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434 石油与天然气化 工 C HEMI C ALE NGINE E R I NG OFOILGAS AA ／ AMPS／D MDA AC共聚物钻井液降粘剂性能评价 谢建 宇 ，。 王旭 。 张滨 。 周乐群 。 王亚彬 。 1．北京化 工大学理学院2． 中原石油勘探局钻井工程技 术研究院 摘要对丙烯酸A A、2 一 丙烯酰 胺基 一 2 一 甲基丙磺酸A MPS和二 甲基 二 烯丙基 氯化铵 D MDA A C 共 聚物钻井液降粘 剂在钻井液中的降粘性能进行了室内评 价 ，并利用 IR对 共聚物进 行了表征 ，借助热 分析 考察了共聚物的热 稳定性。研究结果表明 ，该降粘剂可以显著 降低钻井液的 粘度和切力，加入 0．5％降粘 剂 的淡水基 浆，高温降粘率可以达到92．1％，并且具有较好的抑制性 和抗盐、抗钙性能。 关键词钻井液 丙烯酸／2 一 丙烯酰胺基 一 2 一 甲基丙磺酸／二甲基二烯丙基 氯化 铵共聚物 降粘剂高温 DOI10．3969／j．issn．1007 3426．2009．05．018 降粘剂对于降低钻井液 的粘 度和切力 ，控 制钻 井液的流变性，提高钻井速度有着非常重 要的作用 。 从上世纪30年代以来 ，研究人员已先后 开发 出多种 类型的降粘剂产品 口’如无 机 磷酸 盐 、丹宁、铁铬木 质素磺酸盐 和低分子量 聚丙烯酸等。而聚合物降 粘剂是其中 一 种非常重要的类型 ，自上世纪8 ．0 年代 以来得 到了迅猛的发展。目前 聚合物降粘剂大致分 为两类 心。] 一 类是 阴离子型降粘剂，这种降粘剂虽 然降粘效果较好，但却会 削弱钻井液对粘土的抑制 性，使钻井 液 的屈 服值增高；另 一 类是阳离子型降粘 剂，通过在降粘剂中引入 阳离子单体 ，降粘剂在降粘 的同时还可以抑制泥、页岩的水化分散，有利于井壁 稳定，但目前研制的阳离子型降粘剂抗温性能 一 般 在180 。C 以下。近年来，随着钻 井技术的发展，井底 温度超 过200 。C 的深井、超 深井数目越来越多，目前 常用的降粘剂产品已不能满足现场需要 。本试验利 用丙烯酸、2 一 丙烯酰胺基 一 2 一 甲基丙磺酸和二甲 基二烯丙基氯 化铵，研制出 一 种抗 220 。C 高温的阳 离子型共聚物钻井液降粘剂 。本文介绍了该阳离子 型共 聚物用作钻井液降粘剂的室内研究情况。 1．1实验药品 丙烯 酸A A，工业品；2 一 丙烯酰胺基 一 2 一 甲 基丙磺酸A MP S，工业品；二甲基二烯丙 基氯化铵 D MD AAC，工业品；相 对分子质量调节剂，分析 纯；过 硫酸铵，分析纯；氢氧化钠 ，分析纯。 。1 ．2降粘剂的合成 将A A 、A MPS 和 DMDAAC 溶解于清水中备 用，然后将 一 定量的相对分子质量调节 剂溶解于清 水中，加入到四口瓶中，再将过硫酸铵溶解于清水 中 备用。将体系加热至 60℃后，同时滴 加反应单体和 引发剂溶液，滴加结束后将 体系加 热至 90℃反 应1 h，最后将产品用NaOH 中和 后烘干 ，得到三元抗高 温钻井 液降粘剂。 1．3钻井液性能评价 1．3．1基浆配制 1淡水基浆在1I。水 中加入5 g碳 酸 钠和 100 g膨润土 ，高速搅拌20 min，室温 下放置养护24 h，即得10％淡水基浆 。 2聚合物 钻井 液将10％ 淡水基浆稀 释至 5％，然后在5％淡水基浆中加入0．5％的共 聚 物 C GW527 10丙烯酸 、丙烯酰胺和2 一 丙烯 酰 氧基 异戊烯磺酸钠共聚物，高速搅拌 5rain，于室 温 下 放置养护 24h，即得 聚合物基浆。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第38卷第5期 AA ／AMPⅣD MD AAC共聚 物钻井液降粘剂性能评价 3盐水钻 井 液在10％淡水基浆 中加人4％ 的氯化钠和 10％的评 价土 ，高速搅拌5min，于室 温 下放置养护24 h，即得 盐水基浆 。 4饱和 盐水钻 井液在10％淡水基浆 中加人 369 ／ 5的氯化钠和 109 ／ 6的评 价土，高速搅拌5min，于 室温 下放置养护 24h，即得 饱和 盐水基浆 。 5含钙 钻 井 液在10％淡水基浆中加入 1％ 的氯化钙和 10％的评 价土 ，高速搅拌5min，于室温 下放置养护24 h，即得 含钙钻井液 。 1．3．2性能测 试 将研制的降粘剂加入配制的基浆 中 ，高速搅 拌 5min，于室 温下放置养 护24h或在 一 定温度下滚 动 老化 16h后，室 温 下高速搅 拌5min，用旋转粘度 计测定钻井液的流 变性。 降粘率 一9坐 雩} j0 盟且 100％ ＼∞10 ／o 式 中击，。。。为不加降粘 剂 时基浆六速 旋 转 粘 度计 100r／min下 的读数；士㈨ 。为基浆 加入降粘 剂后六速旋转粘度计 100r／min下的读数。 称 取 10 g粒 径 2．0mm ～ 3．8mm 的页岩 放入 含0．3％降粘剂 的 350mL聚合物溶液 中，于220 。C 下滚动老化 16h，用0．42mm 筛回收 岩芯 ，测定页 岩回收率。 2 结果与讨论 2．1在淡水基浆中的降粘性能 将 降粘剂加入淡水基浆后测 定钻井 液在室 温及 220 。C 高温老化 1 6h后的流变性 能，结果见表1。 降粘剂老化 AVP VyPF L降粘率 加量，％情况 mPasmPasPa mI。％ 基浆 耋 毙詈慧 ．5 0。参。雾五 ．之 老化前 28．57．021．57．064．2 ⋯ 老化后 28．018．010．09．887．9 老化前 18．51 1．07．56．8 86．7 ⋯ 老化 后 20．015．05．09．490．0 一老化前 18．011．07．06．4 87．5 ⋯ 老化 f lj 1 6．513．03．58．892．1 ．． 老化前 17．010．07．06．8 89．2 ⋯ 老化后 17．013．04．09．292．1 从 表 1可以看出，当降粘剂 加量 为0．5％时，降 粘剂的室 温降粘率可以达到 87．5％，说明降粘 剂 在 淡水钻井液 中具有 较 好的降 粘 作用；而 经过 220℃ 高温老化 16h后，降 粘剂 的高温降粘率可以达到 92．1％，钻井液表观粘度和动切 力与基浆相比明显 降低，说明降粘剂具有较好的抗高温性能 。 2．2在聚合物钻井液中的降粘 tl 生能 将 降粘 剂加入聚合 物 钻 井 液后 ，测 定 钻 井 液 的 流变性 能，结果见表 2。 降粘剂 加量，％ 基浆 O．1 0．3 O．5 O．7 yP Pa 28．0 12．5 8．O 6．0 8．O F L mI。 12．4 9．4 10．6 10．4 10．8 从 表2可以看出，当降粘剂加量 为 0．1％时，钻 井液的表观粘度由 45mPaS降至28．5mPaS ． 动切 力由28 Pa降至 12．5Pa，说明降粘剂在聚合物 钻井 液 中具有较好的降粘作用 。 2．3在 盐水钻井液中的降粘性能 将 降粘 剂加入到盐水钻 井液后 ，测 定 钻 井 液 的 流变 性 能，结果见表 3 。 P V mPas 5．O 5．O 5．0 4．O ， 5．0 yP Pa 1 1．0 8．O 7．0 7．5 6．5 从表3可以看出 ，降粘剂具有 一 定的抗盐能力 ， 在盐水钻井液中也有较好的降粘作用 。同时从 表 中 可以看 出，盐水钻井 液的滤 失量 随着降粘 剂加量的 增加而降低 。 2．4在饱和盐水钻井液中的降粘 -I 生能 将 降粘 剂加入饱和盐水钻井 液后 ，测 定钻井 液 的流变性能，结果见表 4 。 Ⅳ 一 Ⅲ ㈣ ㈨㈨㈣ ， ． O 5 OO O 肌胁纸 缄 纪 孤 强 LL 加加 加 ∞ ∞ F m∞ 弘弘 ∞ 筋 ， ． O OO 55 小胁m 强 垃 ～ ～ 排 呲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 36 石油与天然气化 工 O H E MI CA LENGINE E RINGO FOIL＆GAS PV mPaS 9．0 7．O 7．O 6．O 7．O yP Pa 12．O 9．5 6．5 6．0 5．5 FL mL 62．O 62．O 60．0 54．0 50．0 从表 4可以看出，降粘 剂对 饱和盐水钻井液也 有较好的降粘作用 。 2．5在含钙钻井液中的降粘 性能 将降粘 剂加入含钙钻井液后，测定钻井 液 的流 变性能，结果见表5。 降粘剂 加量，％ 基浆 O．1 o．3 O．5 O．7 P V mPas 5．O 4．0 5．0 4．0 5．O Y PF L PamL 7．554．O 5．O50．0 3．54 6．O 4．O4 0．O 3．O38．O 从表5可看出，降粘剂具有 一 定的抗 钙能力，在 含钙钻井液中也有 较 好的降粘作用。并且 ，含钙钻 井液的滤失量随着降粘 剂加量的增加而降低，这说 明降粘剂在含钙钻井 液 中也具有很好的分散作用。 2．6抗温实验 将降粘 剂 加入不同类型的钻井 液 中，经 220 。C 老化 16h后，考察其在不同类型钻井液 中的抗温性 能，结 果见表6。 从表6可看出，用降粘剂处理的聚合物、盐水、 饱和盐水和含钙钻井液 ，经220C高温老化16h后， 钻井液性 能变化不是 很大 ，说明降粘剂具有较强的 抗温能力。 2．7防塌能力 为了考察含阳离子抗高温降粘 剂的防塌能力 ， 进行了页岩 滚动回收率试验。从表 7可以看出， 0．3％ 的 共 聚 物水 溶液 的页岩回收率可 达到44． 59 ／ 5。 结果表明 ，所合成共聚物在页岩表面的吸附能 力强，在较小的共聚物含量下 ，就能大大提高页岩的 回收率，说明所合成共聚物具 有较强的抑制性，能有 效控制泥页岩水化分散 ，有利于对 油气层的保护。 回收率，％ 降粘剂，0 ．3％ 4 4．5 清水 13．6 2．8红外光谱分析 将合 成的降粘 剂样品经纯化后 ，用红外光谱仪 进行 检测图 1。 图中3 148cm ⋯ 是酰胺基 CONH 一 伸缩 振动吸收峰，峰较宽是 由于存在 一 定的缔 合现象，294 1 cm ’是 一 C H 。伸缩振 动吸 收 峰， 1 720 cm “ 是 一 C O 伸缩 振 动吸收峰 ，1 179 cm 啊 ’和 1052cm _ 。 为 ～ S O 。伸缩 振动吸收峰。 掌 许 杂 喇 波数， cm 。 图1 从／A M PS／D MD从c共聚物降粘剂的红外光谱 v p 如 』 巧』』 A 胁 趴．。 他他 俐斛 排 ∽ 肌胁㈨帅蛐汕 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 8 卷第5 期 自制 s E 3 0毛细管色谱柱在碳五原料及其产品分析中的应用 4 4 3 取 出 C P D后再 二 聚制 得含 量大 于 9 5 的精 DC P D。 如 采用 精馏 法 ， 要 求 粗 D C P D 中 x。 小 于 4 ， X 小 于 1 0／ 00 ， 否 则 无 法 制 取 含 量 大 于 9 5 的 精 D C P I 。 精 D C P D可作 为 农 药 和 医药 的 中间 体 。某 厂 生 产 的精 DC P D， 其 6次测定的平均值 为 9 6 ． 6 1 ％， R S D 为0 ． 1 2 。 3结 论 1 在研 究 S E一3 0毛 细 管 膜厚 对 难 分 离 物质 对 环戊 二 烯与顺 一1 ， 3 一戊 二烯 分 离度 的基础 上 ， 采 用 自制 的 S E一3 0 5 0 m0 ． 2 5 mm0 ． 6 m 毛细 管 色谱 柱建 立 了碳 五 原 料 及 其 产 品 异 戊 二 烯 、 问戊 二 烯 的色谱 分 析方 法 。该 法 有 利 于 初 温 控 制 ， 操 作 简便 、 重 复性 好 ， 相 对 标 准 偏 差 在 0 ． 7 以下 ， 分 析 准 确 。 2 采 用 自制 的 S E 一 3 0 3 0 m0 ． 2 5 ram0 ． 3 m 毛细管色谱柱建立了双环戊二烯的色谱分析方 法 ， 该 法使 双 环戊 二烯 和相 邻 杂质 得 到很 好 的分离 ， 防止 双环 戊二 烯分 解 ， 分析 准 确快 速 ， 重 复 性好 。 以上 方 法 已在 多家 企 业 得 到 了应 用 ， 可 作 为 生 产控 制及 成 品分析 方 法推 广 。 参 考 文 献 1由宏君 ， 杨丽娜． 谈谈 C 5的综合利用E J ] ． 贵州化 工， 2 0 0 3 ， 2 8 3 6 l 4 2 Ch o i H W ，Ki ma D B，Cho i D K， e t a 1 ． Hi g h l y s e l e c t i v e f a c i l i t a t e d t r a n s p o r t me mb r a n e s f o r i s o p r e n e ／ n p e n t a n e s e p a r a t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f Me mb r a n e S c i e nc e， 2 0 0 6， 2 7 94 03 4 09 3黄荣斌 ， 胡伟 ， 董坤年 等．C s馏分 的气相 色谱分 析E J ] ． 浙 江化 工 ， 1 9 9 9， 3 0 4 4 5 4 6 4何荔 ， 董运 宇 ， 李秀梅 等．C j馏分 及羰化产物 的毛细管气 相色 谱 分析[ J ] ． 色谱 ， l 9 9 9 ， 1 7 3 2 5 9 2 6 1 5冷志光． 碳五馏分组分的 HP 1 毛细管色谱 法测定 [ J ] ． 分析测试 学报 ， 1 9 9 9 ， 1 8 3 4 3 4 6 6慕海燕 ， 沈润梅． 毛细管气相 色谱法 用于碳 五原料 中烃类组分含 量 的测定 [ J ] ． 现代科仪器 ， 2 0 0 3 ， 6 5 1 5 2 7罗红宇 ， 许 仲康， 沈守瑶 等．c 5馏分环戊 二烯 和双环戊 二烯 的气 相 色谱分 析[ J ] ． 浙江海洋学院学报学报 ， 1 9 9 9 ， 1 8 3 4 3 4 6 8冷 志光． 双 环戊 二 烯 气相 色谱 分 析 方 法讨 论 [ J ] ． 金 山油 化纤 ， 1 9 9 7， 2 l 0 1 4 9包宗宏 ， 王 秀敏． 裂解 C j馏分二 聚反 应混和物 的定量分析 [ J ] ． 石 油化工 ， 2 0 0 6 ， 3 5 4 3 7 9 3 8 3 作 者 简 介 秦金平 男， 1 9 6 4 年生， 江苏靖江人。副教授， 研究方向为高效 毛细管色谱 柱的研 制与 应用 。Ema i l j p q i n s o h u ． c o rn； Te l 0 2 5 8 3 5 8 71 7 0。 收稿 日期 2 ， ] 8 1 1 2 0 ； 收修改稿 2 0 0 9 0 1 1 9 ； 编辑 杨 兰 上 接 第 l 3 6页 2 ． 9热 分 析 将 合 成 的 降粘 剂 样 品经 纯化 后 ， 用 热分 析 仪 进 行 热分 析 。从 图 2中 可 以 看 出 ， 降 粘 剂 在 1 8 8 ℃开 始 分解 ， 说 明降粘剂 具 有较好 的热稳 定 性 。 3结 论 1 以 AA、 AMP S和 DMD AAC共 聚 ， 研 制 出 了三元抗高温钻井液降粘剂 。 2 该 降粘 剂对 淡水 钻 井 液 、 盐 水 钻 井 液 、 聚 合 物 钻井 液 和含钙 钻 井 液 均 具 有 较 好 的 降 粘作 用 、 耐 温抗 盐 能力 。 3 该 降粘 剂具 有 较强 的抑制 、 防塌 能 力 ， 可 用 于 各种类 型的水 基钻 井 液体 系 。 参 考 文 献 1谢建宇 ，王中华．国内钻井液 降粘 剂研究 与应 用进展 ． 2 0 0 7年钻 井 液 学 术 研 讨 会 论 文 集 r ] ，厦 门 。2 0 0 7 。 4 0 8 4 l 3 2韶 晖 ， 冷一欣 ， 蒋 俊杰 ， 等．新型绿色钻井液降粘剂 一聚天冬氨酸 [ J ] ． 江苏石油化工学院学报 ，2 0 0 2 ，1 4 1 4 6 3樊 泽霞，王杰祥 ，孙 明波 ， 等，磺化苯乙烯 一水解 马来酸酐共 聚物 降粘 剂 S S HMA的研制口] ． 油 田化学 ，2 0 0 5 ，2 2 3 1 9 5 1 9 8 4孙 举 ，王 中华 ，李旭 东 ， 等．合成条件 对 AMP S ／ AA 共聚物钻 井 液 降粘剂 降粘性 能的影响[ J ] ． 石油 与天然气 化工 ，1 9 9 6 ，2 5 2 1 0 3 1 0 5 5王中华．A DAC ／ AA／ AS两性 离子 型聚合 物泥浆 降粘 剂的研 制 [ J ] ． 油田化学 ，l 9 9 6 ，1 3 1 2 8 ～3 2 6徐燕莉．两性离子降粘剂 AMTA性 能研 究[ J ] ． 北 京化工 大学学 报 ，1 9 9 9 ，2 6 1 8 0 8 3 7苌益华 ，杨小华．D MDAAC ／ AA／ AS聚合物 的合成及性能 [ J ] ． 化 工 时 刊 ，2 0 0 3 ，1 7 4 1 2 1 5 作 者 简 介 谢 建 字 男 ， 生于 1 9 7 7年， 博士 ， 2 0 0 7年 毕业于天 津大学化工 学 院应用 化学专业 ， 现在中国石化中原石 油勘探 局钻井工 程技术研 究院从事博士后研究工作 。地址 4 5 7 0 0 1 河南省濮 阳市 中原路 5 9 号 中原石 油勘探 局钻井 工程技 术研究 院。 收稿 E l 期 2 0 0 9 0 2 1 3 ； 收修改稿 2 0 0 9 0 4 0 1 ； 编辑 冯学军 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m