《2022年钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价_李达 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价_李达 .pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 31 卷第 12 期2013 年 12 月河南科学HENANSCIENCEVol.31 No.12Dec. 2013收稿日期： 2013-0 - 基金项目： 国家自然科学联合基金（） ；陕西省工业攻关计划 （） ；陕西省教育厅专项科研计划 （） ；西安市技术转移促进工程 （）作者简介： 李达 （1980-），男，宁夏石嘴山人，工程师，主要从事油气藏增产新技术研究工作通信作者： 张明 （198 -），男，山东沂南人，讲师，硕士，主要从事钻井液技术研究工作.文章编号：1004-3918（2013） 12-2203-06钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价李达1， 张明2， 衣德强1， 薛亚
2、斐1， 贾建鹏1（1. 长庆油田公司苏里格研究中心， 西安710021； 2. 西安石油大学石油工程学院， 西安710065）摘要： 近年来，有机胺钻井液体系在国外备受关注，有机胺优质水基钻井液技术的关键在于高效胺类抑制剂的研发 . 通过有机胺和环氧化物发生反应，合成出了有机胺抑制剂CYZ-5 . 利用膨胀性、絮凝性、黏度增加和岩心浸泡等实验，对其抑制性能进行了评价. 实验结果表明，新型有机胺抑制剂CYZ-5 的抑制性好，能有效抑制黏土造浆和岩心及岩屑的分散，且其抑制性持久性强，从而起到防止井壁坍塌的作用.关键词： 钻井液添加剂；有机胺； 抑制剂； 性能评价中图分类号： TE 992.2文献标
3、识码 ：AThe Developmentand Evaluationof a New Organic AmineInhi ， ， ， ， （ . ， ， . ， ， ，）bstract ： ， organic the and ， was， ， ， ， ey words ：d； o； i； e钻井过程中，泥页岩水化将产生膨胀应力，降低泥页岩内部的交联作用，从而减弱泥页岩的机械强度，导致井壁失稳，甚至井眼因坍塌而报废.为确保井壁稳定，有效避免泥页岩的水化膨胀，对于石油天然气勘探开发工作来说是一个长期的挑战1 鄄 4. 解决黏土水化膨胀的常见方法是使用无机盐抑制剂或者使用有机黏土抑制剂，然而钻井液的
4、抗盐能力、分散造壁性与抑制性常常顾此失彼. 在现有的泥页岩抑制剂中，有机胺防塌抑制剂在国外应用比较成熟，但国内现场应用较少5鄄 7.本文研制出一种综合性能良好的有机胺抑制剂，并对其性能进行了评价.1胺基抑制剂的特点及作用机理传统钻井液的分散造壁性依赖于优质造浆土的分散程度，为提高分散性，常加入阴离子型处理剂，如典型的分散剂铁铬木质素磺酸盐、 丹 宁和褐煤等 ，阴离子型分散剂在 维持 黏土分散性的同时不可 避免 地促进了钻屑和地层 中黏土 矿物 的分散，使钻井液的抑制性受到削 弱；为强化钻井液的抑制性，减少钻屑和地层 黏土矿物 的分散，又需 要加入 阳离子型处理剂，如有机或无机阳 离子 聚合物
5、（铝络 合物或 羟基铝等）或 带正电荷 的网络出版时间： 2014-01-15 13:26网络出版地址： http:/ - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 第 31 卷第 12 期河南科学纳米粒子或油滴 （MMH 正电胶、阳离子乳化沥青等），这又在一定程度上损害了钻井液的分散造壁性.因此，传统钻井液体系中的分散造壁性与抑制性难以相互兼顾，往往顾此失彼.胺基抑制剂是通过基团分析及多途径设计、合成制备而成的，充分考虑了有机胺有用的游离
6、胺基团分布特征，有效保证了有机胺化合物的强抑制性，主要用于水基钻井液，能有效地防止黏土的水化膨胀，稳定井壁，保护油气层；有一定的防止钻具腐蚀功能.胺基抑制剂与水作用，产生碱性的同时，有机胺自身解离为一类具有能与黏土负电性颗粒吸附性能的阳离子化合物，抑制黏土的水化分散. 有机胺具有高浓度的胺基基团密度，保证有机游离胺良好的吸附性能和抑制效果. 有机胺的弱碱性及弱离解性能使得有机胺作用浓度一直处于平衡状态，胺的总浓度中处于活跃状态的离解胺浓度并不大，但其能长效保持浓度平衡，持续与在地层孔隙表面的黏土中最活跃易于水化的基团作用，吸附覆盖在表面，进一步的防止受到水化膨胀因素的影响 .有机胺的抑制作用具
7、有长效性，抗冲刷能力强，保证钻井作业结束后也具有长时间的地层抑制效果.胺基抑制剂的作用机理和作用程度都不同于聚季铵盐类化合物，不会出现象季铵盐类氨基抑制剂引起的钻井液性能突变、甚至絮凝现象.胺基抑制剂具有较高的胺基浓度和较高的酸中和当量浓度，能吸附在钻具表面，防止钻具的腐蚀；同时能中和地层酸性气体，且具有较好的缓冲容量，有利于保证钻井液的性能稳定.2有机胺抑制剂的研制2.1主要仪器设备 聚合反应釜： m或更大，包括充氮 装置 、 搅拌器 、 控温装置（）、冷却装置 等； 老 化釜：m或更大；原料储罐 ： m； 计量 泵 主要原料及加量环氧乙烷 ： ； 环氧丙烷 ： ； 有机胺：； 起始剂： ；
8、 催 化剂： ； 水： 2.3工艺流程在反应釜中 加入 起 始剂，于搅拌下 滴加催 化剂和有机胺， 然后加入 定量的水，充氮 置换 23 次； 加热 ， 搅拌， 升温 至 80 度后，滴加环氧 化物，控制压 力小于 10 MPa， 温 度低于 180 . 若反应 过程中 温度、 压 力过高，则停 止 加料 ， 待温 度、 压力降低 后在 继续 .滴加完毕 后再反应 3040 h， 冷却 至 50 以下，得 无色 或浅黄色黏稠液体 .3有机胺抑制剂的性能评价由 于反应产物主要用作抑制剂，因此着重 考察其抑制性能，并考虑其对钻井液 流变性、滤失量的影响.选取不同的 样品 ，并 对其性能进 行评价
9、， 种样品编号依次为CYZ-1 、 CYZ-2 、 CYZ-3 、 CYZ-4 、 CYZ-5 .3.1膨胀性实验膨胀性 实验 中用 测 定岩样线 性膨胀 百分数 （膨胀 率）或岩样 吸水量 来表示地层的膨胀性能.利用 NP-01 型页岩 膨胀实验仪评价 合成 样品对 黏土的水化膨胀的抑制性能.表 1 为膨 润土 （潍坊）在水中的膨胀性 实验 ，并 对 个合成样品 在 0.05%， 0.1%， 0.25%， 0.5%， 1%各加 量 下 膨 润 土（潍坊）的抑制性能进 行 了评价 ， 实验 结果 见图 1.由 以上 实验数据 表明，在 加量相同的 情况下 ， 岩心 在加入 CYZ-5 的测试
10、液 浸泡下 的膨胀 率最小， 说明 CYZ-5 的抑制性最好 . 另外 ， 对比加 量为 1%时的膨胀 率数值可见 ， CYZ-3和 CYZ-4 的膨胀 率也比较低，都 小于纯水中的膨胀 率 .3.2絮凝实验采用絮凝 实验评价 了合成 样品 的抑制性，实验 中量 筒中表 1膨胀实验结果表Tab.1Expansion test results试剂Lt/8 h （mm）H/mmVt/8 h （%）水3.4113.1325.97图 1膨胀实验结果Fig.1Expansion test results5040302010Vt/8h（%）CYZ-1CYZ-4CYZ-2CYZ-5CYZ-30.050.10
11、0.250.501.00加量/%-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2013 年 12 月的絮凝物界面的高度越低，说明处理剂的抑制作用越明显 .由图 2 可以看出，静置24 h 后，合成样品CYZ-1在加量很小的情况下 （8# 量筒）就能产生很强的絮凝效果，随着加量的增大絮凝效果逐渐加强. CYZ-1加量为1%时，絮凝物的高度约为11，约为 7%氯化钾溶液中絮凝物高度的两倍.由图 3 可见，合成样品CYZ-2 的絮
12、凝效果随加量的增加变化幅度不是很大，这与其在膨胀性实验中表现出来的趋势比较相近，说明CYZ-2 对黏土有一定的抑制水化分散的效果.由图 4 可见，CYZ-3 的絮凝效果比较好，随着加量的增加，絮凝物高度逐渐降低，说明抑制黏土水化分散的能力在逐渐增强.由图 5可见，溶液中黏土的絮凝物高度随着CYZ-4 的加量增加表现出先增大后减小的趋势，CYZ-4 对黏土水化分散的抑制作用在加量为1%时效果最好 .由图 6 可见，CYZ-5 对黏土水化分散的抑制作用不是很好，但肉眼仔细观察，每个量筒底部都有一定高2 号：水； 3 号： 7%KCl ； 4 号： 1%CYZ-1 ； 5 号： 0.5%CYZ-16
13、号：0.25%CYZ-1 ； 7 号： 0.1%CYZ-1 ； 8 号：0.05%CYZ-1图 2CYZ-1絮凝实验结果Fig.2Flocculation test results of CYZ-14 号： 1%CYZ-2 ； 5 号： 0.5%CYZ-2 ； 6 号： 0.25%CYZ-27 号： 0.1%CYZ-2 ； 8 号： 0.05%CYZ-2图 3CYZ-2絮凝实验结果Fig.3Flocculation test results of CYZ-24 号：1%CYZ-3 ； 5 号：0.5%CYZ-3 ； 6 号： 0.25%CYZ-3 ；7 号：0.1%CYZ-3 ； 8 号： 0
14、.05%CYZ-3图 4CYZ-3絮凝实验结果Fig.4Flocculation test results of CYZ-34 号： 1%CYZ-4 ； 5 号： 0.5%CYZ-4 ； 6 号： 0.25%CYZ-47 号： 0.1%CYZ-4 ； 8 号： 0.05%CYZ-4图 5CYZ-4絮凝实验结果Fig.5Flocculation test results of CYZ-41 号：1%CYZ-5 ； 2 号： 0.5%CYZ-5 ； 4号： 0.25%CYZ-55 号：0.1%CYZ-5 ； 6 号： 0.05%CYZ-5图 6CYZ-5絮凝实验结果Fig.6Flocculatio
15、n test results of CYZ-5李达，等： 钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 第 31 卷第 12 期河南科学度的絮凝物，但是絮凝物的界面不是十分明显.为了对合成产样品进行更好的横向对比，特在一组将 5 个合成样品分别取1%水溶液 100 mL，加入 2.00 g 钠膨润土， 3000 r/min 高速搅拌5 min，置于 100 mL 的量筒中，静置 24
16、h，拍照观察絮凝情况，结果如下 .由图 7 可见，加量取1% 时，CYZ-1 、 CYZ-2 、CYZ-3 、 CYZ-4 絮凝效果都很好，和前面实验中的7%KCl 相当，CYZ-5 效果稍微差，试验中，絮凝 24 h后肉眼仔细观察， CYZ-5 膨润土浆中尽管上部浆比较浑浊，但是下部有明显絮凝，高度约为6 （量筒上刻度读数 ） ，絮凝效果比较好 .3.3黏度增加实验黏度增加实验是评价页岩抑制剂常用的方法. 实验中将一定量的膨润土加入到含有一定页岩抑制剂的淡水中，在 65 下热滚 16 h 后，测黏度，然后再加入另一部分膨润土，继续老化测其黏度，直到老化后膨润土浆黏度太大不能测试为止.分析表
17、2 的实验结果可见，随着膨润土加量的增加，合成的5 种样品中CYZ-5 膨润土浆的表观黏度增加的最慢，3r 读数相比较其他4 种合成样品来说较小，说明CYZ-5 抑制膨润土水化分散的作用最好.表 2黏度增加实验结果Tab.2Viscosity increase test results3.4岩心浸泡实验通过肉眼观察人工岩心在不同溶液中经过一定时间的浸泡后的完整程度，来定性研究比较不同处理剂的抑制能力 .2 号： 1%CYZ-2 ； 3 号： 1%CYZ-3 ； 4 号： 1%CYZ-15 号： 1%CYZ-4 ； 6 号： 1%CYZ-5图 7絮凝实验结果Fig.7Flocculation t
18、est results实验液土的加量/%36912AV（ ） 读数 （ ） 读数（ ） 读数 （ ） 读数水 0.502.522.5232水 +1%CYZ-12213516969.54水 +1%CYZ-221.563219804水 +1%CYZ-3327439.59122.530水 +1%CYZ-42253238101.53水 +1%CYZ-5224.5315.5840.52图 8浸泡 20 min 岩心状态Fig.8The status of core after soaking 20 min-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -
19、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2013 年 12 月由图 8 可见，浸泡 20 min 后， 2# （7%KCl）溶液、 4# （7%Na2SiO3）溶液中岩心坍塌严重，3# （7%NaCl）溶液中岩心变粗， 5# （3%CYZ-5 ）溶液中岩心散落较少，6# （3%CYZ-2） 、 7# （3%CYZ-4） 、 8# （3%CYZ-1） 、 9# （3%CYZ-3 ）溶液中岩心边缘翘起，其中7# （3%CYZ-4 ）溶液中岩心翘起现象最轻微.由图 9 可见，岩心浸泡 40 min 后， 2# （7%KCl
20、）、 3# （7%NaCl）、 4# （7%Na2SiO3），溶液中岩心完全坍塌， 5#（3%CYZ-5 ）溶液中岩心散落增多，岩心变粗，6# （3%CYZ-2） 、 7# （3%CYZ-4） 、 8# （3%CYZ-1） 、 9# （3%CYZ-3）溶液岩心翻翘开裂，其中9# （3%CYZ-3 ）溶液中岩心变粗开裂最为严重.图 1013 为浸泡 60， 80， 100， 120 min 后岩心状态 . 综合分析本次实验的实验现象，相同岩心及实验条件下， 5# （3%CYZ-5 ）溶液中岩心相比较其他溶液中岩心完整性要好很多，实验合成的5 种样品中，CYZ-5 的抑制性相对较好.图 9浸泡 4
21、0 min 岩心状态Fig.9The status of core after soaking 40 min图 10浸泡 60 min 岩心状态Fig.10The status of core after soaking 60 min图 11浸泡 80 min 岩心状态Fig.11The status of core after soaking 80 min图 12浸泡 100 min 岩心状态Fig.12The status of core after soaking 100 min图 13浸泡 120 min 岩心状态Fig.13The status of core after soaki
22、ng 120 min李达，等： 钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 第 31 卷第 12 期河南科学4结论 ）有机胺抑制剂具有一定的降低表面张力的作用，能有效抑制岩心和岩屑的分散，且其抑制性持久性强，有利于井壁稳定和保护油气层. ）有机胺抑制剂与常用处理剂及钻井液配伍性好，有利于维持钻井液的高温稳定性，且对钻井液滤失性能具有一定的改善作用. ）抑制性能评价实验结果表明，样品C
23、YZ-5 膨胀率最低、抑制黏土水化膨胀的效果最明显、膨润土浆黏度增加比较慢、岩心浸泡实验中岩心保持最为完整，絮凝效果也比较好.参考文献： 张启根，陈馥，刘彝，等 . 国外高性能钻井液技术发展现状 钻井液与完井液， ， （ ） ： 王树永 铝胺高性能水基钻井液的研究与应用 钻井液与完井液， （ ） ： 王中华 钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识 断块油气田， （ ） ： 王建华，鄢捷年，丁彤伟 高性能水基钻井液研究进展 钻井液与完井液， ， （ ） ： 孙德军，王君，王立亚，等. 非离子型有机胺提高钻井液抑制性的室内研究 钻井液与完井液， 2009， 26 （5） ： 7-9 吕开河，韩立国，史涛，等 有机胺抑制剂对钻井液性能的影响研究 钻采工艺， （ ） ： ， . 张洪伟，左凤江，贾东民，等 新型强抑制胺基钻井液技术的研究 钻井液与完井液， ， （ ） ： 14-17.（编辑张松林 ）-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -