对抗温耐盐钻井液体系及其相关处理剂的研究

1绪论1.1引言石油是不可再生能源,它作为一种常规能源和重要的战略资源,关系着一个国家的经济发展和国家安全。随着世界对石油资源需求的日益加剧,已探明的浅层油气藏远不能满足经济发展的需要。近年来,中国石油和天然气领域的研究不断的深入探索和发展,钻井业逐渐由浅层地层、简单地层向深层地层、复杂地层钻探开发,深井、超深井将是未来的勘探和开发的重点。在逐渐向深层地层进行的钻井勘探作业中,由于储层埋藏得较深、地层压力变大、岩性也变得更加的复杂,这些变化导致了钻探作业实施困难且成本高时效低,更易导致发生事故。目前,我国对深井和超深井钻井液技术和工艺进行了深入研究并取得了很大的发展,技术和工艺也越来越成熟安全,基本能满足钻井工程施工要求,但是,超深井的钻井工作除了面临地层的复杂条件外还存在着很多问题,尤其是在对抗温耐盐钻井液体系及其相关处理剂的研究、控制高密度高温条件下钻井液流变性的技术等方面的研究与国外存在较大差距[“3]。1.2深井钻井液的性能变化高温高压是深井钻井液所面对的最大问题,在5000m深井中井底温度可达150-250°C,现在我国的钻井作业深井已经可达7000m以上,国外甚至可达万米以上,井底温度随着井深的加深,钻井的地层越深,地层温度越容易出现梯度异常,井底温度也就越高,而井深在5000m以上的深井的井底压力也很高,能够达到100MPa以上,这种状况必然对钻井液的性能带来严重影响。在深井、超深井钻探作业中,作业井越深,钻井液在井下工作中循环的时间越长,停留在井下的时间也增长。井下的温度和压力会随着井深的增加而增高,而钻井液在低温下不易反应或不剧烈的反应,甚至不明显的反应都会因为高温的作用而变得容易发生和明显,从而使深井钻井液的性能发生变化。油基钻井液性能受高温影响较小但是对于环境有着较大影响,水基钻井液对于环境污染相对较小但受高温影响较大[4]。1.3钻井液添加剂——降粘剂随着钻井过程的继续，钻井液中的固相颗粒过多以及粘土颗粒形成空间网状结构，是钻井液稠化的主要原因。对于深井或高压地层钻探，需要使用高密度钻井液。而高密度钻井液中的大量固相加重剂的加入，增强了钻井液内颗粒间的摩擦，所配制的钻井液粘度、切力明显上升，流动性降低[1]。同时，在钻井过程中，随着钻进深度的不断增加，钻屑增多，而固控设备又不能完全除去这些钻屑，尤其是2um以下的钻屑，那么钻井液中就存留了大量的细颗粒的钻屑，导致钻井液中的固相增多。另一方面，由于钻进过程中可能遇到盐膏层或高温高压地层，使钻井液中的粘土颗粒表面双电层受到压缩或水化膜变薄，从而使颗粒间斥力减小，颗粒彼此之间易于连接形成空间网架结构或使网架结构增强，导致钻井液粘度、切力增加，使得钻井液泵送困难、钻屑难以除去或钻井过程中激动压力过大等现象，造成钻井事故。因此，必须加入降粘剂，降低体系的粘度和切力，使其具有合适的流变性。1.4抗温耐盐处理剂的要求对抗高温钻井液处理剂的要求是它在高温的环境下稳定性好,且在高温作用下钻井液处理剂不易高温降解和高温交联,或交联很弱,在可控范围内;能够在粘土颗粒表面有较好的吸附能力,亲水性强;能够有效的抑制粘土的高温分散作用;能够在较低的pH值下发挥作用;具有较好的抗盐析能力[6]。1.5国外抗温耐盐降粘剂研究现状经过对国外钻井液降粘剂发展情况的跟踪调研分析,国外钻井液降粘剂品种较多,1981年使用的降粘剂共有205种,1982年已经达到269种(商品名)。在随后的近20年,随着可供选择的降粘剂产品越来越多,人们逐步进行优化,更重视在保护油气层、无污染环境、高效低廉等方面深入研究,以优化出性能优异、综合价值更高的降粘剂。到1999年优化至219种,2001年进一步优化到95种,之后随着石油经济的快速发展,2004年已经发展到170种,2006年发展到196种[10]。降粘剂的种类主要是以木质素、合成聚合物、纤维素、腐植酸、单宁等为原料。由此可见,降粘剂在现场的应用和社会其他事物的发展一样,随着人们认识的不断提高而得到进一步改善。目前,国外研究人在钻井液降粘剂研究方面开展了大量工作,主要成果有:①丙烯酸-羟丙基丙烯酸酯树脂聚合物R.B.Steven和W.H.Lany[11]用丙烯酸、羟丙基丙烯酸酯树脂合成了分子量介于5000-10000间的聚合物降粘剂。和木质素磺酸盐混合使用,耐温达200℃,若引入如羟乙基化苯酚聚氧化乙烯类表面活性剂,能进一步提高钻井液的耐高温性能。②DMP解絮凝剂是一种黑色素衍生物,抗温达204℃,在二价阳离子含量高的钻井液中仍能发挥降粘作用。范德华粘度测试结果表明,当温度为121℃时钻井液快速絮凝,177℃时凝胶化。添加DMP的钻井液粘度在25℃-149℃间降低,149℃-177℃间不变,温度达232℃时钻井液粘度下降36%,冷却至室温粘度保持不变。③Thermal-ThinThermal-Thin是Baroid公司研发的一种耐温达200℃以上的聚合物降粘剂,在低固相含量的淡水基浆中效果显著,适用于各种分散型钻井液,与FCLS复合使用效果更佳,配伍性很好,抗盐抗钙污染能力强。④耐高温丙烯酸盐-磺酸盐酰胺聚合物J.J.Dikerl等成功研制的丙烯酸盐-磺酸盐酰胺聚合物,抗温可达220℃,并能起到降低滤失量的效果,适用的水基钻井液pH值在8-11.5之间。⑤HTHP聚合物解絮凝剂美国MilchemCompany和NationalSturch&ChemicalCompany共同研发的淡水基浆用马来酸酐/磺酸盐乙烯基甲苯聚合物和马来酸酐/苯乙烯磺酸盐聚合物降粘剂[12],可以抗304℃的高温。现场应用证明,与聚合物降滤失剂复配使用,不仅能降低钻井粘度,还能降低滤失量,可成功地应用于复杂的生产井。另外,国外钻井液工作者通过近几年广泛而深入地研究,成功研制出了VS-VA[13～14]和Polydrill[15]两种抗高温降絮凝剂。⑥降粘剂PVPM-I公司的M.A.Tehrani[16]成功研制了聚乙烯基吡咯烷酮(PVP),耐温180℃,该聚合物是离子型、非离子型聚合物的混合物,对钻井液有很好的剪切稀释性。⑦高温稳定剂是由澳大利亚石油研究协会的Md.Amanullah[17]研制成,抗温150℃,可以有效抑制粘土钻井液的高温降解现象。⑧Y.–M.WU等[18]用AMPS、衣康酸(IA)、丙烯酰胺(AM)和吡咯烷酮(NVP)合成的钻井液降粘剂,抗温达220℃。1.6国内抗温耐盐降粘剂研究现状钻井液降粘剂最早应用于钻井工程是在20世纪30年代末,主要是无机磷酸盐降粘剂。40年代丹宁和木质素磺酸盐在钻井液添加剂领域得到广泛应用。到60年代铁铬木质素磺酸盐(FCLS)以其优良的性能成为重要的钻井液稀释剂,但它最大的缺点是含有对人体有害及污染环境的有毒铬。至20世纪90年代初期,人们对绿色、安全、环保的意识逐渐提高,随着世界各国环保意识的增强,导致FCLS降粘剂的应用受到极大的限制,科研人员转向对天然木质素、栲胶类降粘剂的改性进行研究,通过不饱和烯烃进行连接并引入功能基团,用无毒的高价离子络合,来替代含铬的降粘剂。改性后的降粘剂降粘性能较好,但抗温仅150℃,抗盐性能也很差。90年代中后期,降粘剂主要以相对分子质量低的聚合物类为主,主要集中在马来酸酐(顺丁烯二酸)的共聚物,已有较多的现场应用。此外以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、烯丙基磺酸钠(AS)和马来酸酐(MA)为原料的阴离子聚合物降粘剂,及含有不同阳离子单体的两性降粘剂等,在抗盐抗污染性能和降低粘土分散能力等方面已经基本达到世界先进水平,为进一步研究钻井液添加剂奠定了基础。1、天然材料改性产物(1)改性木质素类AMPS/AA/DMDAAC-CaLS接枝共聚物[26],是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和木质素磺酸钙为原料,接枝共聚,作为钻井液降粘剂具有较好的耐温耐盐能力和抑制粘土分散性。MGBM-1、MGAC-2[27-28]是木质素磺酸盐的改性物,即具有降粘性能又有降滤失性能的新型钻井液处理剂。用0.5%的降粘剂处理后基浆表观粘度降低50%,动切力降低80%,滤失量降至49%,剪切力降低幅度更大,具有良好的热稳定性,抗温抗盐能力及岩心回收率明显优于FCLS。改性碱法制木浆废液聚合物[29],废液中提取的碱木素和有机单体甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸等接枝络合得到改性碱木素,干燥后和FeSO4·2H2O复配,即得到具有良好降粘性能且抗温、抗盐、抗钙污染能力强的无铬钻井液降粘剂。当温度为180℃、加剂量为0.8%时,降粘效果较好;当温度大于150℃时,降粘效果明显降低,在相同温度下该降粘剂与FCLS的降粘效果非常接近。新型无铬钻井液降粘剂SLS[30],是以有机硅和木质素磺酸盐为原料合成。由于硅的存在大大提高抗温性,达200℃,与磺化酚醛树脂、聚丙烯酰胺具有良好的配伍性,抗温耐盐能力都优于FCLS。PNK[31],是以木质素磺酸钙和丙烯酰胺通过接枝共聚,经金属络合和磺化剂磺化处理等一系列改性处理制得,室内试验证明该降粘剂具有良好的耐温、抗盐侵能力。(2)改性单宁类改性单宁类降粘剂优点是抗温能力较强,淡水钻井液中使用温度达200℃,但由于成本太高,阻碍了它的发展和应用。SMT-T[32],提取塔拉豆荚粉中的单宁,经磺化、Fe2+络合改性制得。室温至120℃环境下,降粘效果不明显,温度在180-220℃左右时,无论是在淡水基浆或盐水基浆中,降粘率均大于84%,是一种适用180-220℃的钻井液降粘剂。王中华等[33]用单宁酸和丙烯酸、AMPS进行接枝共聚,得到的单宁酸接枝降粘剂抗温在160℃以上,在淡水基浆及各类盐水基浆中都能发挥良好的降低粘度、切力的作用。黄荣华等[34]通过在塔拉单宁单体上引入刚性酯基、吸附性酰胺基、水溶性磺酸基和羧酸基等基团,得到的聚合物也有显著的降粘效果。(3)不同天然材料改性类将L-天冬氨酸和催化剂加入反应釜中混合,在200℃-300℃条件下反应一定时间,得到聚天冬氨酸,再用氢氧化钠进行水解,即得到具有良好降粘效果和抗盐能力的钻井液降粘剂[35]。在一定工艺条件下,多元醇类天然大分子先后经过柠檬酸和碱处理后得到了一种聚合酸降粘剂,并在辽河油田46口井中被成功投入应用,表现出良好的技术效果,创造了经济效益。当加剂量为0.5%-1.5%时效果与FCLS相当,抗盐污染能力优于SF降粘剂,抗温达到130℃。在辽河油田46口井上聚合酸降粘剂得到成功应用,并取得了良好的钻井技术效果和经济效益[36]。2、合成聚合物降粘剂(1)含羧酸基团类降粘剂A-1[37]。谢水祥等用丙烯酰胺通过自由基聚合反应合成,相比其他降粘剂,动切力较低幅度小,且表现出良好的降粘性能和抗温性能。降粘剂AA-IPPA[38],是以丙酮、冰醋酸、三氯化磷为原料合成单体异丙烯磷酸IPPA,再与丙烯酸聚合即得到降粘剂,结果表明,该聚合物降粘剂具有良好的降粘效果和抗温抗盐能力。降粘剂AMPS/AA/DMDAAC[39],以碱法制浆废液的方法制得,室内评价结果表明,加剂量为0.3%时,降粘率最高,抗NaCl达30%,抗CaCl2达1%,抗温150℃。降粘剂AMPS/DMAM/AM[40],是以AMPS、丙烯酸铵、N,N-二甲基丙烯酸胺为单体,采用氧化-还原引发体系制得的一种聚合物降粘剂。实验表明,该降粘剂有良好的降粘、耐温、抗盐性能。只含羧基的降粘剂只是降粘效果明显,在抗盐、抗钙性能方面效果较差,因此只适用于淡水钻井液中,不能应用于盐水和高矿化度钻井液中。(2)含磺酸基团类磺酸基是一种强水化基团,-SO3-基团两个S-O的p-dπ键提高了-SO3-基团的稳定性,外界阳离子的侵入大大提高-SO3-共轭体系的自由能,因此能有效抵抗Na+、Ca2+、Mg2+的污染。AMPS/AA聚合物降粘剂。抗温达180℃,在饱和盐水基浆或1.0%CaCl2基浆中仍能发挥良好的降粘性能,能有效抵抗高价金属离子对钻井液的污染。AMPS/AA/MA三元共聚物。在AMPS/AA基础上引入马来酸酐,实验结果表明,与二元共聚物相比抗温、抗氯化钠能力没有明显变化,但抗钙能力明显增强。三元共聚物抗温、抗盐性能与AMPS/AA二元共聚物相似,但抗钙性能明显优于AMPS/AA二元共聚物。磺化苯乙烯-水解马来酸酐聚合物SSHMA[41],是以甲苯和二甲苯为溶剂,BPO为引发剂,苯乙烯和马来酸酐物质的量比为1.0-1.2:1.0,引发剂用量0.7%-1.2%,在95℃反应釜中反应3h即得到聚合物,在氢氧化钠存在的条件下再将SO3和聚合物混合磺化1h,即得到降粘剂SSHMA。加剂量为0.2%时,淡水基浆表观粘度从75mPa·s降到30mPa·s以下;加剂量为0.3%时,使经230℃老化16小时的淡水基浆表观粘度从64mPa·s降到28mPa·s以下,可应用于现场深井或复杂井的钻探工程。(3)含阴、阳离子基团的两性类两性离子类降粘剂是目前降粘剂研究的重点,具有适当结构的两性聚合物降粘剂的性能强于传统的降粘剂,不但表现出良好的降低钻井液粘度和动切力的能力,还可增强其抑制性,但其合成条件严重影响聚合物的性能,价格昂贵,导致应用受到限制。邱正松[42]以烯酸、烯基磺酸、丙烯酸酯与烯基季铵盐合成的抗高温聚合物降黏剂,抗温达245℃(热滚16h下),且均具有优异的降黏效果,同时能抑制黏土水化膨胀和降低滤失量,在深井超深井高温高压高矿化度条件下对钻井液流变性调控表现突出,性能优于国外同类产品。可适用于淡水基浆、加重基浆、复合盐水基浆。TaoWan等人以以非离子单体丙烯酰胺(AM)、弱阴离子型单体丙烯酸(AA)和强阳离子型单体苯乙烯磺酸钠(SSS)通过自由基聚合,合成的AM/AA/SSS三元共聚物钻井液降粘剂,因聚合物分子中引入的刚性基团,使其可抗200℃以上的高温。黄进军[43]等通过水溶液聚合反应制备的丙烯酸/丙烯磺酸/AMPS/阳离子单体共聚物THIN,抗温高达220℃,在高含量固相高密度水基钻井液中降粘性能显著优于工业化降粘剂XY27和FCLS。张翔宇等[44]研制的含阴阳离子聚合物VRA。结果表明:VRA不仅降粘效果优,高温稳定性和防盐侵能力也很突出,另外阳离子的存在也使其具有一定的防坍塌能力,有效保护油气层。王富华等[45]合成的JNL-1降粘剂抗高温达到240℃,,和商业用降粘剂SF-260、BOSST相比,JNL-1的抗温性最佳,抗钙能力和SF-260接近,达10g/L,是一种高温耐盐降粘剂。(4)有机硅类OSAM和OSAM-K分别是有机硅腐殖酸的钠盐和钾盐,由甲基硅醇和腐殖酸在盐催化作用下缩合而成,使其即具有甲基硅醇的高温稳定性、抑制性,又兼有腐殖酸的降粘、降滤失效果。新型抗高温钻井液降粘剂有机硅氟共聚物SF[46],以优异的性能引起人们的重视,在两口井的现场应用结果表明,SF钻井液抗温在230℃以上,处理简单、使用周期长、抗温降粘效果理想。它是在聚甲基硅氧烷分子上引入三氟甲氧基来提高聚合物的化学稳定性,硅氟聚合物自身的分子结构决定了它具有良好的稳定性和较宽的工作温度(-40-250℃)。含硅聚合物能抑制粘土在水溶液中水化分散程度,因为分子中的≡Si-OH键和粘土颗粒表面的≡Si-OH键能够缩合≡Si-O-Si≡键,吸附在粘土颗粒表面的硅烷化合物能够产生表面润湿反转作用。根据降粘剂的发展史及应用现状来看,天然高分子降粘剂仅适用于较低温度或较低盐含量的钻井工程中;无机降粘剂耐温性能较差,且在高矿化度钻井液中起不到降粘作用;聚合物类降粘剂可以通过单体选择、优化合成工艺等方法设计、调节分子结构,以研制出耐温(大于200℃)、耐盐、无毒、环境安全的钻井液降粘剂。1.7降粘剂的降粘机理分析影响钻井液体系粘度的因素有以下几个方面:钻井液中的固相含量,钻井液中固体颗粒的重量、形状和内部作用力,其中固体颗粒的内部作用力包括了固体颗粒相互之间的作用力和溶剂与固体颗粒相互间的作用力,同时钻井液体系连续相的粘度和处于分散状态的其他液体的含量也会影响钻井液的粘度。外在的温度、压力、剪切速率等也会对其有所影响。在实际钻井作业中,导致钻井液增稠的主要原因有两个。一是由于钻屑的侵入分散,这会引起钻井液体系中固相含量的增加,使整个体系增粘,这种原因导致的钻井液增粘只能通过调节体系的固相含量来解决,例如,清水稀释、替换部分钻井液、利用机械设备清除固相等,用降粘剂来调整粘度没有什么作用。二是钻井液体系内部形成了网状结构,钻井液中的粘土颗粒的边缘由于破碎作用或是水化分散作用产生活性点,使粘土颗粒之间通过这些活性点形成端-端、端-面相连的空间网状结构。在聚合物钻井液中还会有聚合物与粘土颗粒、聚合物与聚合物之间形成的空间网状结构,从而导致钻井液稠化,这种原因引起的钻井液稠化就可用加入降粘剂的方式来降低钻井液体系整体的粘度,使钻井液体系的流变性得到改善。水基钻井液基本都是分散型的。在钻井过程中,粘土和钻屑的分散于钻井液中,造成钻井液的调化。一个方面是固相含量造成的(包括固相含量高和固相粒子的分散),另一个方面则是由于粘土颗粒之间的相互作用力而形成的空间网架结构造成。此外,随着井深的增加会有外来物质进入钻井液中,钻井液体系对于外来物质的敏感性也会导致钻井液的稠化和不稳定。粘土颗粒的表面带有电荷但其带电性质非常的不均勻,即是说粘土颗粒会有两种不同的表面,既有带永久负电荷的表面,又有既可能带正电荷也可能带负电荷的表面,粘土颗粒的表面在溶液中便可能会形成两种不同的双电层。粘土颗粒之间的相互作用力是斥力和吸力共同作用的结果,在不同条件下会形成不同的连接方式,包括聚结(由于粘土颗粒面-面结合造成)、絮凝(由于粘土颗粒端-面和端-端的结合方式造成),分散和解絮凝。分散型的降粘剂可以通过吸附(静电吸附,配位键吸附)在粘土颗粒端面上,使粘土颗粒端面性质发生改变,从而拆散钻井液中的网架结构,降低钻井液粘度。降粘剂吸附在粘土颗粒上一是使端面电荷反号,降粘剂吸附在带正电荷的粘土颗粒表面,将其转化为表面带负电荷的,从而拆散粘土颗粒间端一端、端一面结合而形成的结构,降低体系的粘度。二是增强粘土颗粒端面水化膜厚度,降粘剂的吸附基吸附在粘土颗粒的端面上,水化基会给粘土颗粒的端面上带来丰厚的水化层,削弱端-端,端-面的连接,拆散网架结构,同时释放出自由水,使粘度降低。另外降粘剂的吸附还可能提高粘土颗粒的专电位,增强粘土颗粒之间的静电斥力作用,削弱粘土颗粒之间的相互作用,达到降粘目的。降粘剂对钻井液的胶体稳定性也有效,在降粘剂加量大的时候还具有一定的降滤失性。由于有负电增强作用,钻井液中加入降粘剂会加速粘土颗粒的分散,粘土颗粒的分散对钻井作业有影响,但是事实证明不论哪种类型的钻井液都不能完全去除降粘剂,所以降粘剂的加量偏小。在钻井液增稠时少量降粘剂就能够降低钻井液粘度,改善钻井液流变性,对钻井液稳定性有一定作用。降粘剂或是吸附在粘土颗粒带正电荷的边缘的“活性点”,增强该“点”的负电效应,拆散粘土颗粒间形成的结构使体系无法形成网架结构,或是与钻井液体系中的聚合物发生作用,拆散聚合物与粘土颗粒的吸附,或拆散聚合物之间的连接,这样可以使已经形成的网架结构在降粘剂的吸附过程中而被拆散达到降粘目的。几类降粘剂的机理又不完全相同。1.8课题研究方向以丙烯酰胺、磺酸型阴离子单体、有机硅单体为主要原料，通过水溶液自由基聚合，制备一种抗温耐盐型水溶性两亲聚合物降粘剂。考察单因素对共聚物降粘性能的影响，确定最佳合成方案，对降粘剂的降粘性能及耐温抗盐性能进行评价。

降粘剂的合成制备2.1实验药品及实验仪器2.1.1实验药品本次实验的药品见表2-1表2-1实验药品及生产厂家药品名纯度生产厂商丙烯酰胺（AM）分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司乙烯基磺酸钠（EI）分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司KH570分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司过硫酸钾（KPS）分析纯重庆东方试剂厂异丙醇（TOH）分析纯重庆东方试剂厂丙烯酰胺（CH2=CH-CONH2）是一种白色晶体物质，分子量为70.08，是1950年以来广泛用于生产化工产品聚丙烯酰胺的前体物质。聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等。乙烯基磺酸钠，又名乙基磺酸钠、乙烯黄酸钠、乙基磺酸钠、乙烯黄酸钠、乙烷磺酸钠，化学式（分子式）：C2H3NAO3S，密度为1.20。KH-570硅烷偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是一种有机官能团硅烷偶联剂，对于提高玻纤增强和含无机填料的热固性树脂能提高它们的机械电气性能，特别是通过活性游离基反应固化（如不饱和聚酯，聚氨酯和丙烯酸酯）的热塑性树脂的填充，包括聚烯烃和热塑性聚氨酯。过硫酸钾，无机化合物，白色结晶，无气味，有潮解性。助燃，具刺激性。主要用作漂白剂、强氧化剂、照相药品、分析试剂、聚合促进剂等。异丙醇，一种有机化合物，正丙醇的同分异构体，别名二甲基甲醇、2-丙醇，行业中也作IPA。无色透明液体，有似乙醇和丙酮混合物的气味。溶于水，也溶于醇、醚、苯、氯仿等多数有机溶剂。异丙醇是重要的化工产品和原料。主要用于制药、化妆品、塑料、香料、涂料等。2.1.2实验仪器本次实验所需仪器有：有机合成玻璃仪器一套，水浴锅，电子分析天平，数字式粘度计，红外光谱仪。2.2反应方程式2.3合成方法称取一定量的丙烯酰胺（AM）、乙烯基磺酸钠、KH570、过硫酸钾、异丙醇于三颈瓶中，加入适量的水，放入水浴锅中加热使其溶解，控制单体质量分数为15%，各单体的摩尔比n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)=2:10:0.5，搅拌至全溶，加入占总质量体系1.5%的引发剂和占总质量体系1%的阻聚剂，调节pH值至弱碱性，搅拌均匀，于80℃的水浴锅中反应3h，得到聚合物产物。测试与表征3.1性能评价参照行标SY/T5243—91用六速旋转粘度计对反应条件进行优选并对所合成的产物进行性能评价，按ZB/TE13004中的3．2．2条规定的程序，测600，300，100r/min下的读值，并计算产物的降粘率。我国目前通用的表示降粘剂降粘效果的参数，是引用美国Magcobar公司的以φ100读数计算的降粘率DI［7］。DI=φ1000－φ100φ1000×100%式中DI———降粘率，%;φ1000———泥浆100r/min的读数;φ100———泥浆加试剂后100r/min的读数。3.2单体配比的影响单体质量分数为15%，溶液pH值7～8，反应温度70℃，分别加入占体系总质量均为1.0%的引发剂和阻聚剂，反应时间为4h，合成聚合物降粘剂。单体配比对降粘性能的影响见表3-1。由表3-1可知，乙烯基磺酸钠的引入能够增强聚合物的抗温抗盐性能，单体配比2:10:0.5时，乙烯基磺酸钠的量继续增大，降粘性能并未提高。所以，确定最佳单体配比为n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)=2:10:0.5。表3-1单体配比对降粘剂性能的影响序号n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)降粘率%11:10:0.522:10:0.533:10:0.542:8:0.552:12:0.562:10:0.372:10:0.482:10:0.63.3反应温度的影响温度会影响反应速度和聚合物的分子量，从而影响降粘剂的降粘效果。单体质量分数为15%，单体配比为n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)=2:10:0.5，溶液pH值为7～8，加入占总体系质量均为1.0%的引发剂与阻聚剂，反应4h后得到聚合物产物，并对其进行降粘剂性能评价，结果见表3-2。表3-2反应温度对降粘剂性能的影响序号反应温度降粘率%140增粘250增粘36080.1047085.5558086.0269085.06由表3-2可知，温度40至50℃时，得到的聚合物产物粘度高，分子量也十分大，因此合成的降粘剂不但没有降粘效果，反而有增粘效果：反应温度60至90℃时，特别是在80℃时，产物的降粘性能最优，分子量也适中，所以确定聚合反应的最佳温度为80℃。3.4反应时间的影响单体质量分数15%，单体配比为n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)=2:10:0.5，反应温度为80℃，溶液pH值7～8，加入占总体系质量均为1.0%的引发剂与阻聚剂，反应时间对降粘性能的影响如图3-1。图3-1反应时间对降粘剂的影响由图3-1可知，随着反应时间的增加，降粘率也随之提高。反应时间为3h时，聚合物降粘效果最好，继续增加时间，降粘率又逐渐降低。所以确定最佳反应时间为3h。3.5引发剂加量的影响单体质量分数15%，单体配比为n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)=2:10:0.5，反应温度为80℃，溶液pH值7～8，反应时间为3h，引发剂加量对降粘剂性能的影响见图3-2。图3-2引发剂加量对降粘剂性能的影响由图3-2可知，随着引发剂加量增加，产物的降粘效果增加。但是当引发剂加量超过一定量时，降粘效果趋于平缓，甚至有降低的趋势，这是由于引发剂加量过多时容易引起爆聚，使得反应前期速度过快，合成产品的相对分子质量过低，导致产品性能下降。所以确定引发剂最佳加量为1.5%（占体系总质量）。3.6单体质量分数的影响单体质量分数会影响产物的粘度及聚合物的分子量，因此需要合理控制单体浓度，使聚合物的降粘效果达到最好。单体配比为n（乙烯基磺酸钠）：n(AM):n(KH570)=2:10:0.5，反应温度为80℃，引发剂加量为1.5%，引发剂溶液pH值7～8，反应时间为3h，单体浓度对降粘率的影响见图3-3。图3-3单体质量分数对降粘率的影响由图3-3可知，随着单体质量分数的增加，产物的降粘能力有所提高，但到一定浓度后，降粘效果又逐渐降低。因为单体浓度过高，产物相对分子量较大，当加入到钻井液中有一定的增粘作用，达不到较好的降粘效果。所以，控制单体质量分数为15%。

钻井液降粘剂评价方法4.1钻井液体系的配置按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5243-91《水基钻井液用降粘剂评价程序》和SY/T5695-95《钻井液用两性离子聚合物降粘剂XY27》,配制基浆。淡水基浆的配制:在400ml水中加入32g膨润土和1.28g无水碳酸钠，高速搅拌20分钟，室温下静置24小时，即得基浆。盐水及含钙基浆：在400ml水中加入32g膨润土和1.28g无水碳酸钠，高速搅拌20分钟，室温下静置24小时，然后加入一定百分数的氯化钠，高速搅拌30分钟，再低速搅拌4小时，室温下静置24小时，即得盐水基浆。聚合物基浆：在400ml水中加入32g膨润土和1.28g无水碳酸钠，高速搅拌20分钟，室温下静置24小时，加入不同质量分数的降粘剂，高速搅拌20分钟，室温下静置24小时，即得聚合物即将。4.2降粘剂加量对钻井液降粘性能的影响在最佳合成条件下合成出钻井液聚合物降粘剂，将不同量的降粘剂加入淡水基浆中，高速搅拌5到10min，测试其降粘率，结果见图4-1。图4-1降粘剂加量对淡水钻井液降粘率的影响由图4-1可知，所合成的聚合物降粘剂产品的降粘效果整体比较好，加量为0.1%时降粘率就能到近70%，粘度下降较快;随着降粘剂加量的增多，降粘率平稳增加，当降粘剂加量达到0.5%时，降粘率最高，为85.60%;加量继续增加，降粘率逐渐减小，这是因为产品本身就是聚合物，具有一定的粘度，当加量过多时，会起到增粘的效果。综合表现，选择0.5%的加量为最佳加量。4.3降粘剂的抗温性能评价在钻井液应用中,聚合物型钻井液处理剂会在高温环境中发生降解或交联等情况,对钻井液的性能影响很大。所以需要考察在不同的温度条件下,降粘剂对钻井液的影响。将优化合成的钻井液聚合物降粘剂加入到钻井液中,加量为0.5%,在不同温度下滚动老化16h后冷却至室温,高速揽拌5~10min,使其均勻混合,测定钻井液降粘率,结果见图4-2。由图4-2可以看出,钻井液的降粘率随着实验温度的升高而降低,在实验温度达200摄氏度条件下,钻井液的降粘率为68.12%,说明AAI在高温环境下有较好的降粘效果,说明AAI具有较好的抗高温性能。图4-2钻井液降粘率与温度的关系4.3降粘剂抗盐性能评价在淡水钻井液中加入0.5%的聚合物降粘剂，搅拌均匀后，在分别加入不同量的NaCl，告诉搅拌5到10min，测试在钻井液的降粘率，评价其抗盐性能，结果见图4-3。由图4-3可知，产品的抗盐性能较好。当NaCl加量在20%以内时，随着NaCl加量的增加，钻井液的流变性无明显变化;当NaCl加量≥30%时，降粘性能明显下降，这表明该聚合物在高矿化度的情况下仍能保持较好的降粘能力。图4-3NaCl浓度对钻井液降粘率的影响目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 1一、项目概况 1二、项目提出的理由与过程 6三、项目建设的必要性 8四、项目的可行性 12第二章市场预测 15一、市场分析 15二、市场预测 16三、产品市场竞争力分析 19第三章建设规模与产品方案 22一、建设规模 22二、产品方案 22三、质量标准 22第四章项目建设地点 25一、项目建设地点选择 25二、项目建设地条件 25第五章技术方案、设备方案和工程方案 28一、技术方案 28二、产品特点 30三、主要设备方案 32四、工程方案 32第六章原材料与原料供应 35一、原料来源及运输方式 35二、燃料供应与运输方式 35第七章总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37一、总图布置 37二、运输 38三、总体布局 38四、公用辅助工程 39第八章节能、节水与安全措施 44一、主要依据及标准 44二、节能 44三、节水 45四、消防与安全 45第九章环境影响与评价 47一、法规依据 47二、项目建设对环境影响 48三、环境保护措施 48四、环境影响评价 49第十章项目组织管理与运行 50HYPERLINK\l"_Toc2159