PMMA纳米胶乳在钻井液中的性能评价

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1、学兔兔www.xuetutu.com第27卷第1期钻井液与完井液V_Ol_27No．12010年1月DRILLINGFLUID＆COMPLET10NFLUIDJan．2010文章编号：1001-5620(2010)01—0008—03PMMA纳米胶乳在钻井液中的性能评价白小东，蒲晓林(1．西南石油大学材料科学与工程学院，成都；2．西南石油大学石油工程学院，成都)摘要在油气勘探钻井过程中，如在钻井液中添加纳米胶乳，利用纳米粒子的“球轴承”作用，可以降低摩阻，防止卡钻；同时利用纳米胶粒在一定温度下的可变形特性，可以更好地封堵地层微孔隙，形成致密泥饼，降低钻井液滤失量。利用种子乳

2、液聚合法合成了一种钻井液用纳米胶乳(PMMA)，其平均粒径为73nm。透射电镜分析结果表明，PMMA纳米乳胶颗粒大致呈球状，分散均匀。性能评价结果表明，1％PMMA纳米胶乳溶液的页岩回收率为68％，且与KC1复配使用后效果更好；在4％膨润土浆中加入1％PMMA后，黏度略有降低，滤失量降低了约40％，润滑系数降低了80％左右，泥饼黏附系数降低了约40％；加有2％PMMA的聚磺钻井液的砂床封堵滤失量和膜结构密封度滤失量分别为10mL和2mE，在180。C下仍具有良好的沉降稳定性。以上结果表明，PMMA纳米胶乳具有一定的降黏、降滤失性能，较强的封堵能力，良好的抑制性、润滑性能和高

3、温稳定性能。关键词纳米胶乳；钻井液添加剂；钻井液性能中图分类号：TE254．3文献标识码：A纳米胶乳一般指粒子尺寸在几纳米到1pm范置于涂有PVA膜的铜网上，用磷钨酸染色，室温围内、由合成聚合物或天然高分子构成的亚微米干燥，利用透射电子显微镜观察胶粒形态，见图1。级的胶体体系，或点阵、微点阵体系[1-2]o纳米胶从显微镜下可以观察到，PMMA乳胶粒大致呈球形乳不仅具有较强的井壁稳定能力，而且还具有较颗粒状，粒径差别不大，分散均匀，基本未出现成好的润滑和油层保护性能[31oJohnT．Pursley和团黏结现象，其中的块状薄层为胶乳中未分离的乳GlennPenny等人发明了一

4、种纳米胶乳，其用量为化剂所形成的细小泡沫。0．1％～0．5％，在保护储层和提高采收率方面有较好的效果[4-5]0中国石油勘探开发研究院利用有机阳离子盐作为插层剂对钠型膨润土进行直接插层改性，制得了纳米膨润土，其在降滤失、增黏等方面性能优异，且其在钻井液中具有良好的配伍性能]。由此可见，钻井液处理剂的纳米化已成为提高石油和天然气勘探开发效益的必然趋势。利用种子乳液聚合法合成了一种钻井液用纳米胶乳(PMMA)，激光粒度仪的检测结果表明，该纳米胶乳粒子的平均粒径为73nm。对其在钻井液中的性能进行了评价。图1PMMA纳米胶乳在显微镜下的胶粒形态1．2粒度分布1PMMA纳米胶乳的表

5、征用Mastersizer2000型激光粒度仪对合成出的1．1乳胶粒形态纳米胶乳进行表征，测定PMMA纳米胶粒的粒径将PMMA纳米胶乳(自制)稀释至一定浓度，分布范围，结果见图2。通过统计计算，胶粒平均基金项目：受国家自然科学基金“基于钻井液一井壁界面的膜形成技术与膜传递过程研究”(50774065)资助。第一作者简介：白小东，讲师，博士，主要从事钻井完井液和高分子材料方面的教学和研究工作。地址：四川省成都市新都区新都大道8号西南石油大学材料科学与工程学院；邮政编码610500；电话13219010105；E-ma订：xiaodongb2O03@yahoo．com．cn。学

6、兔兔www.xuetutu.com第27卷第1期白小东等：PMMA纳米胶乳在钻井液中的性能评价9粒径(中值粒径)为73nm，粒径分布较窄。具有较厚水化膜的层间阳离子，而且这种吸附可使黏土表面的亲水亲油性发生改变，有时甚至反转为亲油表面。同样，正电性纳米胶乳粒子在井壁上的吸附能够降低井壁的负电性，或者当其正电性极高籁时，甚至能把黏土的负电性反转为正电性，阻止水化极强的金属阳离子靠近井壁，起到稳定井壁和保护储层的作用。粒度／gm表1不同溶液的页岩回收率图2PMMA纳米胶乳的粒度分布情况溶液页岩回收率／％H202PMMA纳米胶乳性能评价0．5％PMMA胶乳2．1抑制性7％KCl2

7、．1．1线性膨胀量1％PMMA胶乳采用NP一01型页岩膨胀仪测试页岩在纳米胶乳0．5％PMMA胶乳+0．5％NaC1溶液中的线性膨胀率。页岩8h膨胀高度随PMMAl％PMMA胶乳+O．5％NaC1纳米胶乳浓度的变化情况见图3。由图3可知，1％PMMA胶乳+0．5％KC1PMMA纳米胶乳浓度为0．5％时，页岩膨胀高度已0．5％PMMA胶乳+0．5％KCI大幅度降低，浓度达到1．0％时，其抑制页岩膨胀的效果达到最好，降低率达到42．3％。2．2流变性和失水造壁性配制4％的基浆，用ZNN—D6型六速旋转黏度墨计测定PMM