油基钻井液提切剂的研制及性能评价

1、油基钻井液提切剂的研制及性能评价赵家乐 李英敏 冯杰 黄伟（中国石油集团钻井工程技术研究院，北京，）摘要 以顺丁烯二酸酐、苯乙烯、二元醇或多元醇合成梳型聚合物或网状交联聚合物TN，以有机金属类化合物与TQ复配，研制成TQJ-1、TQJ-2、TQJ-3、TQJ-4、TQJ-5、TQJ-6等六种油基钻井液提切剂。并分别在油水比为8:2的基液中、钻井液基本配方中评价了这类提切剂的提切效果，并评价了其抗高温性能。结果表明：TQJ-2提切效果较好，钻井液基本配方中加量为1%-3%时，动切力提高110%-270%，并具有抗高温稳定性。关键词 油基钻井液 提切剂 抗温 流变性与水基钻井液相比，油基钻井液具有

2、渗透率恢复值高、抗高温、抗钙侵、抗盐侵、润滑性好、有利于井壁稳定等诸多优点，目前已成为钻高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段1。20世纪60年代国外就十分重视油基钻井液的研发与应用，先后研究出一系列产品，并成功应用，使得油基钻井液的应用达到50%左右；国内油基钻井液的研究起步较晚，还没有形成完善的工艺技术及钻井液体系，国内油基钻井液主要存在以下缺点和不足：悬浮稳定性、乳液稳定性、油基钻井液的封堵以及流变性对温度的敏感2。为解决油基钻井液悬浮稳定性的问题，研制了一类提切剂，配制了油基钻井液并对其进行了室内性能评价。1 发展现状早期有机土作为油基钻井液提切剂被广泛使用，但是有机土

3、在高温后易脱吸附，降低了在油中的溶解率，减小了油基钻井液使用寿命，并且不利于低渗透储层的保护。因此，国内外许多学者开展了有益的探索和研究，开发出了多种油基钻井液提切剂。1988 年，Arvind D Patel3在常规油基钻井液中加入丁苯橡胶类聚合物与酰胺或胺类单体的共聚物，来提高体系的动切力。1998 年，Murray Cooperman4用烷氧基化脂肪胺与酸酐或酸反应研制了粉末状提切剂。1998 年，Mahalingam Santhanam5以多元醇、氨基醇或二胺和多元羧酸或异氰酸酯反应合成了一种液体状的提切剂。2011 年，Jeffrey J. Miller6选用含有憎水基的酯作为提切剂

4、，该极性酯具有热稳定性和良好的润滑性，可用于配制低固相油基钻井液，有效提高钻速和减少地层伤害。中国石油大学（华东）7研制了提切剂SDMOD,比较了不同温度下丙烯碳酸酯( PC)、季戊四醇油酸酯与SDMOD对全油/合成基基浆、油包水基浆和油包水钻井液体系的黏度和切力的影响，结果表明，较高相对分子质量、具有多种极性基团的提切剂通过氢键形成弱凝胶，可提高低剪切速率下的黏度，改善油包水钻井液的触变性以及弹性模量，从而有效悬浮重晶石和清洗井眼。河南油田分公司石油工程技术研究院和荆州市汉科新技术研究所8通过研究设计了一种增粘材料，通过改善油基钻井液的流变性来提高其携岩能力。2.提切剂研制提切剂分子中的长链

5、之间在溶液中可以通过缔合作用形成三维网状结构，从而实现提切的目的；分子中的极性基团，如-OH、-CONH2 、COOH 、OCO-NH-、 -CO-NH-CO- 、-CONH-等通过静电引力或氢键与其他基团相互作用，形成比表面积大的网状结构。因此，新研制的提切剂应具有：长直链烷基；极性基团。实验选用顺丁烯二酸酐和苯乙烯聚合反应，生成含有长烷基直链的中间产物T，然后聚乙二醇或丙三醇和T反应生成梳型聚合物或网状交联聚合物。 根据提切剂机理研制了一种提切剂，其研制步骤如下：1）实验选用顺丁烯二酸酐和苯乙烯聚合反应，生成含有长烷基直链的中间产物T，然后将十八醇、聚乙二醇或丙三醇和T反应生成梳型聚合物或

6、网状交联聚合物TQ，其结构式如图1所示。 图1. 梳型聚合物和网状交联聚合物结构式2) 将有机金属类化合物与TQ复配，研制成油基钻井液提切剂TQJ，根据配比不同，研制成TQJ-1、TQJ-2、TQJ-3、TQJ-4、TQJ-5、TQJ-6等六个提切剂样品。3.提切剂性能评价及优选3.1在基液中提切剂效果评价 为较为清晰的判定提切剂的提切效果，避免有机土、降滤失剂等的干扰，以360mL柴油+40氯化钙水溶液（20%）+主乳（2%）+辅乳（2%）为基液，分别测定TQJ-1、TQJ-2，TQJ-3，TQJ-4，TQJ-5，TQJ-6等六个样品对基液流变性能的影响，其结果见表1。由表1可以看出，随着提

7、切剂加量的增加，其粘度均有一定的增加，但TQJ-4，TQJ-5，TQJ-6的加入并没有使得切力明显变化。TQJ-2的加入提高了基液的切力，并且基液的切力随TQJ-2加入量的增加而逐渐增大。 表1.提切剂对油包水基液流变性能影响提切剂/%AV/mPasPV/mPasYP/Pa6/3空白3.530.50.5/0.5TQJ-11%3.520.50.5/0.52%3.52.50.50.5/0.53%42.511/0.5TQJ-21%5311/12%86.51.51.5/13%9.572.51.5/1.5TQJ-31%4311.5/12%5411.5/13%75.51.51.5/1.5TQJ-41%3.

8、530.51.5/12%4.540.51.5/13%5511.5/1TQJ-51%4.540.51/12%54.50.51.5/13%5.55.511.5/1TQJ-61%440.51/12%4.540.51.5/13%5.5511.5/13.2在基本配方中提切剂效果评价油基钻井液的基本配方如下：360mL柴油+主乳（4%）+辅乳（4%）+有机土（2%）+降滤失剂（4%）+氧化钙（3%）+40mL氯化钙水溶液（20%），配方采用重晶石进行加重。 表2.提切剂在基本配方中提粘切效果提切剂/%AV/mPasPV/mPasYP/Pa6/3ES/V空白242132/1.5673TQJ-11%2420.

9、53.52/1.58642%25.821.54.32/1.59103%26.4224.42/1.51151TQJ-21%3023.56.55/56652%32.523.595.5/56713%3625116/5771TQJ-31%262154/3.57792%292274.5/47173%312475/4.5721TQJ-41%292544/3.56612%312563.5/36073%32.5266.53.5/3626TQJ-51%262243/2.56622%28.5244.53.5/2.56433%312564/3.5593TQJ-61%25.5223.52.5/2.56012%2824

10、43/2.55973%322573/2.5590由表1可以看出随着提切剂加入量的增加，动切力均有所增加，而且TQJ-2动切力增加幅度较大，在110%-270%之间，油基钻井液的表观粘度、塑性粘度虽然也有所增加，但增加幅度不大。提切剂TQJ-1、TQJ-2、TQJ-3的加入并没有降低油基钻井液基本配方的破乳电压，反而使其有所增加，说明提切剂不但没有降低体系的稳定性，反而使体系稳定性有所增加。3.3 提切剂的抗温性能评价。 向配方中分别加入2%提切剂TQJ-1、TQJ-2、TQJ-3、 TQJ-4、 TQJ-5、TQJ-6配置成六个样品，测定其150热滚16h后的抗温性能。其结果见表3。 表3.提

11、切剂抗温性能提切剂(2%)AV/mPasPV/mPasYP/Pa6/3空白热滚前242132/1.5热滚后2824.53.53/2TQJ-1热滚前25.821.54.32/1.5热滚后26.5224.53.5/3TQJ-2热滚前32.523.595.5/5热滚后34.5259.55.5/5.5TQJ-3热滚前292274.5/4热滚后322576/5.5TQJ-4热滚前312563.5/3热滚后332765.5/5TQJ-5热滚前28.5244.53.5/2.5热滚后332855/4.5TQJ-6热滚前282443/2.5热滚后3227.54.54.5/4由表3可以看出， 2%加量时，TQJ-

12、2增加了油基钻井液动切力，并且经150热滚16h后的动切力、表观粘度、塑性粘度变化均不大，表现出了较好的抗高温性能，性能最优。4. 结果讨论1）顺丁烯二酸酐、苯乙烯和一元醇、二元醇或多元醇合成的梳型聚合物或网状交联聚合物TN与有机金属类化合物复配，能有效的提高油水比为8/2的基液的动切力，而且随着加入量的增加，其提切效果更明显。2）将有机金属类化合物与TQ复配的提切剂，对提高油基钻井液基本配方的动切力有较好的效果，并且有机金属类化合物和TQ的比例对提切剂的提切效果影响比较大。通过比较发现TQJ-2是比较理想的产品，钻井液基本配方中加量为1%-3%时，动切力提高170%-330%。3）向配方中分

13、别加入2%提切剂TQJ-1、TQJ-2、TQJ-3、 TQJ-4、 TQJ-5、TQJ-6，测定其150热滚16h后的抗温性能，结果表明加入TQJ-2的油基钻井液的切力波动减小，表现出较强的抗温稳定性。参考文献1 鄢捷年钻井液工艺学M东营：中国石油大学出版社，2012.2 王中华关于加快发展我国油基钻井液体系的几点看法中外能源，2012，12（2）：36-42.3 Arvind D Patel，Carmelita salandanan. Oil Base drilling composition ：US， P. 1988.4 Murray Cooperman，Keith R McNally，W

14、ill Mardis，etal. Oil well drilling fluids，oil welldrilling fluid anti-setting and method of providing anti-setting properties to oil well drilling fluids ：US， P. 1998.5 Mahalingam Santhanam. Liquid rheological additivesproviding rheologhical properties to non-aqueous systems：US， P. 1998.6Jeffrey J Miller，Shadaab Syed Maghrabi，WikrantBhavanishkar，etal.Suspension characteristics in invert emulsion ：US，2011/ A1 P. 2