（石油与天然气工程专业论文）多元醇提高聚合物稳定性研究.pdf

多元醇提高聚合物稳定性研究 刘俊海 石油与天然气工程 指导教师 邱正松 教授 朱开顺 高工 摘要 随着钻井深度的加深 井内温度升高 压力增大 使用一般钻井 液时 聚合物因高温高压分解失效 从而限制了钻井的深度 多元醇能 提高聚合物的高温高压稳定性 因而有利于深层油田的开发钻探 同时 拓展聚合物钻井液的钻井深度 降低钻井成本 多元醇提高聚合物的耐 温耐压性可以解释为 多元醇和其它聚合物分子间存在着显著的分子氢 键和亲油作用 因而在两者分子间产生相互作用 致使多元醇在聚合物 分子上形成某种屏障 阻止了聚合物的高温降解 多元醇存在着各种不同分子量和分子结构的衍生物 种类繁多 性 能差异显著 因此 如何选用更适宜的多元醇就成了人们关心的问题 本论文针对多元醇提高其它聚合物高温高压稳定性这一性质 对多种类 型的多元醇进行了实验比较 分析评价多元醇的使用效果 分别确定了 在淡水钻井液和盐水钻井液中降滤失剂和p e g 的适宜加量 证实了钻井 液体系中加入p e g 能有效提高降滤失剂的耐温性 并优选了与不同聚合 物降滤失剂相匹配的多元醇类型 室内实验和现场试验证明 多元醇能 明显提高聚合物降滤失剂的抗高温高压效果 通过向钻井液中加入相匹 配的多元醇 可提高钻井液的润滑性能 成本比油基钻井液低 能够满 足川东北地区高密度 长裸眼定向并篪工的要求 关键词 多元醇 聚合物 钻井液 稳定性 应用 玎 s t u d y o nt h ea b i l i t yo fp o l y a l e o h o li m p r o v i n g p o l y m e rt h e r m a ls t a b i l i t y l i uj u n h a i o i l g a se n g i n e e r i n 曲 d i r e c t e db yp r e f e s s o rq i uz h e n g s o n g s e n i o re n g i n e e rz h uk a i s h u n a b s t r a e t a st h ew e l ld e e p e n s i n c r e a s i n gt e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ei nb o r e h o l e m a k et h eo r d i n a r yp o l y m e rl o s ee f f e c t i v e n e s sf o rd e c o m p o s i t i o no fp o l y m e r s w h i c hl i m i t st h ed r i l l i n gd e p t h p o l y a l c o h o lc a l li n c r e a s et h et h e r m a ls t a b i l i t y o fp o l y m e r s t h e m e c h a n i s mi st h a ts t r o n gh y d r o g e nb o n de x i s t sb e t w e e n p o l y a l c o h o la n dp o l y m e r s op o l y a l c o h o lc a na d s o r bo np o l y m e ra n dp r e v e n t p o l y m e rf r o md e g r a d a t i o n t h e r ea r es o r t so fp o l y a l c o h o lw i t hd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i 曲ta n d d i f f e r e n tm o l e c u l a rs t r u c t u r e s oh o wt os e l e c ta na p p r o p r i a t ep o l y a l c o h o li s v e r yi m p o r t a n t al o to fp o l y a l c o h o lw e r ec o m p a r e da n dt h e i re f f e c t sw e r e a n a l y z e d t h ep r o p e ra m o u n to fp e ga n df i l t r a t el o s sa d d i t i v e sw e r es t u d i e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tp o l y a l c o h o lc a r li n c r e a s et h e r m a l s t a b i l i t yo fp o l y m e ra n dl u b r i c a t i o no fd r i l l i n gf l u i d b u td i f f e r e n tf i l t r a t el o s s a d d i t i v em u s tu s ed i f f e r e n tp o l y a l c o h 0 1 t h ep o l y a l c o h o ld r i l l i n gf l u i dc a n m e e tt h ed r i l l i n gr e q u i r e m e n t si nn o r t h e a s to fs i c h u a n k e yw o r d s a l c o h o l p o l y m e r d r i l l i n gf l u i d s t a b i l i t y i n s i t ua p p l i c a t i o n i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意 签名 社 立 曲年土月兀日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送交论文的复印件及电子版 允许论文被查阅和借阅 学 校可以公布论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手 段保存论文 保密论文在解密后应遵守此规定 学生签名 导师签名 蠢 签陵 仁 2 眸r 月l 日 砌r 月哆日 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第1 章前言 第1 章前言 近年来随着油田勘探开发的发展 被誉为钻井 血液 的钻井液配制 工艺发展尤为迅猛 钻井液在钻井过程中起着极其重要的作用 如图 1 1 所示 钻井液通过高压泵经钻杆空腔压入地下 然后携带钻屑由环 形空间返回地面 经净化后又循环使用 钻井中钻井液的主要功能是 携带钻屑至地面净化井眼 冷却和润滑钻头 钻具 形成滤饼 保护 其重要的意义 如果单位时间的失水量过大 图i 1 钻井液循环 钻井液滤液大量渗入地层不仅会影响钻井的质量 如井壁坍塌 井径 缩小 钻井液粘稠等问题而导致卡钻等钻井事故 而且也会造成产层 污染 破坏产能 以及污染环境 不利于环保 因而 我们需要改善 钻井液的配制工艺 使之不但能达到有效降低钻井液的滤失量 保护 油层产能 减少钻井事故 提高钻井质量的要求 而且对环境友好 降低有害物质排放 符合绿色化学要求标准 为降低水钻井液的滤失量 行之有效的方法是使用降滤失剂 根据 达西公式所示 q t k x r x a p x t 式中q 为滤失量 p 为压差 v 1 g t 为渗透时间 为滤液粘度 r 为滤失量 泥饼体积 是一个与固相 含量有关的比值 k 为渗透率 是一个与泥饼渗透率有关的常数 当 一一 一一 一 垂一一 嗍褂鼢褂溅耕蚴 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第l 章前言 液柱压力 固相含量按设计要求固定后 滤失量q 只与粘度 和渗透 率k 有关 所以认为降滤失剂从这两方面降低滤失量 一是 提高液 相粘度 减少自由水量而降低滤失量 但其作用是相对的 因为钻井 液太粘使其流动性变差 不利于提高钻速 二是 降低渗透率k 值 降滤失剂起到封堵的作用 促进滤饼的形成 并且堵塞滤饼空隙而达 到降滤失的目的 评价钻井液降滤失效果的方法是测定加入钻井液前 后滤失量的变化 在实验室中常采用常温中压滤失仪 a p i 滤失仪 来 测量滤失量 另外 钻井液的流变参数也是影响钻井液性能的一个至关重要的因 素 它直接关系到钻井的速度 井壁安全和井眼的净化问题 所以钻 井液的流变参数日益成为人们关注的重点 首先是钻井液粘度对钻速的影响 一般而言 钻井液粘度越高钻速 越低 由于钻井液体系是一个非牛顿流体 具有很强的减切稀释作用 所以在整个钻井循环体系中 各个部位减切速率不一样 因而粘度也 就不一样 真正影响钻速的主要是在钻头区域 有研究发现 钻井速 率正比于 膨饶 4 式中 嘭锐 表示钻头部位的钻井液雷诺 数 其中q 表示钻井液的流速 p 是钻井液密度 d 是钻头水眼直径 u 为钻头水眼处的钻井液粘度 水眼粘度 a 是指数常数 由此可见 影响钻井速率的主要是水眼粘度 而水眼粘度由下三个因素所决定 固体的体积百分含量 固体的分散度和滤液粘度 因而可以以此为依 据配制适合粘度要求的钻井液来提高钻井速率 第二 钻井液携带和悬浮钻屑的能力 在钻井过程中 钻井液不断 循环 将钻屑由井底携带到地面 从而净化井眼 保障钻井的顺利进 行 另外 在钻井过程中又需要进行取芯 起下钻 测井 下技术套 管等操作 此时钻井液处于静止状态 这就要求钻井液具有良好的悬 浮能力 防止钻屑下沉堵塞环空或井眼 通过提高钻井液粘度可以提 2 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第1 章前言 高其携带钻屑和悬浮钻屑的能力 但由流变参数的研究可知 钻井液 体系的粘度是由体系内各部分相互摩擦和体系流动中的结构和静止时 的凝胶强度两种作用贡献的结果 其中摩擦产生的粘度阻力对携带和 悬浮钻屑的贡献较小 需要提高固相含量来提高 这样则不利于提高 钻井速率 而钻井液中的结构更有利于携带和悬浮钻屑 故提高钻井 液的携带和悬浮钻屑的能力应通过提高钻井液中的结构强度来实现 在钻井现场使用的绝大多数钻井液为塑性体 描述其流变参数特征 的流变参数方程很多 本论文选用宾汉 b i n g h a m 公式 表征 小 确 r l 孚邗a d 1 1 积 式中p 一剪切应力 达因 厘米2 t o 动切力 达因 厘米2 1 1t 塑性 工 粘度 泊或m p a s d u v 一速梯 秒 出 动切力 反映钻井液流层流动时 粒子间的相互作用 塑性粘度 t 1 反映层流流动时 当钻井液中网架结构的破坏与 恢复处于动态平衡时 悬浮粒子之间 悬浮粒子与分散介质之间以及 分散介质间的内摩擦 还有表观粘度 1 1 也是描述钻井液流变参数性质的一个重要参数 它是由内摩擦引起的塑性粘度和结构粘度 内部结构对粘度的贡献 两部分组成 其值为剪切应力 t 与剪切速率的比值 故大小与剪切 速率有关 塑性粘度与剪切速率无关 q 随d 的增大而降低的显现称 为剪切降粘作用 钻井液应有良好的剪切稀释作用 在钻头水眼处 d 很大则 很小 可以充分发挥钻井液对地层的冲击力 提高冲钻力度 而在钻杆与井壁的环形空间中 d 较小则t 1 较大 因而又有利于携带 钻屑 静止时能迅速形成具有一定切力的结构 触变性要好 从而能 有效地悬浮钻屑 以上从钻井液的降滤失性和流变参数两方面讨论了配制钻井液的 理论依据和技术要求 以求改善钻井液性能 提高钻井质量和效率 在 3 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 第1 章前言 钻井液中使用各种添加剂也是改善钻井液的重要手段 其中多元醇以 其优异的性能引起了人们的关注 本论文主要对多元醇添加剂进行讨 论 多元醇是一种多功能的钻井液添加剂 它是指甘油 聚乙二醇 聚 亚烷基二醇 如e o p o 共聚物 乙氧基醇及它们的衍生物等物质的统 称 对多元醇的研究始予1 9 4 0 年g e c a n n o l l s 使用乙二醇和甘油来抑 制页岩膨胀 2 0 世纪7 0 年代 有人使用大分子量的聚乙二醇作为降滤 失剂 而从8 0 年代至今 多元醇作为集多功能 高效 环保概念于一 身的新型钻井液添加剂得到了深入广泛的研究与运用 如9 0 年代研究 使用的聚合醇钻井液是一种高性能的水基钻井液体系 多元醇之所以越来越受到人们的青睐 就在于它是一种多功能的 性能优良 对环境友好的新型钻井液体系 例如 多元醇的页岩抑制 性使其体系与其他水基钻井液相比 更有利于井壁的稳定和钻屑的不 分散 多元醇从除了具有良好的页岩抑制性外 还能改善钻井液的润 滑性 降低扭矩 防止钻头泥包和卡铅事故 因而提高钻井速率 降 低钻井事故 减少钻井液体积 因而提高钻井效率和质量 降低钻井 成本 以及 在钻井液体系中加入多元醇可提高其它聚合物 如降滤 失剂 的高温高压稳定性 因随着钻井深度的加深 井内温度升高 压力增大 使用一般钻井液时 因高温高压分解失效 而限制了钻井 的深度 多元醇提高聚合物的高温高压稳定性 因而有利于深层油田 的开发钻探 同时拓展聚合物的钻井深度 降低钻井成本 多元醇还 有诸如润滑性 低毒 生物可降解 有利于环保等优良性质 符合钻 井液发展的三大支配因素 钻井工程技术性问题 成本问题以及环保 问题的要求和趋势 有着广阔的发展前景 本论文主要从多元醇提高降滤失剂高温高压稳定性这一性质着手 实验 多元醇能提高其它聚合物的耐温耐压性 可以解释为 多元醇 和其它聚合物分子问存在着显著的分子氢键和亲油作用 因而在两者 分子问产生相互作用 致使多元醇在聚合物分子上形成某种屏障 阻 4 中国石油大学 华东 i 程硕士学位论文第1 章前言 止了聚合物的高温降解 据文献报导 多元醇并不能提高聚合物的降 解温度 而是降低了其降解速率 虽然多元醇具有众多的优异性 但是多元醇种类繁多 存在着各种 不同分子量和分子结构的衍生物 因此 如何选用更适宜的多元醇就 成了人们关心的问题 而目前应用广泛的多元醇钻井液配方中 使用 的是聚乙二醇及其同系物 所以本论文针对多元醇提高其它聚合物高 温高压稳定性这一性质 对多种类型的多元醇进行了实验比较 分析 评价多元醇的使用效果 以求解决上述问题 5 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第2 章实验方法 第2 章实验方法 2 1 1 部分水解的聚丙烯酰胺 p 搬a 溶液配制 称取1 1 7 6 9 聚丙烯酰胺 p a m 于烧杯中 用约5 0 0 m l蒸馏 水溶解后加入1 6 9 9 n a o h 用玻璃棒经常搅拌 常温放置2 4 小时以上 使p a m 水解成p h p a 然后转移到1 0 0 0 m l的容量瓶中 用蒸馏水 稀释至刻度 震荡摇匀 配成1 o 的p h p a 2 2 基浆的配制 1 淡水基浆的配制 在3 4 0m l去离子水中加入1 6g 钙质膨润 土和0 8g 无水n a 2 c 0 3 在高速搅拌器上以1 0 0 0 转 分的转速高速搅拌 2 0r a i n 然后室温密闭老化2 4h 加入6 0 m l p h p a 溶液后 即得含 土量为4 的淡水基浆 2 4 盐水基浆的配制 在3 4 0m l去离子水中加入3 2g 钙质膨 润土和1 6g 无水n a 2 c 0 3 在同样转速下高速搅拌1 0m i n 在高速搅 拌状态下加入1 6gn a c l 然后继续高速搅拌1 0r a i n 于室温密闭老化 2 4h 加入6 0 m l p h p a 溶液后 即得4 盐水基浆 在上述淡水或盐水基浆中加入聚合物样品和辅助处理剂 高速搅拌 2 0m i n 然后室温老化2 4h 即成相应的聚合物淡水钻井液或盐水钻井 液 3 钻井液的高温老化试验 将待老化钻井液转入不锈钢老化罐 置于滚子炉中 在一定温度下热滚老化1 6h 然后冷至室温 根据需 要测定其高温老化前后的流变参数 滤失量 2 3 钻井液流变参数的测定 参照中华人民共和国行业标准g b f r1 6 7 8 3 1 9 9 7 规定的程序 将待 测样品高速搅拌5 m i n 倒入旋转粘度计的测量杯中 控制从停止搅拌 6 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第2 章实验方法 到开启粘度计的时间为1 分钟 从高速到低速测定6 0 0 3 0 0 和1 0 0 r m i n 的读数 并按a p i 美国石油学会 的规定 将剪切速率为1 0 2 2 s 4 的粘度定义为钻井液的表观粘度 a v 并按b i n g h 啪公式测定并 计算体系的塑性粘度 p v 和动切力 y p 根据仪器说明书 计算 公式如下 1 表观粘度 a v h a 0 50 6 0 0 m p a s 2 塑性粘度 p v 2 1 m 1 6 0 0 4 i 3 0 0 m p a s 2 2 3 动切力 y p 唧 2 m 3 0 旷d 6 0 0 o 5 1 l p a 2 3 4 静切力 k 黾 o 50 3 p a 2 4 式中m t 1 知 k 分别表示表观粘度 塑性粘度 动切力 静切力 o 表示一定转速下仪器的读数 2 4 钻井液滤失量的测定 将测定流变参数后的钻井液转移至滤失仪所附的测量罐中 控 制压力源为0 7 5 m p a 测定钻井液在3 0m i n 内的滤失量 根据达西公 式 前7 5m i n 的滤失量与后2 2 5m i n 的滤失量应相等 但由于在滤饼 形成初期 常有钻井液漏过滤纸 即发生所谓 漏浆 现象 因而前7 5 m i n 的滤失量往往偏高 故实验所测数值除直接取3 0 r a i n 的滤失量外 还可以取后2 2 5m i n 滤失量的二倍作为钻井液滤失量的数据 7 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第3 章实验仪器与药品 第3 章实验仪器与药品 3 1 主要实验仪器及设备 1 m p l l 0 0 b 型电子天平 上海精科天平厂 2 高速搅拌机 青岛海通达专用仪器厂 3 g h i i i 型滚子炉 成都电烘箱厂 4 z n n d 6 型六速旋转粘度计 青岛海通达专用仪器厂 5 s d 型多联中压滤失仪 青岛海通达专用仪器厂 3 2 实验原料和试剂 1 聚丙烯酰胺 含量 8 5 分子量 3 0 0 万 胜利油田钻井液 公司生产 2 n a 2 c 0 3 n a o h k c l n a c l 使用分析纯 3 安丘钙质蒙脱土 4 p a c 一1 4 2 1 5 l s 一1 6 f t j n s j 1 7 p e g 2 0 0 p e g 5 0 0 p e g l 0 0 0 p e g l 5 4 0 化学纯 8 e o p o 共聚物 e o p o i i e o p o i 2 e o p o 2 1 自己 合成 8 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 第4 章实验结果与讨论 4 1 淡水钻井液体系实验 4 1 1 降滤失剂在淡水钻井液中的加量实验 基本体系为 4 淡水钻井液 o 15 w t p h p a 5 w t k c i 选择的降滤失剂为f t j n s j 1 l s 1 和p a c 1 4 2 1 f t j n 加量实验 向体系加入不同量的f r j n 测得钻井液流变参数和滤失量随f t j n 加量的变化如表4 1 和图4 1 所示 表4 l 钻井液流变参数和滤失量随f r j n 加量的变化 f t j n 加量静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i 州 p a p a m p a s m p a s m l o o1 02 1 56 8 8 91 5 7 1 0 2 0 6 1 39 01 5 04 2 1 22 05 6 l9 01 4 52 9 153 o7 1 51 0 51 7 52 0 1 84 09 7 11 4 52 4 01 7 2 o5o1 3 0 3 1 5 52 8 2 51 2 o oo 51 o1 52 0 n 埘d 瞳 h t 图4 l 钻井液流变参数和滤失量随f t j n 加量的变化 9 1 l 薹 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 由实验数据可看出随着f t j n 加量的增加 静切力 动切力 塑性粘 度 表观粘度也随之增加 因此f t j n 有提粘提切的作用 而a p i 则随 之明显降低 所以f t j n 有降滤失的作用 当加量为2 o 讯 时 a p i 接近于1 0 m l 且流变参数适中 所以确定f t j n 加量为2 o m 2 s j 1 加量实验 向体系加入不同量的s j 1 测得钻井液流变参数和滤失量随s j 1 加量的变化如表4 2 和图4 2 所示 表4 2 钻井液流变参数和滤失量随s j l 加量的变化 s j 1 加量静切力 动切力塑性粘度表观粘度 a p i w w o p a p a m p a s m p a s m l o oo 7 52 3 05 07 2 51 2 6 0 31 o o4 3 48 51 2 7 51 8 o 60 7 55 1 l1 1 51 65 01 3 0 91 2 57 6 71 5 o 2 2 5 0l o 1 21 5 0 1 3 2 92 1 53 4 5 08 1 5 2 5 02 1 7 l2 7 54 8 7 57 0 o0 2仉to 6o 8l o 1 2 1 1 6 s 卜l 加量葛 t 图4 2 钻井液流变参数和滤失量随s j i 加量的变化 1 0 埘 椭 o 嘻泉孵 中国石油大学 华东 3 程硕七学位论文第4 章实验结果与讨论 由实验数据比较可看出 s j 1 也有明显的提粘提切及降滤失作用 加量为o 9 t 时 a p i 为1 0 m l 且流变参数适中 所以确定s j 1 加量为o 9 t 3 l s 1 加量实验 向体系加入不同量的l s 1 测得钻井液流变参数和滤失量随l s 1 加量的变化如表4 3 和图4 3 所示 表4 3 钻井液流变参数和滤失量随l s 1 加量的变化 l s 1 加量静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i w t p a p a m p a s m p a s m l 0 o1 0 02 3 05 58 7 5l o l 0 31 5 04 0 95 59 5 02 2 0 61 5 04 0 95 59 5 01 7 0 91 5 0 5 1 l 8 o1 3 o o l l 1 21 5 04 6 08 o1 2 5 01 1 1 51 7 55 1 l8 o1 3 0 0l o 1 0 0 8 0 e8 0 v 水 o 鬻 2 0 0 002 o4 06081012 4 16 l s 一1 加量 w t 图4 3 钻井液流变参数和滤失量随l s i 加量的变化 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 由实验数据比较可看出 l s 1 也有提粘提切作用 但不如s j l 明 显 当l s 1 加量为o 9 1 5 时 a p i 在1 0 m l 左右 且流变参 数适中 所以确定加量为o 9 1 5 j l t 4 p a c 1 4 2 加量实验 向体系加入不同量p a c 1 4 2 的 测得钻井液流变参数和滤失量随 队c 1 4 2 加量的变化如表4 4 和图4 4 表4 4 钻井液流变参数和滤失量随p a c 1 4 2 加量的变化 p a c 1 4 2 加 静切力 动切力 塑性粘度表观粘度 a p l 量 训 p a p a m p a s m p a s m l 0 o0 7 55 51 7 97 2 51 0 4 0 o 31 2 57 54 8 51 2 2 5 2 2 0 0 61 2 59 5 4 6 0 1 4 0 01 5 o o 91 2 5l o 5 5 6 2 1 6 0 01 2 0 1 21 5 01 3 56 3 91 9 7 51 1 o 1 51 s o1 5 o79 2 2 2 7 59 0 o20 oo 2o 40 b0 510 j1 1 j p a c f 4 2 加量 i 叭 图4 4 钻井液流变参数和滤失量随p a c 1 4 2 加量的变化 1 2 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 由实验数据比较可看出 p a c 1 4 2 有明显的提粘提切和降滤失作 用 加量为0 9 一1 5 叭 时 a p i 接近1 0 m l 且流变参数适中 所 以确定p a c 加量为0 9 1 5 w t 上述加量实验对降滤失剂进行综合比较 如表4 5 所示 表4 5降滤失剂综合比较 降滤失荆加量 失水量 m l 动塑比 f r j n 2 1 21 3 o 1 5 5 s j l0 9l o 7 7 1 50 l s l1 5l o 5 1 8 o p a c 1 5 915 0 7 9 由上表4 5 可看出 以s j 一1 降滤失效果最好 但动塑比较小 l s 1 和p a c 1 4 2 降滤失效果居次之 但p a c 1 4 2 的动塑比比l s l 大 f t j n 的降滤失效果最差 4 1 2 淡水钻井液老化实验 1 p e g 5 0 0 加量实验 向体系 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c l 2 w t f t j n 中加入不同量的p e g 5 0 0 静置2 4 小时后 钻井液性能如表4 6 所示 表4 6p e g 5 0 0 对钻井液性能的影响 p e g 加量 斟 p v 动切力静切力a p i w 1 m p a s m p a s p a p a m l l 群 0 2 9 51 61 3 85 o1 2 o 2 拌l 2 9 51 71 2 8 5 01 3 0 3 2 3 1 5 1 81 3 8 5 3 1 5 o 4 拌 3 1 3 81 8 s1 3 5501 1 0 5 拌4 3 4 32 0 51 4 15 o1 7 0 6 撑5 3 2 51 951 3 35 3 1 80 1 3 中国石油大学 华东 s e 程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 可看出加入不同量的p e g 5 0 0 后钻井液流变参数相差不大 趋于相 同 a p i随p e g 5 0 0 加量的增加而增加 将其在1 2 0 c 和1 3 0 老 化后 钻井液性能如表4 7 所示 表4 71 2 0 1 2 和1 3 0 2 老化后流变参数和滤失量的变化 斟p v 动切力静切力a p i m p a s m p a s p a p a m l l 群6 o4 o2 oo 3 1 7 2 群8 57 o1 5 o 3l o 3 拌 9 87 5 2 3 0 39 4 群 8 o6 51 5o 3 9 5 1 2 59 53 10 4 8 6 帮1 9 01 4 54 60 8 7 可以看出 加入p e g 较明显地提高了f t j n 的耐温性 由于3 拌 4 群 5 群 6 撑的滤失量相近 并参考文献将p e g 的加量定为3 m 2 p e g 提高降滤失剂耐温性的实验 钻井液配浆如表4 8 所示 静置2 4 小时以后 测钻井液性能如表 4 9 所示 1 3 0 老化1 6 小时后 测钻井液性能如表4 1 0 所示 表4 8 钻井液组成 1 捍 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 2 f t j n 2 群 4 淡水钻井液 o 1 5 杈w t p h p a 5 w t k c i 2 f t j n 3 卅 p e g 5 0 0 3 群 4 淡水钻井液 0 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 0 9 o w t s j 1 4 4 淡水钻井液 0 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 0 9 w t s j t 3 n p e g 5 0 0 5 撑 4 淡水钻井液 0 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 0 9 w t l s 1 6 拌 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 0 9 w t l s 1 3 v t p e g 5 0 0 7 栉 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 1 5 w t p a c 1 4 2 8 撑 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c l 1 5 w t p a c 一1 4 2 3 w t p e g 5 0 0 1 4 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 表4 9 钻井液性能 静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p l p a p a m p a s m p a s m l 1 群4 7 51 0 7 31 5 02 5 51 2 0 2 岸4 5 01 1 2 41 7 o2 8 o1 5 0 3 群o 7 54 3 41 2 51 6 71 1 o 4 拌0 2 52 8 l1 3 51 6 28 0 5 捍 1 2 5 4 6 0 5 o9 5 1 5 0 6 抖2 7 57 6 74 01 1 51 5 o 7 撑1 5 07 6 71 5 52 3 o9 0 8 撑o 7 55 6 21 3 51 9 0 7 o 表4 1 01 3 0 2 老化1 6 小时后钻井液性能 静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i 滤失增加 p a p a m p a s m p a s m l 率 l 捍 0 7 5 3 3 28 o1 1 2 51 2 o0 o 2 撑0 4 03 0 79 01 2 o o9 0 4 0 0 3 群0 4 01 7 98 09 7 51 3 o1 8 2 4 0 1 02 3 01 0 s1 2 7 59 01 2 5 5 撑1 5 03 8 33 57 2 53 8 o1 5 3 3 6 拌 25 06 1 3 4 5l o 5 01 7 o1 3 3 7 拌 1 2 55 1 l 9 5 1 4 51 1 o2 2 2 8 拌o 1 02 5 61 1 o1 3 58 o1 4 3 经1 3 04 c 老化后 钻井液的静切力 动切力 表观粘度 塑性粘度 均降低 但可看出加p e g 5 0 0 的体系比不加p e g 5 0 0 的体系的滤失量增 加率要小 对于l s 1 的体系尤为明显 而且甚至小于未老化前的滤失 量 如f t j n 体系 说明p e g 5 0 0 能提高降滤失剂的耐温性 其他老化 温度的降滤失量比较如表4 1 1 1 5 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 表4 1 1 滤失荆降滤失量比较 盯j nl s 1s j 1 p a c aba b aba b 老化前 1 21 5l o 1 0 4 l lg9 7 1 3 0 老 化后 3 51 6 3 8 1 4 21 39 l l 8 1 5 0 老 化后 2 3 1 0 2 31 3 注 a 不加p e g b 加3 p e g l 1 2 l o 綦 8 量l6 2 0 1 j p1 j 口1 口1 t o1 a u 老化温度 c 图4 5 滤失剂性能比较 由表4 1 l 和图4 5 可看出 s j 1 和p a c 的耐温性较f t j n 和l s 1 好 而且钻井液体系中加入p e g 能有效提高降滤失剂的耐温性 老化 对之影响较小 3 不同分子量的p e g 2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 4 0 提高降滤失剂高 温高压稳定性效果的比较实验 提高降滤失剂f t j n 高温高压稳定性的比较实验 基本体系 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 1 6 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 2 w t f t y n 分别中向体系中加入3 w t 的p e g 2 0 0 p e g 5 0 0 p e g l 0 0 0 p e g l 5 4 0 钻井液性能如表4 1 2 所示 不同分子量的p e g 对钻井液的流变参数和 滤失量无大的影响 表4 1 2 不同分子量的p e g 对钻井液的流变参数和滤失量的影响 p e g 分静切力动切力塑性粘度表观粘度a p i 子量 p a p a m p a s m p a s m l 2 0 05 o6 4 41 1 o1 7 31 3 8 5 0 0 5 o 7 5 6 1 0 61 8 o 1 4 2 1 0 0 0 4 2 8 0 71 3 12 1 01 3 0 1 5 4 03 37 8 71 4 2 2 11 3 o 1 3 0 老化1 6 小时后 测钻井液性能如表4 1 3 所示 表4 i 31 3 0 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分静切力 动切力 塑性粘度表观粘度a p i滤失量增 子量 p a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 0l 3 03 6 87 71 1 39 6 3 0 4 5 0 0 1 2 5 3 2 7 7 8l i o 1 0 8 2 3 9 l o o o 1 5 0 38 88 91 2 79 0 3 0 8 1 5 4 0 o 5 0 3 4 79 61 3 o7 8 4 0 0 1 4 0 c 老化1 6 小时后 钻井液性能如表4 1 4 所示 表4 1 41 4 0 1 2 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分 静切力 动切力塑性粘度表观粘度 a p l 滤失量增 子量 p a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 0o 3 5i 4 34 45 84 1 21 7 8 4 5 0 0o 2 50 8 2596 72 1 44 2 7 1 0 0 0o l o o 8 7 3 94 84 2 6 2 4 3 5 1 5 4 0 0 0 5 o 5 1 4 44 9 2 2 o 7 7 4 1 7 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 1 5 0 老化1 6 小时后 钻井液性能如表4 1 5 所示 表4 1 51 5 0 3 2 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分 静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i 滤失量增 子量 俨a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 01 0 52 2 52 85 09 8 0 5 6 2 2 5 0 01 4 02 4 54 16 59 0 8 5 0 5 3 1 0 0 0o 9 01 3 32 6 3 99 6 66 7 9 0 1 5 4 01 0 51 4 3 3 1 4 59 3 26 5 1 6 老化 鏖 图4 6p e g 对滤失剂性能影响比较 由实验数据可看出 经老化后钻井液体系的静切力 动切力 塑性 粘度 表观粘度均随老化温度的提高而减小 而对于滤失量则在温度 不大于1 3 0 时 所使用的p e g 均明显地降低了钻井液体系的滤失量 使滤失量小于未老化前的滤失量 其中p e g l 5 4 0 效果较明显 滤失量 降低最多 当老化温度升至1 4 0 和1 5 0 时 加入p e g 5 0 0 的体系比 使用别的分子量的p e g 的体系耐温能力好 滤失量相对小 但1 5 0 c 1 8 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 时滤失量己经失去控制 所以使用温度上限为1 5 0 提高降滤失剂s j 1 高温高压稳定性实验 基本体系 4 淡水钻井液 0 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 0 9 w t s j 一1 分别向体系中加入3 w t p e g 2 0 0 p e g 5 0 0 p e g l 0 0 0 p e g l 5 4 0 不同分子量的p e g 对钻井液的流变参数和滤失量无大的影响 钻井液 性能如表4 一1 6 所示 1 5 0 c 老化1 6 小时后 测钻井液性能如表4 1 7 所 示 表4 1 6 不同p e g 对钻井液性能的影响 p e g 分静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i 子量 p a p a m p a s m p a s m l 2 0 0o 2 52 3 51 6 41 8 78 4 5 0 0o 2 53 4 71 6 62 0 09 2 1 0 0 00 7 03 6 81 6 31 9 98 6 1 5 4 0 o 6 03 5 81 7 22 0 28 2 1 5 0 老化1 6 小时后 测钻井液性能如表4 1 7 所示 表4 1 71 5 0 2 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i 滤失量增 子量 p a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 0 o 1 00 4 l3 6 4 0 1 2 44 7 6 5 0 0 0 0 5 0 2 6 4 2 46 1 2 4 3 4 8 1 0 0 0o1 0o 2 03 84 01 2 84 8 8 1 5 4 0o 0 5o 2 04 85 0l o 02 2 o 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 1 5 0 老化3 2 小时后 测钻井液性能如表4 1 8 所示 表4 1 81 5 0 老化3 2 小时后钻井液性能 p e g 分 静切力 动切力塑性粘度表观粘度a p l滤失量增 子量 p a 口a m p a s m p a s m l 加率 2 0 0o 0 5 o 4 1 2 42 81 9 41 0 3 9 5 0 0o 1 0o 5 13 o3 52 0 81 2 6 1 1 0 0 0o 0 5o 2 02 62 82 3 61 7 4 4 1 5 4 00 0 5o 2 03 63 82 1 o1 5 6 1 由实验数据可看出 经老化各流变参数量均降低 而滤失量增加 1 5 0 c 老化1 6 小时后 加入p e g l 5 4 0 的体系滤失量增加较小 但1 5 0 c 老化3 2 小时后 则是加入p e g 2 0 0 的体系滤失量增加较小 提高降滤失剂l s i 高温高压稳定性实验 基本体系 4 淡水钻井液 o 1 5 w t p h p a 5 w t k c i 1 5 w t l s 1 分别向体系中加入3 w t p e g 2 0 0 p e g 5 0 0 p e g l 0 0 0 p e g l 5 4 0 不同分子量的p e g 对钻井液的流变参数和滤失量无大的影 响 实验结果如表4 1 9 所示 表4 1 9 不同p e g 对钻井液性能的影响 p e g 分 静切力动切力塑性粘度表观粘度 a p i 子量 p a p a m p a s m p a s m l 2 0 0o 2 51 0 2 9 0 1 0 o 9 8 5 0 00 4 0 1 0 2 1 0 4 1 1 4 1 0 4 1 0 0 00 1 01 1 27 68 71 0 0 1 5 4 0o 1 01 0 27 88 8 9 6 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 1 3 0 老化1 6 小时后钻井液性能如表4 2 0 所示 表4 2 01 3 0 1 2 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分静切力动切力塑性粘度表观粘度a p i滤失量增 子量 p a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 02 0 04 5 05 81 0 21 3 8 4 0 8 5 0 01 9 53 7 85 89 5 0 1 4 23 6 5 1 0 0 01 4 04 7 0 1 46 0 01 3 63 6 o 1 5 4 01 1 02 5 67 09 5 01 3 6 4 1 7 1 4 0 c 老化1 6 小时后钻井液性能如表4 2 l 所示 表4 2 11 4 0 c 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分静切力动切力塑性粘度表观粘度a p i 滤失量增 子量 p a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 00 6 01 7 35 87 51 5 o 5 3 1 1 0 0 0o 3 0l0 7496 o 1 4 o4 0 0 1 5 4 00 0 51 3 34 25 5 1 485 4 2 1 5 0 c 老化1 6 小时后 测钻井液性能如表4 2 2 所示 表4 2 21 5 0 1 2 老化1 6 小时后钻井液性能 p e g 分静切力动切力塑性粘度表观粘度a p i滤失量增 子量 p a p a m p a s m p a s m l 加率 2 0 0o 2 50 9 23 64 51 9 o9 3 9 5 0 0o 0 505 13 64 11 8 88 08 1 0 0 0o 0 50 3 63 74 o 1 8 88 8 0 1 5 4 0o0 5o3 12 o4 3 1 961 0 4 2 2 1 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 图4 7p e g 对滤失剂性能影响比较 由实验数据可看出 经老化各流变参数量均降低 而滤失量增加 对于l s l 经1 3 0 和1 4 0 加入p e g 5 0 0 和p e g l 0 0 0 的体系的滤失 量增加相同 即使用效果相同 但升高温至1 5 0 时 则是加入p e g 5 0 0 的体系的滤失量增加较少 耐温效果好 提高降滤失剂p a c 1 4 2 高温高压稳定性实验 基本体系 4 淡水钻井液 t o 1 5 w t p h p a 5 w t k c l 1 5 w t p a c 1 4 2 分别向体系中加入3 w t p e g 2 0 0 p e g 5 0 0 p e g l 0 0 0 p e g l 5 4 0 不同分子量的p e g 对钻井液的流变参数和滤失 量无大的影响 钻井液性能如表4 2 3 所示 表4 2 3p e g 对钻井液性能影响 p e g 分子静切力 动切力 塑性粘度表观粘度 a p l 量 p a p a m p a s i t l p a s m e 2 0 01 3 0 7 4 6 1 2 41 9 78 6 5 0 01 1 06 0 31 4 01 9 98 4 1 0 0 0o 9 01 7 32 2 82 4 58 2 1 5 4 0o 6 03 6 81 4 81 8 48 0 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文第4 章实验结果与讨论 1 3 0 c