂 [ 2 1 o使用高温稳定剂是 延缓和抑制聚合物降解 ，提高聚合物及其改性产品 应用性能的重要途径。高温稳定剂在钻井液 中所起 的主要作用是提高钻井液的抗温能力，以保持钻井 液在高温时仍具有优良的性能 】 。通过文献调研， 选择季铵盐作为该钻井液的高温稳定剂。季铵盐是 一 种杀菌剂 ，其杀菌机理是季铵盐类化合物中的有 机 阳离子可被表面细胞壁带负电荷的细菌选择性吸 附，通过渗透和扩散作 用 ，穿过表面进入细胞膜 ， 从而阻碍细胞膜 的半渗透作用 ，并进一步穿入细胞 内部，使细胞酶钝化 ，不能产生蛋白质酶，从而使 蛋 白质变性达到杀死细菌细胞 的作用 。典型季铵型 G e mi n i 表面活性剂的分子结构如下所示 l 4 】 。其 中 R为 C H 2 小 C H2 m l C H2 C O2 C H 2 m l C O2 C H2 C H 2 ， Y 为 C H， 、NC H 、S 或 O，x为 C 1 一 、B r - 。G e mi n i 季 铵 盐 的主链采用 “ c c ” ，其 热稳定性强 ，在高温条 件下不降解 ，且 Ge mi n i 季铵盐 中还含有亲水性 强 的离子基 ，这种基团能保证处理剂吸附在黏土颗粒 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 7 卷 第5 期 李凤霞等T L J ． 1 植物胶钻井液抗温能力的提高 3 3 十 ⋯ ⋯ ㈣ x一 季 铵 盐 加量 为 0．20％ 时 ，抗 温 能达 到 140。C左 右 ； 当 加 量 增 加 到 0．30％ 时 ，对 钻 井 液 抗 温 能 力 的提 高 作 用 不 大 ；在 150。C时 ，钻 井 液 已 开 始 降 解 ； Gemini季铵盐 将钻 井 液抗 温能 力提 高 了 1 0。C左 右 。 Ge mi n i 季铵盐能提 高钻井液 的抗温 能力主要是 因 为 G e mi n i 季铵盐的主链采用 “ C C” ， 热稳定性强 ， 在高温条件下 ，降解不 明显 ，并且其与植物胶易交 联 ； Ge mi n i 季铵盐 中还含有亲水性强的离子基 ，能 减轻高温去水化作用 ，这种基 团能保证植物胶 吸附 在黏土颗粒表面后能形成较厚 的水化膜 ，使钻井液 具有较强的热稳定性。因此 ，Ge mi n i 季铵盐在该钻 井液的应用 中既是杀菌剂 ，同时又具有高温稳定剂 的作用。 G e m in i／T ／ 实验P V ／ Y P ／ Y P ／ P V F L ／ F L H T H P ／ 2 结论 ％ 。 C 条件mP a S P a P a ／ mP a S mL mL 从表 3 可以看出， 当G e mi n i 季铵盐加量为 0 ． 1 0 ％ 时 ，对提高钻井液抗温能力效果不理想 ； 当 G e mi n i 室 内实验表 明 植 物胶钻 井液体 系引入 高温 保护剂聚 乙二醇 、除氧剂 Na S O 以及高温稳定剂 G e m i n i 季铵盐，钻井液抗温能力从 9 0。 C 提高到了 1 4 0。 C，并且钻井液其它性能 良好 ，能满足现代化 钻井液的性能要求。 参 考 文 献 [ 1 1 A u d i e n t J A， Ar g i l l e r J F ． T h e r ma l s t a b i l i t y o f s u l f o n a t e d p o l y me r s [ R] ． S P E 2 8 9 5 3 ． [ 2 ]2 张亨 ． 热稳定剂研究进展 【 J 】 ． 合成材料陈化与应用 ， 2 0 0 1 ，1 2 4 3 5 4 0 ． [ 3 】 H i g h T e mp e r a t u r e D r i l l i n g Mu d S t a b i l i z e r ． U S P 4 5 4 7 2 9 7 ． M a r ， 1 2， 9 89． [ 4 ] 汗小宇，梅平，陈武，等 ． 季铵型 Ge mi n i 表面活性剂 的研 究及应 用 [ J ] ． 精 细石 油化丁进展，2 0 0 6 ，7 5 39 ． 43 收稿 日期2 0 1 0 0 2 2 0 ；HG F 1 0 0 5 W3 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m