一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与应用

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月24日

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  一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与使用_能源/化工_工程科技_专业材料。第30卷第2期 2013年3月 钻井液与完井液 DRILLING FLUID&COMPLETION FLUID V01.30 No.2 Mat.2013 【理论研究与使用手艺】 一种新型油包

  第30卷第2期 2013年3月 钻井液与完井液 DRILLING FLUID&COMPLETION FLUID V01.30 No.2 Mat.2013 【理论研究与使用手艺】 一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与使用 闫晶, 刘永贵, 张坤, 刘振华, 宋涛 (大庆钻探工程公司钻井工程手艺研究院,黑龙江大庆) 闰晶等.一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与使用【J].钻井液与完井液,2013,30(2):12—14,17. 摘要操纵N,N一二甲基l,3一丙二胺、脂肪酸、脂肪胺和环氧氯丙烷合成出Gemini阳离子概况活性剂,作 为新型油包水钻井液用主乳化剂(代号为DQGC),DQGC具有极强的概况活性,能够构成致密的油水界面膜,在 相对较小加量下既具有较高的破乳电压(大干l 000 V),同时能够润湿重晶石粉和岩屑等固相。利用DQGC研制 出的新型油包水钻井液,在XS平1、¥25平1、PF平84井进行了现场试验,表示出低黏高切的优良流变性,以 及携屑能力、电不变性和滤失造壁性强等长处,动塑比维持在0.4 Pa/mPa?S以上,满足了复杂布局井的钻探需求, 可替代国外油包水钻井液乳化剂。 环节词 阳离子概况活性剂;油包水钻井液;乳化剂;携屑能力 文献标识码:A 文章编号:1001—5620(2013)02.0012.03 中图分类号:TE254.4 中国常用的油包水钻井液乳化剂次要有高级脂 肪酸的二价金属皂、Span80、油酸、环烷酸酰胺、 环烷酸钙、石油磺酸铁、腐植酸酰胺等”]。国外油 包水钻井液乳化剂次要为脂肪酸的胺类衍生物或聚 酰胺类概况活性剂,参考其分子类型,设想合成了 Gemini概况活性剂作为油包水钻井液主乳化剂(代 号为DQGC),其概况活性较强,能够大大降低油 水界面张力,同时因为连接基团将2个亲水基团连 接在一路,因而能够构成更致密的油水界面膜,提 高乳状液不变性【2]。在此根本上研制出了新型油包 水钻井液系统,并进行了现场试验使用。 1 (HLB值为3~6),辅助乳化剂亲水(HLB值为 7~9),主、辅乳化剂复配能够调理乳化剂夹杂物 的亲油亲程度衡值在4摆布,以达到较好的乳化效 果。同时,辅助乳化剂能够填补主乳化剂亲油性过 强的不足,使乳化水滴一辅助乳化剂亲水头基、辅 助乳化剂亲油链一主乳化剂亲油链一油相,这4者 之间因为极性不异而相吸以及布局类似而相亲,从 而构成较为不变的乳状液滴p]。然而,相邻乳化剂 分子的亲水头基间具有电荷斥力和水化惹起的分 离倾向,使得乳化剂在油水界面上难以慎密陈列, 界面膜厚度和强度不足,形成乳化剂概况活性偏 低,乳化结果不抱负,以及乳化剂加量大、成本高档 问题。 针对上述问题,需要研制出一种高效乳化剂。 Gemini概况活性剂的2个亲水活性头之间由短碳链 相连,亲水头基遭到刚性碳链的束缚,降服了2个 极性头基之间的斥力,使乳化剂能够更慎密地陈列 在乳化液滴上,安稳地吸附细小水珠,从而获得更 大的界面强度,提高了乳化不变性;与单链概况活 性剂复配亦能发生较好的协同效应,具有优良的钙 乳化剂分子设想及其合成 1.1乳化剂分子布局设想 在油包水逆乳化钻井液系统中,乳状液滴的界 面膜厚度和强度是其连结不变的环节,而构成致密 且强度高的乳状液膜次要依赖于系统中所利用的乳 化剂。 保守的油包水钻井液其主乳化剂的亲油性强 第一作者简介:闫晶,工程师,油气井工程专业硕士研究生,此刻处置钻井液科研手艺攻关工作。地址:黑龙江省 大庆市八百垧大庆钻探工程公司钻井工程手艺研究院钻井液手艺研究所;邮政编码163413;德律风;E-mail: yawin9568@163.corn。 万方数据 第30卷第2期 闰晶等:一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与使用 2 13 皂分离性,兼具润湿功能,可作为高效乳化剂使用 于油包水钻井液系统中[4】。同时,Gemini概况活性 剂具有特殊的相行为,静止时以复杂堆砌的多孑L结 构具有,当剪切速度添加时,会逐步向滑润的片状 布局过渡、改变,因此使钻井液系统表示出优良的 低黏高切的流变性。 1.2乳化剂的合成 Gemini概况活性剂同样分为阳离子型、阴离 子型、两性离子型和非离子型。目前对Gemini阳 离子型概况活性剂的合成研究较成熟,其胺类概况 活性剂能够构成具有必然黏弹性的界面膜,降低界 面张力,并且季铵盐型概况活性剂对pH值不敏感, 因而,设想合成双子季铵盐型概况活性剂作为油包 水钻井液乳化剂,其分子布局见图1。 A。 新型油包水钻井液系统研究 2.1乳化剂加量优选 配制油水比为80:20的油包水钻井液,氯化 钙盐水浓度为20%,无机土、降滤失剂和石灰加量 别离为3.0%、4.O%和1.5%。DQGC与DQNS加量 之比为3.1:1.0,尝试数据如图2所示。 DQNS/% I×基X:/% 图2新型油包水钻井液乳化剂加量对破乳电压的影响 ~ 从图2看出,跟着乳化剂加量的添加,电不变 性加强,乳化剂加量为2.5%和0.8%时,钻井液破 (CH2)。 注:R。、R:为亲油碳链,A。、A:为亲水的活性头,(CH2)。 为连接基团。 图1新型油包水钻井液乳化剂分子布局简图 乳电压增加的最快,继续增JJtl孚L化剂加量,破乳电 压增加速度迟缓。分析考虑乳化结果和钻井液成本 要素,确定DQGC加量为2.5%,DQNS加量为0.8%。 2.2无机土优选 对4种无机土进行胶体率测试,尝试数据见表1。 表1 4种无机土胶体率测试成果 合成阳离子双季铵盐概况活性剂的方式次要 有2种:一种是以二溴代替烷烃和单长链烷基二 甲基叔胺(烷基为直链烷基)在无水乙醇中加热 回流,进行季铵化反映,合用于二溴代烷烃很是 活跃且易得的环境,但二溴代烷烃的价钱高贵; 另一种是溴代长链烷烃和N,N,N’,N 7一四甲 基烷基二胺以无水乙醇作溶剂,加热回流2~3 d, 无机胶体率。。min/胶体率:加一 无机胶体率帅。;。/胶体率M㈣n/ 土 1 4 % 95.8 95.9 % 72.3 72.2 土 24 44 % 96.2 97.6 % 72.5 74.8 3” 减压蒸馏除去溶剂,重结晶提纯,即可获得产物。 如陈凤生等以N,N一二甲基丙二胺别离与十二酸、 十四酸、十六酸和十八酸反映获得酰胺基叔胺, 再制成盐酸盐,盐酸盐与环氧氯丙烷在水溶剂中 合成了响应的含酰胺基双子阳离子概况活性剂[4]。 研究中,起首以无机酸和N,N一二甲基丙二 胺为原料,合成含叔胺基团的酰胺类概况活性剂, 即DQNS作为两头体①;然后以脂肪胺和环氧氯丙 烷为原料合成两头体②;最初将两头体①与两头体 ②按必然物质的量投料,插手无水乙醇作为溶剂, 加热回流,颠末多次溶剂洗涤后获得阳离子双季铵 盐概况活性剂DQGC。 优选出胶体率最高的48无机土,对其加量进行 优选,根本配方:2.5%DQGC+O.80%DQNS+4“无机 土+1.5%石灰+4%降滤失剂(油水比为80:20), 尝试数据见表2。 表2无机土加量优选(150℃、16h) 表2数据表白,跟着无机土加量的提高,钻井 万方数据 14 钻 井 液 与 完 井 液 2013年3月 液的黏度和切力添加,在加量为3%时流变性较好, 因而确定无机土加量为3%。 2.3降滤失剂 在上述尝试根本上对降滤失剂进行了优选,实 验数据见表3。 表3降滤失剂优选(150℃、16 h) 唾}滤 失齐4 磺化沥青 DQHA 碳化沥青OFC ES/PV|YP{Gel} v 1 018 1 024 1 037 mPa.s Pa Pa/Pa妒67妒3 从表5可看出,利用DQGC配制的新型油包 水钻井液被10%劣质土污染或加重后,破乳电压 大于400 V,仍然维持较好的电不变性,且流变性 可控,能够进行现场试验。 3 现场使用 利用DQGC配制的新型油包水钻井液先后在大 YP|PV P“mPa.s 0.40 O.43 0.40 FL口t/ mL 0.2 0 0.2 庆油田XS平1井、¥25平1井、PF平84井、¥70 平l井和F6井进行了现场使用,该系统在施工过 程中机能不变,流变性优良且携岩能力较强。满足 了分歧类型程度井的施工需求。 3.1 20 20 21 8.0 8.5 8.5 3/4 4/5 4/5 8/7 9/7 9/8 XS平1井三开井段 按照邻井钻探功效及地动注释功效,估计XS 由表3能够看出,由降滤失剂DQHA配制的 钻井液老化后API滤失量为0,因而对其加量进行 了优选,并调查高温高压降滤失结果,数据见表4。 表4 DQHA降滤失剂加量优选(150 oC、16h) 平1井自上而下可能钻遇有断层、漏层、超压层, 四方台组以上松散地层,需留意防漏、防塌;嫩江 组二段和青山口组地层发育大段泥岩,施工过程中 需防止井壁坍塌。使用新型油包水钻井液进行该井 三开井段3 110~4 545 m的钻进使命。 693.26 XS平1井的设想垂深为3 4 738.22 m,斜深为 351.61 m,最大井斜为85.74。,程度位移为1 m,入靶后钻历程度位移806.11 m完钻,井底温度 注:高温高压尝试前提为150℃、3.5 MPa。 小于150℃。配浆至一般钻进的钻井液机能如表6 所示。由表6能够看出,该钻井液高温下具有低 黏高切的流变机能以及优良的电不变性和滤失造 壁性,破乳电压最低为1 062 从表4能够看出,DQHA加量的变化对钻井液 流变性影响不大,加量为4%时高温高压滤失量小 于4 mL,因而确定DQHA加量为4%。 V,动塑比一直维持 在0.4以上,初、终切为3~5 Pa、5~15 Pa,返 2.4新型油包水钻井液机能评价 通过室内尝试,对遍地理剂的加量进行优选, 最终构成新型油包水钻井液根本配方如下。 油相(油水比为80:20)+2.5%DQGC+3%无机 土+0.8%DQNS+1.5%石悲观%DOHA+氯化钙盐水 该系统所利用的乳化剂加量低,但乳化不变性 强,且钻井液具有低黏高切的流变性和优良的滤失 造壁性,其机能及抗污染能力见表5。 表5新型油包水钻井液室内机能评价 Get} YP|Py 砂一般,多次起下钻无阻卡显示,携屑能力强。施 工过程中扭矩平稳,摩阻低,机械钻速达1.7 m/h 以上,满足了深层程度井的施工要求。 表6 手÷深/Fy|p/ , xs平1井三开井段钻井液机能 ES/PV/ ∞‘/p1 Gel/YP;YP{Pv Pa FLWmp mL m s g/cm3 V mPa?S…。Pa/Pa Pa/mPa?S 钻井液 EvS/mPPaV/.s YPPa/ P卯a妒如P如Pa.s 3.2 分歧油包水钻井液现场使用对比环境 表7为新型油包水钻井液与国外泥浆公司在大 庆油田YPl井使用的钻井液机能对比。 (下转第17页) 万方数据 第30卷第2期 孙明波等:低pH值钻井液用除钙剂 17 (上接第14页) 表7新型油包水钻井液与国外油包水钻井液现场机能对比 性剂作为油包水钻井液乳化剂。 2.通过大量室内尝试,研制出新型油包水 钻井液系统的配方为:油相(油水比为80:20) +2.5%DQGC+0.8%DGNS+3%无机土+1.5%石灰 井号幺,?。。=。:P篇。孑馏一 罴兹 咝鍪㈦ %~∞一勰 邋燮|||| 隧登酗 井利用的国外钻井液。 嬲一蚴一姗 要 800 4.O 2.8 3.6 +4%DQHA+氯化钙盐水。 3.室内尝试及现场试验成果均表白,新型油包 水钻井液乳化剂的机能优异,能够替代国外的同类 产物。 参考文献 [1]鄢捷年.钻井液工艺学[M】.山东东营:中国石油大学 出书社:239—241. [2]高志农,许东华,吴晓军.新型低聚概况活性剂研究进 展[J].武汉大学学报,2004,50(6):691.697. [3]夏立新.油水界面膜与乳状液不变性关系的研究[D]. 中国科学院博士学位论文,2003:2-5. [4]郑延成,韩冬,杨普华.低聚概况活性剂的合成及使用 进展[J].化工进展,2004,23(8):852—855. (收稿日期2012—11—15;HGF=1302F5;编纂付碉颖) 注:XS平1、PF平84井利用自行研制的钻井液,YPl 从表7可知,新型油包水钻井液具有低黏高切 的流变性,携岩能力强,与国外油包水钻井液机能 附近,其破乳电压这一目标优于国外油包水钻井液。 DQGC的研制成功与使用,在节约钻井分析成 本的前提下满足了大庆油田井深3 的手艺成长具有指点意义。 4 m以内特殊 工艺井的钻探需求,对油包水钻井液处置剂及系统 结论 1.设想合成了Gemini阳离子季铵盐型概况活 万方数据 一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与使用 作者: 作者单元: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 闫晶, 刘永贵, 张坤, 刘振华, 宋涛 大庆钻探工程公司钻井工程手艺研究院,黑龙江大庆 钻井液与完井液 Drilling Fluid & Completion Fluid 2013,30(2) 参考文献(4条) 1.鄢捷年 钻井液工艺学 2.高志农;许东华;吴晓军 新型低聚概况活性剂研究进展[期刊论文]-武汉大学学报 2004(06) 3.夏立新 油水界面膜与乳状液不变性关系的研究[学位论文] 2003 4.郑延成;韩冬;杨普华 低聚概况活性剂的合成及使用进展[期刊论文]-化工进展 2004(08) 本文链接:

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