羧酸盐分子结构与钻井液性能的关系研究.pdf

第 2 8 卷第 2 期 2 0 1 1年 3月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D 、 ， 0 1 ． 2 8 NO． 2 M a t ．20l l 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 2 0 0 3 9 0 3 羧酸盐分子结构与钻井液性能的关系研究 孙明波 ， 郑斌 ， 杨泽宁 中国石油大学 华东 石 油工程学 院，山东青 岛 摘要通过钻井液常规性能实验和抑制性实验，评价了不同类型的羧酸盐在钻井液中的性能，初步研究了羧 酸盐在钻井液中的性能与金属离子类型、羧酸根链的长度以及分子上羧酸根数之间的关系。实验发现，羧酸盐的 抑制性主要决定干金属离子类型，羧酸钠的抑制能力较弱，而羧酸钾则表现出较好的抑制性能 ； 随着羧酸钾分子 中羧 酸根碳链长度 的增加 ，抑 制性增强 ； 羧 酸钾分子上 羧酸根数越 多 ，抑制性 也越 强 三元羧酸钾 的抑制性 强， 饱和溶液密度高，价格便宜而且对环境无害，在钻井液中有一定的应用价值。 关键词 甲酸盐 ； 羧酸盐 ； 钻井液 ； 抑制性 中图分类号 T E 2 5 4 ． 4 文献标识码 A 有机盐体系具有许多优于普通水基钻井液的特 点，近年来受到普遍重视 [ 1 - 6 ] o 目前对有机盐体系 的研究主要集 中在金属离子 、水溶液活度和体系的 配伍性等方面。笔者研究了羧酸盐在钻井液 中的性 能与金属离子类型 、羧酸根的碳链长度以及羧酸盐 分子上羧酸根数之间的关系，以期深入探索羧酸盐 在钻井液中的作用。 1 仪 器 与药品 高速搅拌机 、六速旋转黏度计 、常温常压滤失 仪 、电子天平 、滚子加热炉等。 甲酸钾 、甲酸钠 、乙酸钾 、乙酸钠 、丙 酸钾 、 丙酸钠 、 正戊酸钾 、 正戊酸钠 、 正己酸钾 、 正己酸钠 、 草酸钾 、草酸钠 、柠檬酸钾、柠檬酸钠等 ，均为分 析纯 。 2 结果 与讨论 2 ． 1 羧酸盐对钻 井液常规性 能的影 响 2 ． 1 ． 1 一元羧酸盐对钻井液常规性能的影响 在密度为 1 ． 0 6 g ／ c m 的基浆 中分别加入 0 ． 2 、 0 ． 4 、 0 ． 6 、0 ． 8 mo l ／ L 以羧酸根计 的羧酸盐 ，测定 了一元 羧酸盐对基浆常规性能的影响 ，结果见表 1 ～表 2 。 表 1 羧酸钠对基 浆常规性 能的影响 第一作者简介 孙 明波 ，副教授 ，1 9 6 9年 生，现 从事油 田化学教学 与研 究工作。地址 山东省青 岛市经 济技 术开发 区 长江西路 6 6号 ；邮政编码 2 6 6 5 5 5； 电话 1 3 8 5 4 6 7 1 9 1 6； E ma i l mb s u n 1 2 6 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 3月 表 2 羧酸钾对基浆常规性能的影响 从表 1 可知，基浆 中加入一元羧酸钠后 ，黏度 略有升高 ； 钻井液黏度随着乙酸钠和丙酸钠加量 的 增加而降低，随着其它一元羧酸钠加量的增加而逐 渐增加，总体上看 ，一元羧酸钠对基浆黏度的影响 不大 ； 所研究的 5 种羧酸钠都使基浆的滤失量增大 ， 一 元羧酸钠加量越大 ，钻井液滤失量越大 ，一元羧 酸钠表现出与无机盐类似的性质 ； 甲酸钠对基浆滤 失量的影响最显著 ，而其它一元羧酸钠则随着羧酸 根碳链长度的增加 ，钻井液滤失量呈增加趋势。 从表 2可知 ，与一元羧酸钠相 比，一元羧酸钾 对基浆黏度的影响较大 ； 钻井液的黏度随着一元羧 酸钾加量的增加而逐渐下降 ， 这与钾离子浓度越大 ， 抑制性越强有关 ； 一元羧酸钾对钻井液滤失量的影 响也比羧酸钠要大 ，一元羧酸钾加量越大 ，钻井液 滤失量越大，同样表现出与无机盐类似的性质。而 且随着羧酸根碳链长度的增加 ，钻井液滤失量也呈 增加的趋势 。 2 ． 1 ． 2 二元 、三元羧酸盐对基浆常规性能的影响 分别测定了二元羧酸盐 草酸盐 和三元羧酸盐 柠檬酸盐 对基浆常规性能的影响 ，实验结果分别 见表 3 ～表 4 。 表 3 二元和 三元羧酸钠对基浆常规性能的影响 表 4 二元和三元羧酸钾对 基浆常规性能的影响 二元羧酸钠使基浆 的黏度和滤失量显著增加 ， 它对钻井液黏度 的影响是所研究羧 酸盐 中最大 的， 对钻井液滤失量的影响也 比相同碳数 的一元羧酸钠 要大。三元羧酸钠使基浆黏度略有降低 ，且不随加 量而变化 ； 三元羧酸钠也使钻井液滤失量增加，但 影响程度较小 ，比相同碳数的一元羧酸钠要小得多。 二元羧酸钾和三元羧酸钾对钻井液黏度和滤失 量的影响与相同碳数的一元羧酸钾基本相同。 2 ． 2 羧酸盐在钻井液中抑制性能的评价 用岩屑回收率法测定了不同种类和不同浓度的 的羧酸盐在清水 中和在基浆 中的抑制性能。岩屑样 品取 自胜利油田明化镇组。 2 ． 2 ． 1 羧酸钠在钻井液中抑制性能的评价 羧酸钠在清水和基浆中抑制性的评价见表 5 。 表 5中数据表明 ，无论是在清水还是在基浆中，羧 酸钠对岩屑抑制性较弱，其 中三元羧酸钠 的抑制性 最弱 ，分散性最强 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8 卷 第 2期 孙明波等 羧酸盐分子结构与钻井液性能的关系研究 4 1 表 5 羧酸钠在清水中和在 基浆中抑 制性 实验 羧酸 加量／ 清水中回 基浆中回 羧酸 加量／ 清水中回 基浆中回 钠mo l ／ L 收率／ ％ 收率／ ％ 钠mo l ／ L 收率／ ％ 收率／ ％ 基浆0 4 2 ． 6 7 8 ． 0 0 ． 2 5 6 ． 5 O．2 58 ． 0 s 6 6． 。 甲酸0 ．4 2 2 ． 4 6 5 ． 6 0 ． 6 6 9 ． 2 钠0 ． 6 6 7 ．4 0 ． 2 5 2 ． 8 0 ． 8 6 8 ． 4 正 乙0 ． 4 2 8 ．4 51 ． 6 0 ．2 5 9 ． 6 酸钠0 ． 6 5 3 ．0 乙酸0 ． 4 2 4 ． 8 5 4 ． 0 0 ， 8 5 6 ．4 钠0 ．6 4 9 ．0 二元0 ． 2 6 5 ． 6 0 ． 8 3 9 ． 6 羧酸0 ． 4 2 6 ．6 4 3 ． 6 0 ．2 5 8 ． 6 钠0 ．6 3 2 2 丙酸0 ．4 2 3 ． 6 6 0 ． 2 元0 ． 2 3 2 ．4 钠0 ． 6 5 9 ． 8 羧酸0 ． 4 2 0 ．2 3 6 ． 0 钠0 ．6 4 0 0 2 ． 2 ． 2 羧酸钾在钻井液中抑制性能的评价 羧酸钾在清水和基浆 中抑制性 的评价见表 6 。 表 6 援酸钾在 清水 中和在基 浆中抑 制性实验 羧酸 加量／ 清水中回基浆中回 羧酸 加量／ 清水中回基浆中叵 钾mo l ／ L 收率／ ％ 收率／ ％ 钾mo l ／ L 收率 收率／ ％ 基浆0 4 2 ． 6 7 8 ． 0 O ． 2 8 6 ． 2 0 ． 2 6 8． 8 4．4 s 甲酸0 ． 4 5 4 ． 2 6 7 ．2 0 ．6 7 9 ．0 钾0 ． 6 6 6 ． 8 0 ．2 7 8 ．4 0 ． 8 6 6 ． 2 正 己0 ． 4 7 2 ．6 8 5 ．8 0 ． 2 8 8 ． 0 酸钾0 ． 6 8 4 ． 2 乙酸0 ．4 6 6 ． 6 7 6 ． 4 0 ． 8 8 6 ． 6 钾0 ． 6 7 0 ． 8 二元0 ． 2 8 4 ． 6 0 ． 8 5 7 ． 6 羧酸0 ． 4 7 5 ． 4 7 9 ． 2 0 ． 2 8 4 ． 6 钾0 ．6 6 4 8 丙酸0 ． 4 7 0 ． 8 8 5 ． 2 三元0 ． 2 8 9 ． 6 钾0 ． 6 8 0 ． 0 羧酸0 ．4 8 2 ．2 9 2 ．4 钾0 ．6 90 ． 8 研究结果表明， 无论是在清水中还是在基浆中， 羧酸钾都表现出一定的抑制性 ，且随着一元羧酸钾 的羧酸根碳链长度的增加 ，抑制性呈现 出增加的趋 势。比较一元 、二元和三元羧酸钾发现 ，随着羧酸 钾羧酸根数的增加，抑制性也表现出增加的趋势。 三元羧酸钾的抑制性最强。 3 结 论 1 ． 所 研究 的一元 羧酸 钠都使基浆 的滤失量增 大。一元羧酸钠加量越大 ，钻井液滤失量越大 ，一 元羧酸钠表现出与无机盐类似的性质。甲酸钠对基 浆滤失量的影响最显著，而其它一元羧酸钠则随着 羧酸根碳链长度 的增加 ，钻井液滤失量呈增加的趋 势。总体上看 ， 一元羧酸钠对基浆黏度的影响不大。 2 ． 二元羧酸钠使基浆黏度和滤失量显著增加，对 钻井液滤失量的影响也 比相同碳数的一元羧酸要大。 3 ． 三元羧酸钠使基浆黏度略有降低 ，且不随加 量而变化 ； 三元羧酸钠也使钻井液滤失量增加 ，但 影响程度较小 ，比相同碳数的一元羧酸钠要小得多。 4 ． 随着一元羧酸钾加量 的增加 ，钻井液黏度逐 渐下降 ，这与钾离子浓度越 大，抑制性越强有关。 一 元羧酸钾对 钻井液滤失量 的影 响也 比羧酸钠要 大，其加量越大 ，钻井液滤失量越大，而且随着羧 酸根碳链长度的增加 ， 钻井液的滤失量呈增加趋势。 5 ． 二元羧酸钾和三元羧酸钾对钻井液黏度和滤 失量的影响与相同碳数的一元羧酸钾基本相同。 6 ． 无论是在清水还是在基浆中，羧酸钠对岩屑 的抑制性均较弱 ，其 中三元羧酸钠的抑制性最弱 ， 分散性最强。 7 ． 无论是在清水中还是在基浆中，羧酸钾都表 现出一定的抑制性 。随着一元羧酸钾的羧酸根碳链 长度的增加，抑制性呈现出增加的趋势 ； 而随着羧 酸钾羧酸根数的增加 ， 抑制性也表现出增加 的趋势。 参 考 文 献 [ 1 ] 陈乐亮 ． 甲酸盐基钻井液完井液体系综述 [ J ] ． 钻井液与 完井液 ，2 0 0 3 ，2 0 1 3 1 - 3 6 ． [ 2 】 D o w n s ，e t a 1 ．F o r ma t e b r i n e s n o v e l d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n f l u i d s f o r d e ma n d i n g e n v i r o n me n t s [ R] ． S P E 2 5 1 7 7 ． [ 3 】 廖天彬，蒲晓林，罗兴树，等 ． 超高密度聚磺近饱和甲酸 盐钻井液室内研究 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 4 2 6 2 9 ． [ 4 ] 唐海雄，廖纪佳，林海春，等 ． 含隐形酸的新型甲酸盐钻 井完井液的成功应用 f J J ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 6 2 0 - 2 3 ． [ 5 ] 虞海法 ，左凤江 ，陶德灿 ，等 ． 水平井无固相甲酸盐保 护储层钻井完井液技术 『 J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 8 5 75 ． 77 ． [ 6 ] 娄铁强，蒙友朋 ，周显东 ． 无固相 甲酸盐钻井液在三 塘 湖 区块 探井 中的研 究 与应 用 [ J 】 ． 钻井 液 与完 井液 ， 2 0 0 8 ．2 5 6 8 3 - 8 7 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 ． 0 8 ；I ND D I 1 0 1 W3 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m