抗温抗盐降滤失剂乳液的制备与评价

2016-11-12张坤王伟忠王磊磊郭剑梅魏尽然张向明陈安亮

石油化工应用 2016年10期

关键词：基浆失剂乳液聚合

张坤，王伟忠，王磊磊，郭剑梅，魏尽然，张向明，陈安亮

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司泥浆技术服务分公司，天津300280）

抗温抗盐降滤失剂乳液的制备与评价

张坤，王伟忠，王磊磊，郭剑梅，魏尽然，张向明，陈安亮

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司泥浆技术服务分公司，天津300280）

通过反相乳液聚合方法合成了四元聚合物类降滤失剂乳液BZ-JLS。实验结果表明BZ-JLS可抗盐至饱和、抗温至200℃，明显改善泥饼质量。在KCl基浆中对其降滤失剂效果进行了评价，可明显改善滤失量。降滤失剂乳液较常规降滤失剂合成条件更温和，控制更容易，合成乳液可直接加入钻井液体系中，大大方便了现场使用。

抗高温；抗盐；降滤失剂；乳液；水基钻井液

随着世界油气资源需求迅猛增加和钻井技术进步，世界石油勘探逐渐向深部地层发展，深井、超深井数目越来越多，钻井液作为钻井的“血液”，其性能也决定了钻井质量、钻井成本和钻井周期［1，2］。

地层温度的升高，对钻井液抗温抗盐性能也提出了越来越高的要求，尽管油基钻井液拥有抗高温、润滑性、抑制性等优点，但其成本较高，对环境污染较为严重等缺点，因此开发抗高温高性能水基钻井液仍是目前国内外关注热点，而各种抗温抗盐处理剂中降滤失的研究尤为重要［3-5］。

聚合物类降滤失剂虽然可以很好的起到降低滤失量，但存在溶解速度慢，现场不易添加的缺点。本文通过反相乳液聚合方法合成了降滤失剂乳液BZ-JLS。通过室内实验证明，BZ-JLS可以起到明显降低滤失量的作用，而且无需破乳干燥可直接应用于钻井液体系，现场使用方便。

1　实验部分

1.1主要原料

丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、氢氧化钠、引发剂均为工业品。

1.2室内合成

将25 gAM、3 gNVP、1 gDMDAAC、6 gAMPS溶于115 mL水中，用NaOH调节pH为9；向三口瓶中加入白油200 mL和乳化剂SPAN80 10 g，室温通氮气搅拌10 min后加入上述水溶液，然后升温至40℃，加入引发剂过硫酸铵0.25 g/亚硫酸氢钠0.12 g，反应4 h，制备得BZ-JLS乳液。

1.3基浆配制

350 mL饱和盐水于高搅杯中，加入1.00 gNaHCO3和35.00 g评价土，搅拌20 min，中间至少停两次刮壁。

1.4产物表征

对合成的乳液用无水乙醇洗涤三次，得白色块状物，在100℃下干燥24 h，粉碎，用KBr压片制样，红外用布鲁克TENSOR27傅立叶变换红外光谱测试。由红外谱图可知（见图1）：3 186 cm-1为-C=ONH中NH伸缩振动峰，2 960 cm-1为-CH3特征吸收峰，2 923 cm-1为-CH2伸缩振动吸收峰，1 676 cm-1为-C=ONH中C=O特征吸收峰，1 460 cm-1为-CH2弯曲振动吸收峰，1 299 cm-1为-CN伸缩吸收振动峰，1 190 cm-1和1 039 cm-1为SO3-特征吸收峰。表明分子链上带有所设计基团，合成方案可行。

图1　BZ-JLS红外图谱

2　性能评价

2.1饱和盐水基浆中性能评价

在饱和盐水基浆和有机盐体系中对降滤失剂乳液BZ-JLS进行性能对比评价。

2.1.1BZ-JLS不同加量对降滤失效果影响合成的降滤失剂乳液BZ-JLS聚合物有效浓度在25%～30%。在饱和盐水基浆中，分别加入3%、4%、5%的BZ-JLS，评价效果（见表1）。

表1　不同加量BZ-JLS乳液降滤失效果

从表1可以看出，在饱和盐水基浆中加入降滤失剂乳液BZ-JLS后可以明显改善泥浆的滤失量。在加量达到4%后，180℃老化16 h后中压失水仅为9.2 mL，高温高压失水可以控制到10.0 mL，加量继续增加降失水效果也有所提高，但没有大的变化。

2.1.2BZ-JLS在不同温度下对降滤失效果影响选择降滤失剂乳液BZ-JLS加量为4%，在饱和盐水基浆中对不同温度老化后降滤失效果进行了评价（见表2）。

表2　不同温度抗温抗盐降滤失乳液效果

从表2可以看出，在加量达到4%后，200℃老化16 h后中压失水为10.8 mL，高温高压失水可以控制到13.6 mL，显示了该产品具有良好的抗温抗盐能力。

2.1.3BZ-JLS对泥饼质量影响泥饼质量是钻井液造壁性的重要评价指标，好的泥饼质量有利于井下安全，减少井下复杂。在合成降滤失剂时，选择单体含有很强的吸附基团，因此对黏土吸附能力强，加入前后泥饼质量对比（见图2），从图2可以看出，在加入BZ-JLS前，泥饼较厚，加入BZ-JLS后，泥饼变得薄而致密，而且乳液含有一定的白油和乳化剂，可明显改善泥饼润滑性。

2.2KCl基浆中降滤失效果评价

KCl基浆中考察加入降滤失剂乳液BZ-JLS前后对滤失量性能影响，KCl基浆配方为：4%膨润土浆+8% KCl+0.5%片碱+3%封堵剂+4%细目钙+重晶石（调整密度1.50 g/cm3），老化温度为200℃。

从图3实验数据可以看出，加入自产降滤失剂乳液BZ-JLS后，可以明显改善体系滤失量，高温高压滤失量由98.8 mL降至14.8 mL，这表示BZ-JLS乳液具有良好的抗盐抗温能力。

图2　加入BZ-JLS前后泥饼质量对比

图3　BZ-JLS在KCl基浆中效果评价

3　作用机理

降滤失剂乳液BZ-JLS单体中NVP含环状刚性结构，能有效提高聚合物抗温能力，此外，NVP含分子内酰胺基团，可以提高聚合物高温下吸附能力；DMDAAC含阳离子基团，在高温情况下，实现对黏土矿物的有效吸附；AMPS含磺酸基团可以提高聚合物的抗高温抗钙能力；AM作为降滤失剂主链结构，主要提供吸附基团，实现聚合物对黏土的快速吸附［6，7］。

反相乳液聚合较常规溶液聚合具有许多优点：反应条件温和，聚合速率快，产物固相含量高，相对分子质量大且分布窄。常规聚合物类降滤失剂都是粉末，加入前都需要预先配成胶液后加入，现场使用不方便，通过反相乳液聚合方法制得的降滤失剂乳液现场可直接加入钻井液中，无需预处理，大大简化了现场使用工艺。