钻井液胶体化学

钻井液中的基本胶体化学问题

孙德军2012.101水基钻井液胶体主要组成粘土、油滴、水溶性聚合物、表面活性剂、电解质等主要功能悬浮、携带钻屑稳定井壁、控制地层压力冷却和润滑钻头、钻具传递水动力获取地下信息“海洋石油981”：第六代深水半潜式钻井平台，总造价近60亿元该平台长114米，宽79米，面积比一个标准足球场还大；从船底到钻井架顶高度为136米，相当于45层高楼。据测算，世界石油产量中约30%来自于海洋石油，深水油气资源开发正在成为世界石油工业的主要增长点和科技创新的前沿。我国南海具有丰富的油气资源和天然气水合物资源，石油地质储量约为230亿-300亿吨，占我国油气总资源量的1/3，属于世界四大海洋油气聚集中心之一，有“第二个波斯湾”之称，其中70%蕴藏于深海区域。4山东大学的胶体与界面化学钻井液技术的发展水基钻井液的共性1957年国内第二个胶体化学研究室1983年与原石油部共建“油田胶体化学应用研究室”1999年胶体与界面化学教育部重点实验室山东大学的胶体与界面化学－－－建立与发展“大庆油田发现不久，他就提出钻井泥浆的表面化学问题，他总是不遗余力的以自己敏锐的洞察力为祖国建设服务。”（张存浩院士，化学通报，2002）傅鹰院士51.SY/T5233-91“钻井液用絮凝剂评价程序”2.聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆,地质出版杜，19803.聚丙烯酰胺泥浆成分与性能的研究,地质出版社,19814.微乳液理论及其应用，石油工业出版社，19955.表面活性剂及其在油气田中的应用，石油工业出版社，19956.应用胶体化学，科学出版社，19987.正电胶钻井液,石油工业出版社,19998.表面活性剂在水泥和沥青混凝土中应用，轻工出版社，20019.表面活性剂在能源和选矿工业中的应用，轻工业出版社，200210.胶体与表面化学（第三版），化学工业出版社，200411.胶体化学，化学工业出版社，2005年12.石油开采中的胶体化学，化学工业出版社，2008年制订的行业标准及相关专著6钻井液技术的发展水基钻井液抑制剂大幅攀升大、小阳离子及两性离子聚合物、正电胶、铝化合物胺类甲基葡萄糖苷、聚醚甲酸盐在持续关注正电性处理剂的同时，电中性（非离子型）处理剂进一步发展。7clay-freeACCOLADE®SystemENCORE®SystemINNOVERT®SystemINTEGRADE®System2.lessorganophilicclay油基钻井液中不再使用有机土或用量大幅减少89102006年国外钻井液体系和处理剂分类-张克勤“水基钻井液：不分散钻井液、分散钻井液、钙处理钻井液、聚合物钻井液、低固相钻井液、优质水基钻井液、盐水钻井液、高温高压特种产品、完井液、裸眼清洁液、钻进液；”国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识-王中华“国内在生产中结合实际情况，借鉴国外新技术，逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术……”水基钻井液11钻井液水（盐）或油粘土颗粒、油/水滴水/油溶性聚合物、表面活性剂钻井液的基本问题？

调控粒子间相互作用维持适度的分散／聚结

抑制与分散的平衡12分散介质水（盐水）油13粘土“成也粘土败也粘土”（既要利用又要控制）14粘土-阳离子交换粘土阳离子交换容量

指在分散介质的pH值为7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量。影响因素包括粘土矿物的本性、粘土的分散度、分散介质的酸碱度。钻井液中膨润土含量的测定（亚甲蓝法）钠土、钙土等盐水浆中pH降低钙土的人工钠化处理剂的吸附…15样品分子式钠钙摩尔比钠蒙脱土（提纯）(Si3.79Al1.57)(Na0.934Ca0.050)(Mg0.414K0.038Ti0.018Fe0.40)O10(OH)218.68:1土耳其土（未提纯）(Si3.89Al1.15)(Na0.32Ca0.198)(Mg0.17K0.07Ti0.01Fe0.20)O10(OH)21.61:1怀俄明土（提纯）(Si4.10Al1.69)(Na0.37Ca0.13)(Mg0.29K0.033Ti0.008Fe0.27)O10(OH)22.85:1蒙脱籍土的胀钠钙忍比16水基评钻井艇液中惭的油普相主动瞧混入绵或钻稠遇？原油源（沥缠青）乳化赠、磺姨化沥慌青白油聚醚波类171835晃nm泻1m粗乳液纳米乳液微乳液粒径1-10μm50-500nm10-100nm乳化剂浓度低中高外观不透明透明、半透明或乳白色透明、半透明稳定性不稳定长期动力学稳定热力学稳定纳米酸乳液板、粗钱乳液币和微梯乳液柱的对携比纳米品乳液早简介本质：热宴力学扇不稳抖定，扫体系盒性质划依赖剂于组井分混乎合方寒式和新顺序1819

乳液的初始粒径随着HLB值的变化最佳HL薯B值1920乳液职滴的ze萄ta电位充随着pH值的拐变化,勺S荷=5沙w锐t%写,融O=独20蜡w受t%影,柏T=辽16毕℃Ze离ta电位2021正电吐纳米药乳液蕉的制扫备两步兄法制自备正压电纳镇米乳傍液乳液Ze身ta电位嘴和平辈均粒记径随CT旋AB浓度崖的变付化不同因浓度CT竹AB乳液编的粒析径分家布2122一步愚法制纷备正途电纳偏米乳喷液不同CT岂AB加量鸦时ze磨ta电势凉和平岁均粒恩径不同CT摊AB加量格时的个粒径恭分布22微乳秘稀释碗法制食备的沟正电其纳米蜘乳液微乳施液中1.怜5泻wt沸%符D2盾30对纳卫米乳秆液粒差径的吹影响23稀释铺温度僻对乳属液粒本径和英稳定精性的难影响24PI荷C法制爷备的乒正电经纳米浓乳液25乳液环在70撤℃恒温降放置不同此时间症时乳叶液的次外观猾变化疑，由垮左向决右乳访液中CT始AB浓度吧分别傍为0~纪5mMPI模C法制涌备的剧正电谈纳米赞乳液(a浆)庭0脸da访y(b谢)润14辟d刊ay26失稳雨乳液好的再锋利用冷冻直前（知左）聪后（涝右）现乳液丑流动似性的秧变化27编号所加失稳乳液比例/%失稳乳液含量

/gSaa/gOil/gWax/g液固蜡比例滴加的水量/g乳液性能111.121.63.23.21：18与原乳液一致216.731.42.82.81：171天后分层316.731.43.931.672：17乳液稳定42541.23.471.332：161天后分层533.31027.60.44：110乳液稳定633.3102713：1107天内未分层所加婆失稳亦乳液沸比例纲对乳库液再掉生过弹程的啄影响失稳授乳液狭的再勇利用2829乳液卵的基妇本应裁用功展能降低汪摩阻抑制是粘土预膨胀提高度钻屑揭回收长率对泥忙浆结眠构强帽度影伍响小29现场傅应用泳大约30秆0口井区块掌：胜拉利、樱新疆蹦、中狗原、旷江苏秆、四贡川等地试验书井的惩类型太涵盖驱了探才井、村开发另井和宅水平宇井、扬定向基井、灾侧钻现井、防分枝互井、衣大位珍移井备等多欺类特要殊工坑艺井痒。为江索苏水抄乡油抬田等减环境殖敏感均区水答平井疮探索庙出一散条新甚途径款。30表面散活性迅剂胺（雁铵）讽类聚醚磺化阔聚合坏物的损起泡31聚醚秩浓度可为1％时罗钻井遥液粘循附系舞数与股温度嘉的关酷系。坚（CP隐T8增2℃，M1龄90惯0，EO卷%掀50秀%）32已二胺NH2(C迟H2)6NH2聚胺乙二稼醇类(R夏O)2NCH2CH2N(O夏R)2聚胺类胺（日铵）塞类抑制开剂质子查化反尘应：33页岩潮抑制使剂胺铝盐包被坛剂en贺ca而ps浙ul选at耻or高分跃子量鸽的部靠分水白解聚剩丙烯肚酰胺防泥虹包剂an期ti熔-a栽cc苍re毙ti仍on慨a护ge句nt降滤密失剂高性眯能水借基钻巾井液HP驼WB输MHi忘gh棍p戒er逮fo晌rm稿an训ce陆w揭at坊er端b卡as孤ed拒d丈ri泄ll关in械g华mu头d34有机贺胺水性溶液醋的表诸面张距力35Am珠in括e-勤1在粘浆土上裤的吸症附曲礼线MI聚胺卡在粘包土上返的吸薯附曲赶线电解栽质对张胺在吸蒙脱腿土上岂吸附炭的影址响36温度电和电封解质梯对胺谅在蒙刷脱土装上吸酱附的斩影响Am恒in巨e-迁1在粘票土上滩的吸枯附曲壁线MI聚胺列在粘载土上斯的吸摔附曲阵线37蒙脱老土水猎化与勉否对升胺吸洋附的身影响38胺及惜典型阳离德子活紫性剂对粘译土颗土粒Ze刮ta电势制的影蓬响39胺插镰入粘股土层庙间示售意图样品处理层间距空白胺胺-NaCl胺-KCl胺-CaCl2MI聚胺（Å）12.5114.0013.6213.7514.17Amine-1（Å）12.5113.8313.8313.8113.94Amine-3（Å）12.5117.8217.8516.4216.0040温度肿和电绵解质列对含躬胺粘估土浆pH值的仅影响41条件回收质量(g)回收率(%)蒸馏水2.70井浆加胺前11.6135.64井浆加胺后16.9657.04实验条件:150℃滚动16小时胺提格高井政浆回俊收率注：临11酸1-艘X9，井弦深23歪30米(东二缺段)，口加量0.抗35栋%421.当处挡理剂召分子纹结构泡中有较长迈碳链浩和季辆铵盐蜂阳离侨子基听团时，础虽然铅对粘锈土分桐散造尤浆性粒有极伙强的俱抑制挺能力懂，但失水洋偏大，而愈且起泡撇多，不准适合舒用作陪钻井神液抑狡制剂顿。分子纲结构丛中不含袖长碳似链和都季铵尽盐阳满离子蜻基团茅的非勉离子准型有回机胺慈类，有捷一定仙降低肿表面抖张力译和升位高粘膏土浆pH值的谜作用比，对主粘土骑颗粒ze僚ta电势哪影响木不大裤，因骆此，剖在明磨显抑雕制粘悄土分疯散造格浆作甩用的血加量恭时，非对已牵水化余分散仰泥浆杂有一词定的傻降粘勾和降饲滤失开作用路，达杂到一浆定加沿量时因亦无济需加晋碱提记高pH值。当钻盆井液推抑制好性不蓬足固料含、袍粘切咸上升茄急需砌强化脸抑制抖性时吗，聚召合物虽、正局电胶躁等多谋数抑独制剂胞“刮加不烫进去讨”，新抹型的成胺类券或许震是不谱多的绵选择丽之一旦，可逢望用妈于高固育含钻臭井液显抑制街性的提辩高和青粘切轿调控强。胺类贿抑制苹剂小颂结43合成庸聚合推物水基材钻井椒液中混高温贝高盐躺的影毒响44粘土聚合坐物处且理剂-降解坊、交碎联、鸽解吸捞附高温交高盐抗水基装钻井笨液面列临的锦问题45公司名称组分温度CHEVRONDriscal®DAM-AMPS-NVP（？）246℃ClariantOilServices

Hostadrill4706乙烯酰胺-乙烯磺酸共聚物230℃BaroidTHERMA-CHEK®乙烯酰胺-乙烯磺酸共聚物232℃M-IDURALONAMPS/N-烷基丙烯酰胺204℃RESINEX聚合物-褐煤的混合物204℃AM、磺化单体、交联单体232℃BASF

polydrill磺化聚合物、磺化褐煤200℃BakerHughesPYRO-TROL®AM-AMPS260℃部分喷国外森公司守的高起温处惜理剂46有无陷差异?聚合涌物水死热处首理（蜂降解功！）户后加专入泥熄浆聚合税物（荷或溶枯液）煤直接筑加入洗泥浆47实验条件AVmPa•sPVmPa•sYPPaFLmlpH聚合物降解混合处理200℃/16h(盐水基浆)5.52.53.095.07.00200℃/16h*7.06.01.09.0-11.08.44180℃/16h80℃/24h4.54.506.0-7.28.57200℃/16h80℃/24h2.02.007.0-9.08.68200℃/24h3.03.009.0-11.08.4680℃/24h（盐水降解）7.06.01.07.0-8.08.50200℃/72h室温/24h3.53.507.28.57注：务（*）为言未“司预降巡寿解”趟聚合记物对转比数港据4%盐水链泥浆煤：4中wt毕%粘土+1龙.5耕wt除%聚合乒物聚合逐物“驰预降粥解”胃对盐剑水泥咳浆性袖能的葛影响482筑%SS撤MA聚合乡丰物高庄温处等理对误盐水原泥浆枯性能旬的影援响实验条件AV/mPa•sPV/mPa•sYP/PaFL/ml

pH聚合物热处理混合处理聚合物NaCl盐水溶液常温室温静置24h后120℃/8h4.52.02.5347.68聚合物NaCl盐水溶液120℃/8h室温静置24h后120℃/8h5.52.03.5467.51聚合物CaCl2盐水溶液常温室温静置24h后120℃/8h4.52.52.0267.92聚合物CaCl2盐水溶液120℃/8h室温静置24h120℃/8h2.52.50197.71聚合物复合盐水溶液常温室温静置24h后120℃/8h4.52.02.5427.20聚合物复合盐水溶液120℃/8h室温静置24h后120℃/8h4.52.52.0307.18注：社聚合弱物-粘土敬分散军体系化：4参.0混wt武%Na河Cl+讽2.斜0爽wt狠%按P绸SS熄MA桌+4惰w晒t崭%泥浆；0.榆5瘦wt明%热C港aC挠l2+2罩.0侍w债t吨%港PS辅SM丛A+墙4创wt衔%泥浆；0.碰5朝wt迁%冷C转aC芒l2+4圣wt厉%Na烘Cl+施2.涌0道wt啦%耽PS痕SM葡A+恋4遵wt目%泥浆；49氯化弄钙加圾入前霸后聚据合物遣水溶裤液水不仅溶聚隶合物天有无榜降滤丝式失作臂用？50聚合杀物对斥盐水颈、复秧合、播饱和吐盐水煤基浆锄滤失自量及雪流变衡性能揭的影绩响实验条件AV/mPa•sPV/mPa•sYP/PaFL/ml

pH聚合物混合处理*聚合物水溶液

与盐水基浆混合后200℃/16h老化

6.05.50.511.08.99#聚合物水溶液

混入复合盐水基浆后200℃/16h老化

11.256.55.758.48.73#聚合物胶乳

与盐水基浆混合后200℃/16h老化

12.05.07.020.08.70☆聚合物饱和盐水溶液

饱和盐水基浆混合后200℃/16h老化

9.08.01.09.08.36*板组成呼：4述wt悟%的泥孙浆+4封w欠t镇%Na买Cl+捏1.歉5w饺t载%聚合佳物；#组成问：4昆wt碗%的泥滴浆+4wt犬%N修aC陈l+0飘.5晌w汉t%格Ca煤Cl2+1转.5牌w态t%聚合奔物；☆组邪成：4渐wt退%的泥抄浆+3剂0wt聪%N疤aC俱l+1躲.5泛w都t%聚合阴物。粘度廉降低槽能否爷说明支聚合促物降柄解？低分底子量誓必然拥是低附粘度萝！低粘消度一时定对丹应低恢分子馅量？不同锁温度没处理廊后PA每MP伪S水溶烫液表胶观粘耀度随雪氯化士钙浓贿度变稠化曲状线不同腹温度恐处理击后PS牢S水溶龟液表计观粘提度随氯屑化钙司浓度车变化惩曲线52SS岛MA（x:岸y=1责:1）PA恭MP系SPS啦S高温装高盐确对水堤溶性牛聚合味物的圾影响-降解践？析冶出（浊点曲盐度）？53注：PA钓MP徐S分子变量80万PA辨