聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究

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精细石油化工进展14ADVANCESINFINEPETROCHEMICALS第16卷第2期聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究苗钰琦，张婷，郑继龙，(1．中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳473000；2．中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；3．中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)摘要通过对3种不同种类的钻井用聚合物特性黏度的测定，计算其相对分子质量，考察钻井液体系的滤失量FLⅢ和聚合物的流变性，筛选钻井液用聚合物。结果表明，不同种类的钻井液用聚合物在相同加量条件下，相对分子质量越大，黏度越高，耐温抗盐性越好；梳形聚合物HJ一1是较适合的增黏剂，具有较好的抗剪切性和抗盐性；DY一3具有很好的热稳定性和降滤失效果，是很好的钻井液流变性调节剂。关键词聚丙烯酰胺黏度流变性影响因素抗盐性钻井液用聚丙烯酰胺分子链上含酰胺基易与反映单位质量的聚丙烯酰胺分子在其溶液中所占水形成氢键，亲水性强。在引入离子基一C0O一体积大小。因此，测定聚丙烯酰胺特性黏度对评的部分水解聚合物中，一COO一之间存在静电排价其增黏性至关重要。斥，使分子链拉伸，提高了聚丙烯酰胺溶液的黏1．2．1溶剂流出时间测定度⋯。钻井液中加入的聚丙烯酰胺具有增黏、防将乌氏黏度计安装在铁架台上，放入25c【=恒塌防漏、降滤失等作用，能提高泥浆的悬浮力和稠温水槽，如图1所示，液面应高过a线上方的球度，从而使泥浆控制滤失量、增强稳定性、降低摩2cm，用移液管取10mL待测溶剂从A口注入，阻、提高固井速度等J。因此研究钻井液用聚丙恒温10min；然后堵住B口，用洗耳球在C口将烯酰胺的性能及其性能评价具有重大意义。待测溶剂吸至a线上方半球处，去掉洗耳球，松开B口，测定待测溶剂上液面从a处流经b处所用1实验的时间，重复3次，取其平均值为t。。1．1原料及仪器梳形聚合物HJ一1，北京恒聚化工集团有限责任公司；阴离子聚丙烯酰胺(XR一2)，深圳兴瑞环保科技有限公司；反向乳液DY一3、聚丙烯酰胺，东营胜利油田聚合物有限公司；NaOH，KC1，NaC1，NaCO，，均为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。TC一502P恒温水浴；赛多利斯电子天平BSA223S—CW，德国；JJ一6型六连电动搅拌器，图1乌氏黏度计示意图转速：0—3000r／min，深圳市鼎鑫宜实验设备有限公司；DV一ⅢBrookfield黏度仪，美国1．2．2溶液流出时间测定依照1．2．1，用移液管取1OmL待测溶液，测Brookfield公司；电热鼓风干燥箱WGL一45(B)型，天津泰斯特仪器有限公司；ZNS—D6六速旋定待测溶液上液面从a处流经b处所用的时间，转黏度仪、HGDS一1失水测量仪、GRL高温滚子重复3次，取其平均值为；然后再用移液管移入炉、BGJ一1变频高速搅拌机，青岛得顺电子机械5mL溶剂，使其混合均匀，恒温10min，测定待测有限公司。溶液上液面从a处流经b处所用的时间，重复31．2聚合物特性黏度测定次，取其平均值为t：；再用移液管取5mL溶剂测爱因斯坦理论表明，溶液中的大分子特性黏收稿日期：2014—12—10。度是影响溶液黏度的主要因素j。特性黏度能作者简介：苗钰琦，助理工程师，从事完井工艺研究。 2015年3月苗钰琦等．聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究15t；清洗乌氏黏度计，用移液管取5mL已知浓度的高相对分子质量的聚丙烯酰胺。的溶液和10mL溶剂，测其混合液从a处流经b表2聚合物的特性黏度和黏均相对分子质量处所用的时间t，再用移液管取5mL溶剂测t。1．3聚合物抗盐性测定分别用蒸馏水与HJ一1、XR一2和DY一3按一定质量比配制0．1％的聚合物溶液，再分别加为聚合物溶液初始浓度。入不同质量分数的NaC1，利用BrookfieldDV一Ⅲ黏度仪测其黏度。2．2聚丙烯酰胺的抗盐性1．4聚合物在钻井液中性能的测定【73进入地层的钻井液，其黏度会受到地层水矿称取5．o0L蒸馏水，加热至60℃，缓慢加入化度的影响。因此，为了保证钻井液的增黏效果，500．O0g坂土，用BGJ一1变频高速搅拌机搅拌考察增黏剂的抗盐性，结果见图2。20min，称取25．00gNa：CO，加入其中，并搅拌1602h，静置24h。取500．00g海水，加入0．50g—120NaOH和1．25gNa：CO，搅拌均匀。用以上2种溶液配制质量分数为4％海水坂土浆400．00g，80搅拌20min；再向其中加入一定质量分数的聚丙糯40烯酰胺乳液，搅拌20min；适量加人降滤失剂AM、抑制剂KC1和润滑剂ABSN，搅拌20min；在0室温条件下，用ZNS—D6六速旋转黏度仪测其流0．20．40．60．81．ONaC1质量分数／％变性；利用GRL高温滚子炉在130oC条件下，将图2NaCI含量对聚合物溶液黏度的影响钻井液热滚16h后放至室温，搅拌5min，测其动切力、塑性黏度、表观黏度及FL等。从图2看出，HJ一1和XR一2溶液的黏度随NaC1含量(质量分数，下同)增加而下降，NaC1含2结果与讨论量小于0．2％时，HJ一1和XR一2溶液黏度随2．1聚丙烯酰胺相对分子质量的计算NaC1含量增大下降快，NaC1含量大于0．2％时，测定聚合物特性黏度，得其不同浓度聚合物其下降缓慢。比较3种聚合物的，HJ一1抗盐性溶液的相对黏度和增比黏度，结果见表1。最好，且在NaC1含量于0．2％时，黏度基本保持表1聚合物的相对黏度和增比黏度稳定；聚合物XR一2和HJ—l均具有抗盐性，但XR一2的稳定性远不足HJ一1。当NaC1含量大于0．7％时，聚合物DY一3黏度基本为0。通过聚丙烯酰胺的抗盐性实验研究，发现高相对分子质量聚合物的抗盐性优于低相对分子质量的；由于HJ一1侧链带亲水和亲油基团，基团间存在排斥力，使分子卷曲、缠绕减少，高分子链在水溶液中成梳状，具有较好的抗盐能力和剪切一1)是1．00mol／LHJ一1溶液的流经时间，s。稳定性。DY一3相对分子质量小，其水溶液黏度根据聚合物的相对黏度和增比黏度，绘制对较低，当加入NaC1后，体系的羧基负离子与Na应的叼。／C和／C与C关系图，求得截距，结合，使高分子线团间静电斥力减弱，线团收缩，计算其特性黏度和黏均相对分子质量，结果见表黏度降低。综合考虑，梳形聚合物HJ一1是较适2。HJ一1和XR一2黏均相对分子质量远高于合的增黏剂，具有较好的抗剪切性和抗盐性。DY一3。在相同浓度下，聚合物的相对分子质量2．3聚合物对钻井液性能的影响与黏度成正比，相对分子质量越大，黏度越大。作为提高钻井液携带岩屑和减少井壁冲刷的能为增黏剂的聚丙烯酰胺须选用以溶液聚合法制备力，需向钻井液中加人适量的高分子添加剂，改变 精细石油化工进展ADVANCESINFINEPETROCHEMICALS第l6卷第2期钻井液流变性。聚合物溶液的流变性用溶液表观特的优势，其耐温抗盐性、降滤失性使钻井液性能黏度随剪切速率的变化关系表征9J。更稳定；而HJ—l和XR一2需在热稳定性及降滤配制2种钻井液基浆各400．00g，其中A体失性能上加以改进。系：4．0％海水坂土浆+0．3％聚丙烯酰胺；B体3结论系：4．0％海水坂土浆+5．0％DY一3。配制2种1)水溶液聚合法制备的聚合物相对分子质钻井液体系各400．00g，其中c体系：4．0％海水量较高，反相乳液法制备的聚合物尽管具有一定坂土浆+0．3％聚丙烯酰胺+2．O％AM+3．0％的黏度，但相对分子质量较低，可从合成单体及反KC1+3．0％ABSN；D体系：4．0％海水坂土浆十应条件等方面改进。5．0％DY一3+2．0％AM+3．0％KCl+3．0％2)HJ一1具有较好的抗盐能力和剪切稳定ABSN。考察聚丙烯酰胺对基浆性能的影响，结果性。见表3。3)DY一3具有其独特的优势，其耐温抗盐表3不同聚合物对钻井液体系性能的影响性、降滤失性使钻井液性能更稳定；而HJ一1和XR一2需在热稳定性及降滤失性能上加以改进。参考文献1nj赵秀太，]王j增宝，邱光敏l寸，等I．部分水1解聚丙烯1j酰胺水溶1液j初始粘度的影响因素[J]．石油与天然气化工，2009，38(3)：23l一234．丁锐．钻井液防塌剂的作用方式及分类[J]．石油大学学AV为表观黏度，PV为塑性黏度，FLAI,I为在0．69MPaF划定30min的滤失量。报：自然科学版，1997，22(6)：125—128．程世贤．对Einstein粘度公式一溶剂化效应的一点建议由表3可知，在钻井液基浆和钻井液体系中，[J]．广西中医学院学报，2001，4(2)：3—4．加入DY一3后，经高温滚子炉16h，其表观黏度王亚珍，林雨露，吴天奎．粘度法测高聚物相对分子量实验增大，说明其具有很好的耐温抗盐性。在钻井液成败探讨[J]．江汉大学学报：自然科学版，2004，32(4)：58—6O．基浆中HJ一1在经过高温滚子炉前后其黏度均崔毅，付戈研，包明珠．粘度法测定高聚物相对分子量实验小于XR一2，在钻井液体系中其黏度高于XR-2，的改进[J]．内蒙古石油化工，2002，28(4)：22—23．主要是由于聚合物HJ一1与体系中AM、KC1和崔思华，张遂安，管保山．耐温耐盐聚合物堵剂的制备及性ABSN发生了作用，使其黏度增加。能研究[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2012，34(4)：147—152．聚合物DY一3的FLAPl明显小于XR一2和杨小华，王中华，张麒麟．AMPS聚合物及钻井液体系研究HJ一1，体系中加人AM、KC1和ABSN，其FL降与应用[J]．石油与天然气化工，2001，30(3)：138—140．低，其中HJ一1降低幅度最大，主要是由于其与许明标，张春阳，徐博韬，等．一种新型高性能聚胺聚合物钻体系中AM、KC1和ABSN发生协同作用，使钻井井液的研制[J]．天然气工业，2008，28(12)：51—53．液体系黏度增大、滤失量减小。唐金星，陈铁龙．聚合物溶液宏观流变性研究【j]，河南石作为钻井液流变性调节剂，DY一3具有其独油，1996，10(2)：30—34．StudyonEfectofPolymeronDrillingFluidSystemPerformanceandAnalysisonAfectingFactorsMiaoYuqi。，ZhangTing，ZhengJilong，(1．ResearchInstituteofPetroleumEngineeringandTechnologyofSinopecHenanOilfieldCompany，Nanyang，Henan473000：2．EngineeringandTechnologyCompanyofCnoocEnergyDevelopmentCo．Ltd．，Tianjin300452；3．PetroleumEngineeringInstituteofChinaUniversityofPetroleum(Beqing)，Beifing102249)(下转第23页) 2015年3月董晓波等．乳液聚合物的合成及其在钻井液中的性能研究StudyonSynthesisofanEmulsionPolymerandItsApplicationinDrillingFluidDongXiaobo，ZhaoHui，LiuMin’，ZhangLei(1．Jid。ngPrctDepartmentofNo．1DrillingCompany，DaqingDrillingEngineeringCompany，Daqing，tteilongii0ng163411：2．No．1BohaiDrillingCompanyofSinopecShengliPetroleltmEngineeringCo·Ltd．，nng，snnd。，tg257000；3．TechnicalOfficeNo．1ProjectDepartmentofCCDCChuanqingDrillingEngineeringCompany，Xi'an710021：4．Petr。l8mEngin8eringInstituteofChinaUniversityofPetroleum(Huadong)，Qingdao，Shandong266555)AbstractAcationicemulsionpolymerusedindrillingfluidwassynthesizedwithinverseemulsionDolymerizationmethod．Thispolymercanbedissolvedinwatereasily，andhashighsolidcontent．Ithasgoodviscosityincreasing，highsalinitytoleranceandfluidlosscontrolproperties．Thebasicpropertiesofdrillingnuidcanbeguaranteedandtherequirementofdrillingengineeringcanbesatisfiedwhentheadditionofthisemulsionpolymeris0．2％to0．4％．KeywOrdsinverseemulsionpolymerization；heatandsalinitytolerance；viscosityincreasing；fluidlossc0ntro1(上接第13页)(PetrolemEngineeringTechnol0gYInstituteofSinopecJiangsuOilfieldCompany，Yangzhou，Jiangsu225009)AbstractAcarboxymethyl—．hydroxypropylguargumweightedfracturingfluidsystemofthedensityashighas1．3122g／cmthatcanresisthightemperatureofupto150℃wasdevelopedviacompatibilityexperimentandrheologytest．Thisfracturingfluidsystemcanbeusedfortheconstructionofdeepwellthatis5500mto6000mindepth，andascomparedwiththecasesinwhichotherfracturingfluidsystemsareused，thec0nstIucti0nDressurecanbereducedby18MPawhenthisfracturingfluidsystemisused．Theapplicationofthisfracturingfluidsystemisaneffectivemeansfordeepwellfracturingoperation．Keywordscarboxymethyl—hydroxypropylguargum；weightedfracturingfluid；JiangsuOilfield；deepwell(上接第16页)AbstractTheFLAP1ofdrillingfluidsystemandtherheologicalpropertyofpolymerwerestudiedbydetermi_ningtheintrinsicviscosityofthreedifferentkindsofpolymerfordrillingapplicationandcalculatingtheirrelativemolecularmasstochoosethepolymerstobeusedindrillingfluid．Theresultsofstudyhaveshownthatthehighertherelativemolecularmassortheviscosityofapolymertobeusedindrillingfluidis，thethebetteritsheatresistanceandsalinityresistancepropertiesarewhentheadditionamountofthispolymeristhesame．CombPolymerHJ一1isasuitableviscosifierofgoodsheafingresistanceandsalinityresistanceproperties．DY一3isagoodregulatorforadjustingtherheologicalpropertyofdrillingfluid，andhasgoodthermalstabilityandfilterlossdepressingeffect．Keywordspolyaerylamide；viscosity；rheologicalproperty；affectingfactor；salinityresistance