四元接枝共聚物钻井液降滤失剂的合成及评价.pdf

第 2 5卷 第 5 期 2 0 0 8年 9月 钻 井 液 与 完 并 液 DRI LI I NG FL UI D COMPLE TI ON FL UI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 5 S e p t ． 2 0 08 文 章 编 号 1 0 01 5 6 2 0 2 0 0 8 0 5 0 0 2 6 0 2 四元接枝共聚物钻井液 降滤失剂 的合成及评价 高素丽 郭保 雨 胜利石油管理局钻井 工程技术公 司泥浆公司 ， 山东东 营 摘要 以丙烯酰胺 AM、 丙烯酸 AA、 丙烯腈 AN为单体 ， 将 它们与淀粉在引发 剂作 用下接枝共 聚合 成 了 AM／ A N／ A A／ 淀粉 四元接枝共聚物 降滤失剂， 初步评价 了干燥 、 粉碎后的产物的性能。结果表 明， AM／ AN／ AA ／ 淀粉 四 元接枝 共聚物在 淡水 、 饱和 盐水和复合盐水钻井液 中均具有较好 的降滤 失作用和较好 的耐温 不小 于 1 5 0℃ 、 抗 盐 至饱和 、 抗钙 离子 不小于 2 O 污染的能力； 具有较强的抑制包被 能力， 能够有效地控制 页岩水化分散 ， 有利 于保 护 油 气层 。 关键词 钻 井液添加剂 降滤失剂 抑制性 抗污染 接枝共聚 淀粉 合成 中 图分 类 号 TE2 5 4 ． 4 文 献 标 识 码 A 由于在石油钻井过程 中钻遇地层 日趋复杂 ， 特 别是特 殊井 、 超深井 和复杂 井数量 增加 ， 对钻井 液提 出 了更 高 的要 求 ， 原 有 的 钻井 液 处 理剂 已不 能完 全 满足现场 钻井 液维 护 和 处理 的需 要 。为 此 ， 利用 丙 烯酰胺 AM 、 丙 烯 酸 AA 、 丙 烯 腈 AN 为 单 体 ， 与淀粉 在引发 剂作用 下接枝 共聚 ， 合成 出 AM／ AN／ AA ／ 淀粉四元接枝共 聚物降滤失剂。该降滤失剂 克服 了淀粉改性 产 品类 降 滤 失 剂抗 温 能 力差 、 井 底 温度高 时易发 酵的缺 点 ， 抗 温可达 1 5 o℃ ， 并具 有较 强的降滤失、 抗盐、 抗钙离子污染的能力 。 l 室 内实验 1 ． 1 原 料 丙烯 酰胺 AM ， 工业 品 ； 丙 烯 酸 AA 、 丙烯 腈 AN ， 分析 纯 ； 淀粉 玉 米 淀 粉 ， 市 售 ； 氢 氧 化 钠 ， 分析纯 ； 引发剂 ， 分析 纯 。 1 ． 2 合 成[ 按 配方将 Na OH 溶 于适量 水配 成溶 液 ， 在搅 拌 下加入 AA， 继 续 搅 拌 至 中和 反应 完 全 。然 后 加 入 AM 搅拌使之完全溶解 ， 再加入淀粉搅拌使之完全 溶解。在搅拌下向混合溶液 中加人 AN， 用 2 O 的 N a OH溶液调整体系的 p H值至所需值 ， 将体 系升 温至 5 O℃后加 入适量 的 引发剂 和还原剂 ， 在搅 拌下 密闭反应 2 ～3 h ， 制得胶状产物。将所得产物经剪 切造 粒 于 l l 0℃下 烘干 粉碎 ， 制 得粉末 状 AM／ AN／ AA／ 淀粉 四元 接枝 共聚 物产 品。 1 ． 3 基浆[ 1 淡水基浆 6 钠膨润土浆 ， 室温放置 4 8 h 2 盐水基浆 6 ％钠膨润土4 Na C l 3 f a 和盐 水 基浆 6 钠 膨 润 土 N a C 1 至 饱 和 4 含 钙盐 水基浆 4 抗盐 土 1 O Na C 1 4 9 ／ 6 C a CI 2 5 复 合 盐 水 基 浆 1 5 钙 膨 润 土 4 ． 5 Na C1 0 ．5 Ca C1 2 1 ． 3 M gC1 2 6 H2 O 1 ． 4 钻井液性能测试 将合成的 AM／ AN／ AA／ 淀粉四元共聚物加入 基浆 中 ， 高速搅 拌 2 O mi n后 ， 再 高速 搅拌 5 mi n ， 或 在一 定温 度下 老化 1 6 h ， 在 室温 下高 速搅拌 5 mi n ， 用 Z NN D 6型六 速 旋 转 黏 度 计 测 定 钻 井 液 的 流 变 参 数 ， Z NS型 钻 井 液 滤失 仪 测 定 钻 井 液 的滤 失 量 。 通 过测定 钻井 液 的粒 度分 布和 页岩滚动 回收率 实验 考察 了产品的抑制、 包被防塌能力 。 2 结果 与 讨论 2 ． 1 共聚物在不同钻井液中的效果 AM／ AN／ AA／ 淀粉 四元 接 枝 共 聚 物 在 不 同钻 井 液 中的应用 效果见 表 1 。 第一作者简介 高素丽， 工程师， 1 9 7 5年 生， 1 9 9 8年毕 业于石油大 学 华东 应用 化学专 业， 现从 事钻 井液研 究工作 。地 址 山东省东营市勘探路 1 O号胜利石油管理局钻井工程技术公 司泥浆公 司研 究所 ； 邮政编码 2 5 7 0 6 4 ； 电话 0 5 4 6 8 7 2 2 9 2 6 ； E ma i l g a o s l l 0 0 2 s i n a ． t o m。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 5期 高素丽等 四元接枝共聚物钻井液降滤失剂的合成及评价 2 7 表 1 A M ／ A N ／ A A ／ 淀粉共聚物在不同钻井液 中的应 用效 果 由表 1 可 以看 出， 共聚物在 淡水钻井 液 中加 量 为 0 ． 3 ％ 占钻井液质 量的百分 比， 下 同 时 ， 就 可使 钻井 液 的滤失量 由 1 6 mL降 至 6 ． 8 mL ， 同 时具有 较 强 的 提高黏度 和切力能力 ； 共 聚物在 4 ％盐水 钻井 液 中加 量为 1 ． 5 时 ， 钻井液的滤失量由 5 4 mL降至 1 1 mL， 加量为 2 ． 0 时， 可降至 7 mL ； 共聚物在饱 和盐水钻 井液中加量为 2 ． O 时， 可使钻井 液的滤失量 由 8 2 mL降至 1 1 mL ， 在加量为 2 ． 5 时可降至 4 ． 2 mL ， 表 明共 聚物具有 较强 的抗 盐 能力 。共 聚物 在含 钙 盐 水 钻井液 中也具有较强的降滤失作用， 加量为 1 ． O 时， 就可使钻井液的滤失量由 1 8 4 mL降至 1 0 mL； 在复 合盐水钻井液中加量为 2 ． 0 9 ／ 6 时， 就可使钻井液的滤 失量 由 1 0 5 mL降至 7 ． 8 mL 。 2 ． 2 共聚物的抗温能力 将含有 A M／ AN／ AA ／ 淀粉共聚物的各种钻井液 分别 在 1 5 0℃下老化 1 6 h ， 其钻 井 液性 能见 表 2 。由 表 2看出 ， 加入共 聚物的钻井 液老化 前后滤失 量变 化 不 大 ， 表 明 AM／ A N／ A A／ 淀 粉共 聚 物 具 有 较强 的抗 温 能力 。 表 2 不同类型钻井液的高温稳定性 注 老 化 条 件 为 1 5 0 ℃ 、 1 6 h。 2 ． 3共聚物的抑制包被性 1 在加 与未 加 共 聚 物 的不 同钻 井 液 中 ， 固相 颗 粒 的 比表 面积 和粒度 中值 对 比。用 J L - 9 1 0 0粒 度 分 析仪 测定 了在加 与 未 加共 聚物 的不 同钻 井 液 中 ， 固 相颗粒的比表面积和粒度 中值 ， 对 比结果见表 3 。 表 3 固相颗粒在不 同钻 井液中的比表面积和粒度中值 由表 3可知 ， 不 同类 型 钻井 液 中加 入 共 聚物 后 ， 固相颗粒 比表 面积 明显 降低 ， 粒 度 中值 增 大 ， 表 明共 聚物能将小粒径黏土颗粒包被 ， 从而降低了固相颗粒 的比表面积 ， 使体系中大粒径的颗粒含量增加 ， 表明 AM／ AN ／ A A／ 淀粉共聚物具有强的抑制包被性， 能抑 制地层黏土造浆 ， 利于保护油气层。 下转第3 1 页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 5期 李礼等 保护低渗透油气层的钻井完井液体系 3 1 2 ． 通过实验优选出高效防水锁剂 A B S N、 成膜 剂 O C L B J和理想充填暂堵剂 ， 并确定了推荐加量 。 3 ．优选出的低伤害两性 离子聚磺钻井液具有 良好 的抗高 温稳定 性 ， 抗 温 达 1 4 0℃ ， AP I 滤失 量不 大于 5 mL， 高温高压滤失量不大于 1 0 mL， 摩 阻系 数不大于 0 ． 1 4 1 ， 与储层岩石和流体的配伍性好 ， 其 动 态渗 透率恢 复值 大 于 8 1 ． 0 ， 具有 较 好 的保 护 储 层 效果 ， 动滤失 量 较 低 ， 初 滤 失 基本 实 现 了零 滤 失 ， 钻井液成膜效果 良好， 适合丘东低渗气藏使用。 参 考 文 献 [ 1 ] 崔迎春 ， 张瑛． 低 渗透气 藏地层损 害 的特殊性． 钻 井液 与完井液 ， 1 9 9 8 ， 1 5 2 1 1 - 1 3 E 2 J 赵金洲 ， 薛玉志 ， 李公让． 胜利油田钻井过程 中低渗油气 藏 的保护对策． 中国石油大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 1 3 1 4 8 - 1 5 1 E 3 3 王 富华 ． 低渗透致密砂岩气藏保 护技术研 究与应用． 天 然气工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 1 0 8 9 9 1 E 4 ] 鄢捷 年． 钻井 液工 艺学． 东营 中 国石 油 大学 出版社 ， 2O Ol 3 07 37 2 [ 5 ] 罗健生 ， 鄢捷 年 ， 方达 科 ， 等． 涠洲 1 2 1油 田 中块 低压 储层保护研究． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ， 2 3 4 1 7 2 o E 6 3张金波 ， 鄢捷年． 钻井液 中暂堵剂颗粒尺 寸分 布优选 的 新理论和新方法． 石油学报 ， 2 0 0 4 ， 2 5 6 8 8 9 1 E 7 3 王利国 ， 鄢捷 年 ， 冯文强． 理想 充填暂 堵型钻 井完 井液 的设计及室 内评价． 中国石油大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 7， 3 1 7 7 2 7 6 E 8 3 徐 同台， 冯京海 ， 朱宽亮 ， 等． 成膜封堵低 渗入保 护油层 钻井液技术的研讨 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 6 ， 2 3 3 6 6 6 7 收稿 日期 2 0 0 8 0 2 2 7 ； HG F 0 8 0 5 N2 ； 编 辑 王 小娜 上 接 第 2 7页 2 页 岩 回收 率 实验 。取 车 5 7 1 3井 井 深 2 9 0 0 m 处 的 岩屑 粒 径 为 2 ． 0 0 ～ 3 ． 2 0 mm ， 在 1 2 0℃ 、 1 6 h下做滚 动 回收率 实验。结果 为 0 ． 3 共聚物 胶 液 、 0 ． 7 ％共 聚物胶 液、 清 水 的页岩 回收率分 别 为 6 4 ． 3 、 8 2 ． 3 和 3 8 ． 5 ， 表 明 AM／ AN／ AA／ 淀粉 共 聚物具 有较 强 的抑 制性 ， 能 有 效 控 制 页 岩水 化 分 散、 控制膨润土含量及固相含量， 保护油气层 。 2 ． 4 共聚物的抗钙污染能力 对 共 聚物进 行 抗 钙 污 染 能 力 试 验 ， 并 与 常用 的 抗 盐 降滤失 剂 S J 一 1 进 行 了对 比， 结果 见 图 1和 图 2 。 1 20 9 O 目 6 0 3 O O 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 c 加量 图 1 C a C I z 加量对降滤失剂性能 的影 响 3 配方钻井液 毒 6 o 3 。 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 l g 2 0 c a c 量 图 2 C a C 1 2 加量对降滤失剂性 能的影 响 4 配方钻井液 从 图 1可 以看 出 ， 在 3 配 方 中， S J 一 1在 C a C 1 加量为 2 时失去 了控制滤失 的能力 不小 于 1 2 0 mL ， 而共聚物在 C a C 1 加量达 2 0 时 ， 滤失量仍较 低 小 于 5 mL ； 从 图 2可 以 看 出 ， 在 4 抗 盐 土 的 1 0 盐水钻井液中， S J 一 1抗钙效果较好 ， 但当 C a C 1 。 加量为 4 时也失去了控制滤失 的能力 不小于 1 1 0 mL ， 而共聚物在 C a C l 加量达 2 O 时， 滤失量仍较 低 不大于 3 mL ， 说明 AM／ AN ／ AA／ 淀粉共聚物 具有 较强 的抗 钙污 染能 力 。 3 结 论 1 ．利用丙烯酰胺 AM 、 丙烯酸 AA 、 丙烯腈 AN 为单体 ， 与淀粉在引发剂作用下接枝共聚 ， 合 成出 AM／ AN／ AA／ 淀粉 四元接枝共聚物降滤失剂 ， 并对产物进行干燥 、 粉碎 ， 初步评价了其性能 2 ． AM／ AN／ AA／ 淀 粉共 聚物 在淡 水 钻 井 液 、 盐 水钻井液 、 饱和盐水钻井液、 含钙盐水和复合盐水钻 井液 中均具有较强 的降滤失作用 ， 抗温 1 5 0℃ 、 抗 盐 抗 Na C 1 至 饱 和 、 抗 钙 不 小 于 2 0 离 子 污 染 能力 强 ； 具 有较 强 的抑制 包被 能力 ， 能 够有 效 地控 制 页岩水化分散 ， 有利于保护油气层 。 参 考 文 献 [ 1 ] 高分子材料科学与工程． 2 0 0 3 ， 3 ， J 9 2 8 9 9 O E 2 3 高分子材料科学与工程． 2 0 0 3 ， 1 ， 1 9 1 8 1 8 3 E 3 3 王中华 ． AM＼ AA ＼ 淀 粉接枝 共聚 物降滤失 剂的合 成及 性 能． 精细石油化 工进展 ， 2 0 0 3 ， 4 2 2 3 2 5 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 - 0 3 ； HGF 0 8 0 5 N6 ； 编辑 王小娜 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m