非离子型有机胺提高钻井液抑制性的室内研究.pdf

第 2 6卷 第 5 期 2 0 0 9年 9月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG FLUI D COMPLETI ON F LUI D Vo 1 ．2 6 NO 。5 Se pt ．2 00 9 文章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 5 0 0 0 7 0 3 非离子型有机胺提 高钻 井液抑制性 的室 内研究 孙德军 王君 王立亚 徐健 苏长 明 郭保 雨。 1 ． 胶体与界面化学教育部 重点实验室 山东 大学 ， 济南 ； 2 ． 中国石化石油勘探开发研究 院 ， 北京 ； 3 ． 胜利石油管理局钻井工程技术公 司 ， 山东东 营 摘 要 近年来 ， 国外的高性能水基钻井液体系备 受关注 ， 认为 其主要 特点是 引入 了一 类新型 的阳离 子型胺盐 抑制剂。评价 了 2种与之类似的非 离子型 有机胺 A mi n e 一 1和 A mi n e 一 2， 它们均属 于“ 边缘” 表 面活 性剂 。结果表 明， Ami n e 一 1和 Ami n e 一 2有一定 降低表面 张力 的作用 ， 对黏土矿物 的水 化分 散有较强 的抑 制作用 ， 且对于 已分散 的 黏土体系具有 明显 的降黏和 降滤 失作 用， 因此 ， 它们 有望在 多种水基钻 井液 中用 作抑制剂。 关键词 高性能水基钻 井液 ； 有机胺 ； 抑制 性 中图分类号 TE 2 5 4 ． 4 文献标识码 A 传 统 钻井 液 的分 散造 壁性 与抑 制 性难 以相 互兼 顾 ， 往 往顾 此失 彼 ， 因此研 发一 种 既能抑 制钻 屑 分散 而又不 损 害造浆 土分 散性 处理 剂是 业 内人 士长期 以 来 的努力 方 向 ， 非离 子 型 有 机 胺 就 是 一种 这 样 的处 理剂 。因此 ， 对 非 离子 有 机 胺 Ami n e 一 1和 Ami n e 一 2 进行 了评 价 。 1 己二胺和 季铵 盐抑制性 能评价 近年来 ， 高性 能 水基 钻井 液备 受关 注 ， 其 主 要特 点是 引入 了一类 新 型 的 阳离子 型 铵 盐 作 为 抑 制 剂 。 分子结 构 中有 较 长 碳 链 或 季铵 盐 阳离 子 基 团 的胺 铵 类 抑 制剂 ， 如 己二胺 HMDA 、 季 铵盐 QAS 、 双季铵 盐 B QAS 等 ， 它 们 对 黏 土 分 散造 浆 性 有 极 强 的抑 制 能力 ， 如 图 1所示 。但 这 类 处理 剂 滤 失 量 偏大 ， 而且起泡多 ， 也有毒性l 1 ] ， 不适合作钻井液 的 抑制剂 。 5 0 4 0 赧3 O 2 0 各 l O 0 - - - 一 3 ％BQAS - 一 3 ％KCl 一3 ％Q A S 1 1 一3 ％己二胺 - 一 O ． 5 ％Q A S 1 n 一0 ． 5 ％己胺 0 2 0 4 O 6 O 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 钙膨润土／ g ， L 图 1 钙膨润土加量对不同抑制剂水溶液 卿 读数 的影 响 图 1中数 据是 在不 同抑 制剂 水溶 液 中加入 不 同 量的钙土， 在 7 0 C下热滚 1 0 h ， 在常温下用六速黏 度计测得的 。 读数 。 2 非 离子型有机胺抑制性能评价 非离 子 型 有 机 胺 Ami n e 一 1和 Ami n e 一 2的分 子 结构 与传 统有 机 阳离 子 型铵 类 抑 制 剂 不 同 ， 不 含 长 碳链和季铵盐 阳离子基 团， 有一定 降低表面张力 和 提高 黏土 浆 p H 值 的作 用 ， 对 黏 土颗 粒 的 Z e t a电 势 影 响不大 ， 因此 ， 它 们 在 抑 制 钻 屑 分 散 的 同 时 ， 不损 害造 浆土 的分 散性 。当这 2种 处理 剂在 水基钻 井 液 中 的加量 w／ w 达 到一 定 值 时 ， 无 需 加 碱 提 高 p H 值 ， 有 望成 为优 良的 高性能水 基 钻井 液处 理剂 _ 2 ] 。 2 ． 1 有机胺水溶液 的表面张力曲线 用表 面 张力法 测 定有 机胺 Ami n e 一 1和 Ami n e 一 2 的表 面活 性 ， 结 果 见 图 2 。 搴 堇 8 0 7 0 6 O 5 0 4 0 3 0 图 2 有机胺水溶液 的表面张力曲线 由图 2可知 ， 有 机胺 的浓 度很低 时 ， 随其 加量 增 加 ， 水溶液的表面张力急剧降低 ； 有机胺 的浓度增大 到一定值后再继续增加 ， 表面张力下降速率趋缓 ； 作 C 曲线 的切线 ， 得到 有机 胺 Ami n e 一 1 、 Ami n e 一 2的 第一作者简介 孙德军 ， 教授 、 博 士生导师， 1 9 6 5年 生， 主要从事 油田化 学的研 究工作 。地 址 济 南市 山大 南路 2 7号 山东 大学胶 体与界面化学教育部重点实验 室； 邮政编码 2 5 0 1 0 0 ； 电话 0 5 3 1 8 8 3 6 4 7 4 9 ； E ma i l d j s u n s d u ． e d u ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 9月 临界胶 束 浓 度 分 别 为 0 ． 3 4 和 0 ． 2 1 ； Ami n e 一 1 、 A mi n e 一 2分别 能将 表 面张 力 降 到 5 O 、 4 0 mN m～ ， 表 明 Ami n e 一 2的表面活 性更强 些 。 2 。 2 有机胺在蒙脱土颗粒上的吸附 有机胺 Ami n e 一 1和 Ami n e 一 2在蒙脱土颗粒上 的吸 附等温 线见 图 3 。 由图 3可 知 ， 有 机 胺 的浓 度 很低时， 吸附量急剧升高 ； 随有机胺浓度的增加 ， 吸 附量上升速度趋缓 ； 有机胺浓度增至临界胶束浓度 附近 时 ， 吸附趋 于饱 和 ， 吸 附等 温线 为 L型等 温线 。 L型 吸附等温线 表 明有机胺 与黏 土颗 粒之 间存 在 强 相互作用， 作用力类型推测是正 电性的质子化有机 胺与带负电的蒙脱土之间的静 电吸引力 ， 但也不排 除胺基与黏土颗粒表面氧原子或羟基之间的氢键作 用 ， 吸附机理 有待进 一步深入 研究 。 0． 4 0． 3 ； 0。 0 有机胺平衡浓度， ％ 图 3 有机胺在 蒙脱 土颗粒上 的吸附等温线 2 5。C 2 ． 3 有机胺对黏土颗粒 Z e t a电势的影响 吸附平衡后 的蒙脱土黏土颗粒 的 Z e t a电位随 有机 胺起 始浓度 的变化 曲线见 图 4 。 图 4蒙脱 土颗 粒 Ze t a电 势 随有 机胺 加 量 的变 化 由图 4可知 ， 在实 验 所 考察 的有 机 胺 浓度 范 围 内， 随有机胺浓度增加， 黏土颗粒的 Z e t a电势绝对值 先稍有降低 ， 然后缓慢增加， 但总体变化幅度不大， 均 在一4 5 ～一3 0 mV之间， 没有出现典型阳离子活性剂 在黏土颗粒上 吸附时所 发生的 电荷符号 反转 。 2 ． 4 有机胺对黏土悬浮液 p H值的影响 0 ． 1 蒙脱土体系的 p H 值随有机胺加量 的变 化曲线见图 5 。由图 5可知， 随有机胺 的加入 ， 黏土 悬浮 液 的 p H 值迅 速 上 升 ； 有 机 胺 加 量 超 过 0 ． 1 后， p H值上升趋势变缓。这是因为 ， 有机胺是一种 弱碱性 的物 质 ， 在水 溶 液 中会 与水 发 生 可逆 的质 子 化解离反应 ， 有机胺在黏土上吸附消耗的进行和有 机胺浓度的升高会使反应不断向有羟基产生的方向 进行 ， 因此弓 l 起了体系 p H值的升高， 但当加入足够 高浓度 的有 机 胺 时 ， 此 可 逆 反 应 会 达 到平 衡 ， 此 后 p H 值 上升 缓慢 。 图 5 o ． 1 蒙脱 土体 系的 p H值随有机胺加量的变化 2 ． 5 黏土在有机胺溶液中的分散造浆性 将 1 O 黏土粉 含 5 纯碱 加入纯水和不同浓 度 的有机胺 水溶 液 中 ， 高 搅 2 0 mi n ， 水 化 2 4 h后 测 其流 变性 能和滤 失量 ， 结 果 见表 1 。 表 1 黏土 1 0 ％加量 在不同介质中的分散造浆性 由表 1 可知， 黏土在 Ami n e l水溶液中的分散 几 乎完全 受 到抑 制 ， 加量 达 0 ． 1 时 的 动 切 力从 纯 水 中的 3 8 ． 5 P a降 低 至 1 ． 5 P a ； Ami n e 2抑制 黏 土 分 散 的能 力 比 Ami n e 一 1略 低 ， 说 明不 同结 构 的有 机 胺抑制黏土分散造浆的能力不 同， 可根据钻井液施 工需求调整加量或采用不同结构的有机胺抑制剂 。 2 ． 6 有机胺对黏土分散体系的影响 当钻 井液 抑制 能力不 足而 导致钻 屑分散 和 固相 含 量 、 黏 度和切 力上 升时 ， 急需 强化 抑 制性 ， 但 遗憾 的是多数 抑制剂 ， 尤 其 是 聚合 物 类 和 正 电胶 类 会无 法加 入 ， 排 放原浆 成 为无 奈之 举 。有 机胺 对 1 0 膨 润土基浆的流变性、 滤失性能的影响见表 2 。由表 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 5期 孙 德 军等 非 离子 型有机 胺提 高钻 井液抑 制性 的 室 内研 究 9 看出， 有机胺在抑制黏土分散造浆作用的同时， 对 已 水化分散钻井液还具有明显的降黏和降滤失作用 。 表 2有机胺对 1 0 ％膨润土基浆的影 响 3 结 论 1 ．当处理 剂 分 子 结 构 中有 较 长 碳 链 和季 铵 盐 阳离子基 团时 ， 虽 然 对 黏 土分 散 造 浆 性 有 极 强 的 抑 制能力 ， 但易导致钻井液滤失量偏 大， 而且起泡 多， 不适 合作 钻井 液 的抑制 剂 。 2 ．分子结 构 中不 含 长碳 链 和 季 铵 盐 阳离 子 基 团的非 离子 型 有 机 胺 Ami n e 一 1和 Ami n e 一 2 ， 有 一 定 降低表面张力和提高黏 土浆 p H 值 的作用 ， 对黏土 颗 粒 的 Z e t a电势 影 响 不 大 ， 因此 ， 该 类 有 机 胺 在 明 显 抑制 黏 土分 散造 浆 作 用 的同 时 ， 对 已水化 分 散 钻 井 液有 一定 的降黏 和 降 滤 失 作用 ； 其 在 水基 钻 井 液 中的加量达到一定值 时亦无需加碱提 高 p H 值 ， 有 望 成 为优 良的高性 能 水 基 钻 井 液处 理 剂 ， 尤 其 是 提 高 高 固相 含量 钻井液 的抑制 性 。 参 考 文 献 [ 1 ] 屈沅治 ， 赖 晓晴 ， 杨宇 平． 含 胺优质 水基钻 井液 研究进 展[ J ] ． 钻井液 与完井液 ， 2 0 0 9 ， 2 6 3 7 3 7 5 [ 2 ] 王建华 ， 鄢捷 年 ， 丁彤 伟． 高性能水 基钻 井液研 究进展 [ J ] ． 钻井液与完井 液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 1 7 1 7 5 [ 3 ] 张克勤 ， 何 纶 ， 安 淑芳 ， 等． 国外高性能钻井液 介绍[ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 3 6 8 7 3 [ 4 ] 张启根 ， 陈馥 ， 刘彝 ， 等． 国外 高性 能水基钻井液技术 发 展现状[ J ] ． 钻井液 与完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 3 7 4 7 7 [ 5 ] 王树永． 铝胺 高性能水基钻井 液的研究 与应用 [ J ] ．钻 井液与完井液 ，2 0 0 8 ， 2 5 4 2 3 2 5 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 - 1 6 ； HGF --0 9 0 5 N6 ； 编辑 王 小娜 欢 迎订 阅 2 O 1 O年 钻 井液与完 井液 钻 井液 与完 井液 创 刊于 1 9 8 3年 ， 是 由中 国石油 天然 气 集 团公 司主 管 ， 中国石 油 集 团渤 海 钻 探工 程 有 限公司和华北油田分公司联合主办的一份全面报道钻井液与完井液技术 的专业性期刊， 双月刊， 国内外公开 发行。国内统一刊号 C N 1 3 1 1 1 8 ／ TE， 国际标准连续出版物号 I S S N i 0 0 1 5 6 2 0 。 钻 井液 与完 井液 是 中 国科 技 论 文 统 计 源 期 刊 中 国科 技 核 心 期 刊 ， 被 荷 兰 “ S C O P US ” 数 据 库 、 “ E l E n C o mp a s s ” 数 据库 、 “ B i b l i o g r a p h i c D a t a b a s e s ” 数 据库 、 美 国 石 油 文 摘 55 、 中国 石 油文 摘 55 、 中国 学术 期 刊 光盘 、 中国期 刊全文 数据 库 、 万 方数 据一 数 字 化 期 刊群 、 中 国核 心 期 刊 遴 选 数 据 库 和 中国科 技 期 刊数据 库 等等 国 内外检 索机 构或 数据 库 收录 ， 同时为河 北省 优 秀期 刊 、 中 国期 刊方 阵 “ 双百 ” 期 刊 、 第二 届 全 国优 秀科 技期 刊评 比二 等奖 期刊 。 钻井液与完井液 的报道 内容包括钻井液、 完井液、 固井液 、 射孔液、 压井液、 修井液 、 酸化液、 压裂液等 方面的科研生产新成果、 新技术、 新进展 、 新经验 、 新观点和国内外科技简讯及市场动态等。栏 目设置有理论 研究与应用技术 、 专论 、 经验交流、 动态与简讯 。读者遍及石油 、 地质、 煤炭 、 化工 、 水电、 冶金等行业 。该刊每 期 8 2页， 大 l 6开 ， 逢单月末出版 ， 全刊彩色印刷。国内定价为 1 8 ． 5 0元／ 册， 全年 6期共 1 1 1 ． 0 0元 。编辑部 自办发 行 ， 邮汇 与信 汇均 可 ， 欢 迎订 阅 。 银 行汇 款 户 名 中 国石 油集 团渤 海钻 探工 程有 限公 司 ； 帐号 1 3 0 0 1 6 9 9 8 0 8 0 5 0 5 0 6 7 5 2 ； 开户行 中国建设银行股份有限公 司华北石油分行 ； 地址 河北省任丘市燕山道 。 邮局汇款 地址 河北省任丘市 1 9号信箱钻井工艺研究 院； 邮编 0 6 2 5 5 2 ； 收款人 编辑部。 联系 人 张万隆； 电话 o 3 1 7 - 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