国内外油基钻井液乳化剂研究新进展

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月10日

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  国表里油基钻井液乳化剂研究新进展

  国表里油基钻井液乳化剂研究新进展 (北京石大胡杨石油科技成长无限公司102200)摘要:本文引见了近年来国表里油基钻井液乳化荆的最新成长环境。按照材料调研发觉, 目前新开辟的油基钻井液乳化剂的特点及成长趋向是:绿色环保、可以或许无效的处理油基钻井液 具有的乳化不变性、悬浮性、润湿性转化等问题,多采用复配型乳化剂。 环节词:乳化剂 油基钻井液 综述 The recent progress oil-based dri lling fluid Peng fang fang HAN xiao Xu tong tai PAN xiao yong (Seijillg Shi Da Hu Yang Petroleum Technology Development Co.,Ltd.102200) Abstract: T坻article describes latestdevelopments off-baseddrilling fluid emulsifier document,wefound newfeatures developmenttrend oil-baseddrmillg fluid emulsifier is:environment-friendly,an effective solution existingproblems like emulsion stability,suspension,wetting propeny,etc.in oil-based drilling fluid.The complex type verypopular. Keywords: emulsifieroil-based drilling fluidsummery. 作者简介:彭芳芳(1984一),女,湖南人,硕士,2009年结业于江南大学,现就职于北京石大胡杨石油科技成长无限公 司,次要处置石油钻井液的研发工作。地址:北京市昌平区火炬街23号。邮箱:smzl_2008@163.tom 彭芳芳,等:国表里油基钻井液乳化剂研究新进展831引言 油包水乳化钻井液是以水为分离相,油为持续 相,并添加适量的乳化剂、润湿剂、无机土和加重剂 等构成的乳状液系统。为了构成不变的油包水乳化 钻井液,必需准确的选择和利用乳化剂。一般认为乳 化剂的感化有:1)在油/水界面构成具有必然强度 的吸附膜。2)降低油水界面。3)添加外相粘度。以 上三方面均可阻遏分离液滴聚合变大,从而使乳状 液连结不变。因而,乳化剂是影响油包水乳化钻井液 机能和利用结果的主要要素。 按照文献调研环境看,目前国表里制备钻井液 乳化剂最常用的原料是妥尔油,妥尔油是用硫酸处 理造纸松木浆中的脂肪酸和松香酸钠皂获得的,具 有来历广,成本低、绿色环保的特点。用妥尔油脂 肪酸/松香酸或其改性产物与其它分歧类型的乳化 剂(如阴离子、阳离子非离子或两性离子)复配,组 成的复合乳化剂的机能显著高于单一组分乳化剂的 机能。 2国外油鲞乳化剂成长示状 2.1聚酰胺乳化剂 2001年,Jeff Millera】开辟了一种聚酰胺类乳 化剂。该乳化剂由两部门构成:(A)结尾羧酸聚酰 胺;(B)妥尔油脂肪酸和松香酸和其与亲双烯体如 马来酸酐的D—A反映产品的夹杂物。组分A的合 成方式是:起首将脂肪酸与多胺反映,羧酸官能团 与胺官能团的摩尔比为0.6:1,反映生成“酰胺基 胺”两头体。将“酰胺基胺”两头体用少量溶剂稀 释,将未反映的胺基继续与羧酸反映生成结尾羧酸 聚酰胺,即为组分A,组分A也可用现有乳化剂产 品EZ-MULTMNT取代。组分B的脂肪酸和松香 酸来历于粗妥尔油。此中,脂肪酸和松香酸的摩尔 比为2:l。乳化剂组分A与组分B的含量可按照要 求而定,一般摩尔比为l:2-1:3,B的用量应多于 A的用量。 乳化剂组分A的典型合成路线见图l,能够按照 需要选择雷同布局的分歧反映物,合成分歧的结尾 羧酸聚酰胺。如多胺(I)能够选用二亚乙基三胺、 烷氧基多胺等l脂肪酸()能够选用妥尔油脂肪酸 或其它长链脂肪酸t羧酸()能够选用马来酸酐, 柠檬酸等。 R--NH(CH2)nNH2+卜c刚—,R-NH(C吒肿忙O一耳 flf(马夹酸酐)V(结尾羧酸聚酰胺) 图1结尾羧酸聚酰胺合成路线 该聚酰胺乳化剂的长处是:1)用量少,是其他 乳化剂用量的约1/3,3-5磅/桶。2)可以或许节制滤 失量,从而削减降滤失剂的加量。3)具有较好的热 不变性,与降滤失剂共同利用时,抗温机能可达300— 350下。4)倾点低,在很是少量的溶剂中(乳化剂 浓度90-100%),倾点大约20"F,便于运输,且较少 的溶剂用量削减了对情况的影响。 2005年,Jeff Mme一对先前的聚酰胺乳化剂进 行了改良,通过改变B组份进一步提高了乳化剂的性 能,改良前后乳化剂的组分详见表l。 聚酰胺脂肪酸乳化剂的组分(质量百分比)组分 乳化列 来改性妥轭擂脂肪欧40 与用粗妥尔油制备的乳化剂比拟,用蒸馏精制妥 尔油制备的乳化剂具有如下长处: 1)可以或许提高D—A加合反映的转化率。妥尔油蒸 馏处置后,不只除去了粗妥尔油中不克不及进行D-A加 合反映的成分,并且通过深度蒸馏将脂肪酸和松香酸 进行了分手。分手后的脂肪酸和松香酸能更好的与亲 双烯体进行D—A加合反映。 2)降低了乳化剂的粘度。添加D—A加合反映后 的改性脂肪酸和改性松香酸的用量,可以或许提高钻井液 的降滤失机能和高温下的乳化不变性。以蒸馏处置后 的妥尔油为原料和以粗妥尔油为原料制备的复合乳化 剂比拟,前者含30%的改性脂肪酸和改JI生松香酸与后 者含8%改性妥尔油混酸时的粘度附近或前者粘度更 低,见表2。若改性粗妥尔油混酸含量达30%时,将 会导致乳化剂粘渡过高而无法利用。 表2改性妥尔油粘度 改性妥书油f培挣^+组分B).~’O.80甲.‘P 40下冲 溉381320,16 41721591’ 巾国油田化学晶 3)粗妥尔油存放时容易变质,蒸馏处置过的妥尔油不变性大大提高,根基消弭了粗妥尔油具有的 变质问题。 4)提高了乳化剂产物的抗温性。 2.2烷醇酰胺乳化剂 2001年,法国的Christine[3】用菜籽油甲酯与单乙 醇胺为原料进行转胺基化反映,制备了酰胺含量达 90%的“超酰胺”。由“超酰胺”与妥尔油脂肪酸按 1:l配比构成的复合乳化剂在钻井液中利用,抗温性 可达200。 。超酰胺”的制备方式是:由脂肪酸酯和胺基一 元醇(或烷氧基胺基一元醇)发生转胺基感化生成烷 醇酰胺化合物。一般转胺基反映的产品是由酰胺、 胺、脂肪酸构成的夹杂物,此中,烷醇酰胺的浓度占 60—65%。在进行转胺基反映时,将脂肪酸酯发生的 醇挥发掉,可以或许提高产率,使产品中烷醇酰胺的质量 浓度占90%以上,即“超酰胺”。“超酰胺”的布局式 暗示如下: 【RLcoN(辞}_cH2cHR3_0一【cHR|_甜响"一《cH2cH20n舢 BLC洲1cH娜LO一(c限Lc腻)Ill_f鼬c崦o》nxk 泣R1为线为氢原子或C,一C。烃基;R4和R5为氢原子 酸或硫酸等基团。m值范畴:0-20l n值范畴:0-50l 按照X基团而定。2.3聚酯酰胺乳化剂 在钻井过程中,需要钻井液具有特定的流变性, 即在高剪切速度前提下具有较低的粘度,包管较快 的钻进速度。在低剪切速度下,因为钻井液在井内流 动的速度很是迟缓,钻井液的粘度必需足够大以便 悬浮和运移钻屑。当钻井液在井内静置时,钻屑和加 重材料需要连结悬浮形态,防止发生沉降和构成岩 屑床。别的,还需要钻井液具有较好的水力学特征, 低的当量轮回密度,防止压力过大损害地层,还要防 止重晶石沉降而发生井壁不变问题。 针对以上具有的问题,2007年,MI公司开辟了 一种支链状的聚酯酰胺乳化剂【4l。聚酯酰胺乳化剂的 外形和分子大小按照支链而定,合成路线。该聚酯酰胺还能够利用交联剂进行改性,交 联剂的选择应按照聚酯酰胺分子结尾的官能团而定, 能够利用环氧脂肪油,如环氧大豆油。还能够选择含 分歧代替基的乙二醇类化合物,缩醛等。通过节制交 联反映前提,生成具有特定布局的聚酯酰胺类乳化 剂。如插手强碱,使环氧脂肪油水解,引入羧酸阴离 子基团构成两性聚合物。该聚酯酰胺还能够利用交 联剂进行改性,交联剂的选择应按照聚酯酰胺分子 结尾的官能团而定,能够利用环氧脂肪油,如环氧大 豆油;还能够选择含分歧代替基的乙二醇类化合物, 缩醛等。通过节制交联反映前提,生成具有特定布局 的聚酯酰胺类乳化剂。如加人强碱,使环氧脂肪油水 解,引入羧酸阴离子基团构成两性聚合物。一般环境 下,聚酯酰胺乳化剂亲水基团的半径比常规乳化剂 的亲水基团半径大,具有较强的吸附力而不易解吸。 利用该乳化剂配制的油基钻井液可以或许敏捷去除泥饼, 提高钻速,可用于钻历程度井段。 合成路线环烷烃或代替芳烃,Ll、L2为C-C,。烷烃。 需要留意的是,以上产品还能够进一步缩合形 成具有更多支链的聚酯酰胺。 聚酯酰胺能够用以下通式暗示: 图2聚酯酰胺的合成路线烷基伯胺可逆转乳化剂 与水基钻井液比拟,油基钻井液具有抑止性好, 钻速快等长处。但在完井的过程中,油基钻井液劣势 不如水基钻井液,容易呈现滤饼断根坚苦,钻屑概况 的残留油、钻屑及废钻井液的处置问题,以及井筒油 润湿地层、套管和水泥的胶结强度差等问题。 针对油基钻井液具有的问题,近年来国外研制出 彭芳芳,等:国表里油基钻井液乳化剂研究新进展85了一种新型的可逆转乳化剂,该乳化剂次要由烷基 伯胺概况活性剂构成,其分子中含有8~12个碳原子 的亲油基和一个亲水的胺基。通过调理HLB值,可 以使乳化剂的润湿性由亲油性改变为亲水性。调理 机理见图3:烷基伯胺乳化剂在碱性前提下为非离子 型的亲油性概况活性剂,HLB值小于4。在酸性前提 下,烷基伯胺通过质子化生成阳离子概况活性剂, HLB值添加为6-7,乳化剂的润湿性由亲油性变成 了亲水性,该乳化剂质子化和去质子化过程是可逆 的。能够按照需要别离对乳化剂的亲水基团和疏水 基团进行改性。获得分歧机能的乳化剂。如在亲水基 团引入乙氧基,胺基,酰胺基等基团,使HLB值提 高到4—8之间,也能够改变疏水基团的烃基类型或 碳氢链长度对乳化剂的机能进行调理,见图4。 R--NH2毒矿R一旭 R—Nl王3 HLB(4HLp《-7 。罗洲.\fR耵o 承包藕型乳化捌在碱性前提下,可逆转乳化剂属于非离子型结 构,受盐水的影响较小,能无效的抵当海水等污染 物。因为不具有易水解的基团,在高温,高碱度前提 下能连结不变。在水溶性酸具有时,乳化剂发生润湿 性反改变成水包油乳化剂,构成的水包油钻井液有益 于清洗井眼并尽量降低完井时对储层的损害,提高了 井壁和套管与水泥浆的胶结强度,还能将钻屑由油润 湿性转化成水润湿性,如许就能够将钻井液间接排入 海水中,使无机残存物在海水中敏捷的生物降解,减 少了对情况的影响。该钻井液系统已在北海等地域成 功使用。 2.5聚酰胺脂肪酸皂固体乳化羽 常规乳化剂一般为粘度较高的液体,为了便于运 输和取样,凡是需要插手必然量的溶剂稀释使其具有 较好的流动性。可是,插手溶剂会形成资本的华侈和 情况污染,且乳化剂的浓度容易受温度和存放时间的 影响,形成乳化剂性质的波动。因而,有需要研发对 情况影响小,包装简洁的固体乳化剂。 2006年,Pb_illip Hurd【7】将聚酰胺脂肪酸阴离子 乳化剂与金属氢氧化物(固体或25-75%的溶液)进 行中和反映,制备响应的脂肪酸金属皂,然后将必然 含水量的脂肪酸皂进行喷雾干燥,获得了固体状的 乳化剂。该方式的错误谬误是需要花费较多的能量。 2007年,Jeff Millert8】将聚酰胺脂肪酸阴离子乳 化剂间接与固体氧化钙(或氢氧化钙)反映获得了固 体状乳化剂的金属皂化物。具体步调是结尾羧酸聚 酰胺和无机酸夹杂物(见本文2.1节)与氧化钙或氢 氧化钙(或其他金属氧化物或氢氧化物)夹杂平均, 加热即可起头反映,构成固体皂化物。能够在反映前 后或反映过程中插手碳酸钙,高岭石等惰性填充物, 起到防止聚结和摩擦分离的感化。氧化钙的加量根 据乳化剂酸值而定。最好是理论加量的2倍,未反映 的氧化钙能够作为填充物利用。 将阴离子乳化剂在配制钻井液之前皂化构成固体 状乳化剂有如下益处: 1)皂化后产物由液体变成固体形态,不需要使 用稀释溶剂和包装桶,降低了成本。 2)固体产物降低了对温度的敏感性。 3)削减了对情况的影响。 4)省略了现场皂化步调。 3国内油基乳化剂成长示状 据领会,近年来国内油基钻井液中使用较多的是 酰胺类乳化剂,但相关的文献报道比力少。 2000年,西南石油大学梁大川等人合成了无机 酸酰胺乳化剂XNEMU L【9】,该乳化剂是一种橙色的 稀薄液体,HLB值为2.5,它由无机酸,无机酸 酰胺构成,无机酸和无机酸酰胺分子之间有强的氢 键感化力,可在油水界面上构成高强度的。从而包管 在高温下乳状液不变性优良。将无机酰胺XNEMUL 作为主乳化剂,十二烷基苯磺酸钠为辅乳化剂,配制 的油基钻井液抗温性可达220。 2008年,大庆石油学院石油工程院与大庆威尔 士科技无限公司合作flOl,操纵俄罗斯专利SU2199570 手艺,利用国内油脂加工废料与无机碱为原料,合成 了油基钻井液用乳化剂CET。CET系统乳化剂不含 润湿剂,出产成本较低,在天然前提下可降解,无毒, 为绿色环保型产物。 2009年。长江大学华桂友,舒福昌,向兴金等对 可逆转乳化剂和可逆转乳化钻井液系统进行了研究, 开辟了可逆转复配乳化剂[11.12】。该乳化荆由酸接触可 逆转的无机胺主乳化剂HN408,可提高乳化不变性 巾国油田化学品 专书。 的助乳化剂RSE,以及有助于不变乳液并能改善酸 转相后水包油系统流变性的助概况活性剂RSO组 成。由该系统配制的可逆转乳化钻井液在酸转相前 后,均具有优良的流变性、热不变性和较低的高温高 压滤失量。 4总结与瞻望 对乳化剂文献材料进行阐发发觉,目前国表里油 基钻井液乳化剂有以下特点: 1)从乳化剂分子布局和合成工艺来看,目前使 用的乳化剂几乎不含芬芳烃,生物降解性好,且亲水 基和疏水基之间引入了胺基,酰胺基等联合基团,进 一步提高了乳化剂的生物降解机能,具绿色环保的 特点。此外,乳化剂次要是毒性较低的阴离子和非离 子乳化剂构成,对人体皮肤刺激性较小。 2)合成乳化剂的原料多选自于来历丰硕、价钱 廉价的再生型天然化工原料,如妥尔油,降低了乳化 剂出产成本。 3)从乳化剂构成来看,目前多利用复配型乳化 剂,分歧乳化剂通过协同感化,提高了系统的乳化稳 定性。 4)从现场使用来看,对目前油基钻井液中遍及 具有的问题供给领会决法子和思绪,如润湿性问题, 开辟了可逆转乳化剂,针对油基钻井液中流变性调 控及重晶石沉降问题,开辟了聚酯酰胺乳化剂。另 外,还开辟了环保性更好和更易操作的固体型乳化 油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有益于井壁不变,润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优 点。目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向 井、程度井和各类复杂地层的主要手段。乳化剂作为 油基钻井液的主要构成成分,其机能的不竭提高和 改善,将进一步推进油基钻井液的成长和使用。 参考文献 【l】US2003162668. 【2l W. 【3】US2004014609A1. 【4】US2007293401A1. 【5】SPE59479. SPE80247. 【7】US2007259790A 【8]US2007167333AI.【9】梁大川,黄进军,崔茂荣等.高温高密度低毒油 包水钻井液的乳化剂优选和研制【J】.西南石油学院学 报.2000.8,V01.22(3):74-77. o】党庆功,孙双,贾辉等.油基钻井液用CET乳化剂的研制【J】.油田化学.2008.12,V01.25(4): 300-301. 【ll】华桂友、舒福昌,向兴金等.可逆转乳化钻 井液乳化剂的研究【J】.精细石油化工进展.2009.10, V01.10(io):5-8. 井液系统配制及机能评价[J】.精细石油化工进展.2009.10,V01.10(11):8-11. 国表里油基钻井液乳化剂研究新进展 作者: 作者单元:北京石大胡杨石油科技成长无限公司 102200 本文读者也读过(10条) 缅甸D区块Padaukkone-3井7尾管固井短路复杂环境及其处置[会论说文]-2011 许艳.李岩合同能源办理模式的中美比力研究[会论说文]-2011 抓办理重手艺;克难题 见成效——缅甸公司2010年度钻井手艺及办理工作总结[会论说文]-2011 钻井液完井液新手艺在勘察开辟中的使用[会论说文]-200310. 中国第一口超千米深水钻井液手艺[会论说文]-2007本文链接:

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