(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 三河 065201) (天津中海油服化學(xué)有限公司，天津 300450)

增黏提切劑是油基鉆井液的關(guān)鍵處理劑。已有許多學(xué)者對(duì)油基鉆井液增黏劑進(jìn)行了研究[1～4]，現(xiàn)報(bào)道的增黏提切劑普遍為高分子類提切劑[5～12]，以改性丙烯酸類提切劑、苯乙烯類提切劑為主，這些提切劑的普遍特點(diǎn)是在分子中引入了適量的極性基團(tuán)，其極性基團(tuán)通過(guò)靜電引力、氫鍵和其他基團(tuán)的相互作用，形成較穩(wěn)定、比表面積較大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且增黏提切劑分子中的長(zhǎng)烷基直鏈之間也可以通過(guò)締合作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。下面，筆者采用二聚脂肪酸和二乙烯三胺制備油基鉆井液增黏提切劑VSSI。

1 增黏提切劑VSSI的制備

1.1 試驗(yàn)試劑

二聚脂防酸(CAS 61788-89-4，工業(yè)級(jí)，北京欣賽維化學(xué)科技有限公司)；二乙烯三胺(CAS 111-40-0，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；三乙二醇單丁醚(CAS 143-22-6，工業(yè)級(jí)，南京古田化工有限公司)。

1.2 VSSI的制備難點(diǎn)

由于在反應(yīng)合成過(guò)程中隨著增黏提切劑VSSI的生成反應(yīng)體系變得越來(lái)越黏稠，在反應(yīng)中后期體系生成水不易排出，使得反應(yīng)變慢(或反應(yīng)不徹底)；且由于黏度大，易受熱不均勻使得局部交聯(lián)過(guò)度出現(xiàn)固化生成固態(tài)酰胺樹酯。向反應(yīng)體系中加入三乙二醇單丁醚能夠降低體系黏度，使反應(yīng)時(shí)間縮短至不到50min。這是因?yàn)?①三乙二醇單丁醚作為稀釋溶劑在反應(yīng)過(guò)程中穩(wěn)定性好(沸點(diǎn)271℃)，不參與反應(yīng)，極性較強(qiáng)；②三乙二醇單丁醚降低產(chǎn)品黏度使反應(yīng)容易脫水，縮短反應(yīng)時(shí)間；③不再需要充氮?dú)猓档蜕a(chǎn)成本。

制備的增黏提切劑VSSI分子量較高且分子網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，但VSSI在基礎(chǔ)油中的溶解速度慢，不利于現(xiàn)場(chǎng)使用。為了解決在不改變VSSI本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下改善其在基礎(chǔ)油中的溶解速度，需要尋找合適的助溶劑或溶劑。因此，在制備過(guò)程后期引入溶劑將其稀釋，可以極大地縮短VSSI在基礎(chǔ)油中的溶解速度。

1.3 VSSI的制備工藝

①在帶有攪拌器、加熱裝置、溫度計(jì)、滴液漏斗和脫水裝置的四口瓶中，加入一定量的二聚脂肪酸；②加入一定量的三乙二醇單丁醚 ，攪拌均勻并開始加熱，將二乙烯三胺通過(guò)滴液漏斗緩緩滴入四口瓶中；③待滴完后升溫至160℃，保持該溫度至不再有水脫出后繼續(xù)反應(yīng)15 min；④反應(yīng)結(jié)束后降溫至100℃，加入溶劑稀釋，攪拌均勻后降溫即制得可用于油基鉆井液的增黏提切劑VSSI。

2 增黏提切劑VSSI分子結(jié)構(gòu)

VSSI紅外光譜如圖1(a)所示。3200～3500cm-1處為酰胺基團(tuán)的N—H伸縮振動(dòng)， 3069cm-1處為—C==C—H伸縮振動(dòng)峰，2920.85cm-1和2853.85cm-1處為—CH2—伸縮振動(dòng)峰，1739cm-1處為C==O的伸縮振動(dòng)峰，1453.92、1730.12、721.33cm-1處為C—H面外彎曲振動(dòng)峰。

圖1 增黏提切劑 VSSI 合成結(jié)果

VSSI的三維分子如圖1(b)所示。增黏提切劑的分子間長(zhǎng)烷基鏈比較近，可以通過(guò)締合作用形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；分子內(nèi)的酰胺基團(tuán)也較近，基團(tuán)間的靜電力和氫鍵作用鍵能會(huì)較大，結(jié)構(gòu)不易被破壞。由于極性基團(tuán)含量較高，VSSI增黏提切劑分子間的作用力也較強(qiáng)。

3 增黏提切劑VSSI性能評(píng)價(jià)

3.1 VSSI在基礎(chǔ)油中的性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)步驟：①量取3#白油400mL倒入到高攪杯中，在10000r/min條件下邊攪拌邊加入增黏提切劑(精確至0.01g)，高速攪拌20min，使其充分分散；②將3#白油和基漿分別倒入老化罐，在120℃下熱滾16h，冷卻至60℃，高速攪拌5min，測(cè)量60℃時(shí)基漿的流變性能，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 增黏提切劑VSSI在基礎(chǔ)油中的流變性能

注：PF-MOD為中海油服自有油基鉆井液增黏提切劑;Nφ600、Nφ300、Nφ200、Nφ100分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)600、300、200、100r/min對(duì)應(yīng)的讀值。

圖2 基漿流變性隨溫度變化曲線

由表1可以看出，增黏提切劑PF-MOD、聚苯乙烯樹脂和VSSI都能提高基礎(chǔ)油的黏度和屈服值；但VSSI增黏提切效果好于商品化的油基鉆井液流型調(diào)節(jié)劑PF-MOD和無(wú)極性官能團(tuán)的聚苯乙烯樹脂。

再分別測(cè)試30、40、50、60、70、80℃時(shí)基漿流變性，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。VSSI在30～80℃能顯著地提高基礎(chǔ)油的黏度和切力，效果要明顯優(yōu)于商品化的油基鉆井液流型調(diào)節(jié)劑PF-MOD和無(wú)極性基團(tuán)聚苯乙烯樹脂。

3.2 VSSI在高溫高密度無(wú)土相油基鉆井液體系中的性能評(píng)價(jià)

為了提高在高密度油基鉆井液中的懸浮性能，通常增加有機(jī)土的加量來(lái)提高鉆井液體系的切力，但會(huì)帶來(lái)鉆井液中的固相含量、靜切力過(guò)高等問題。將制備的增黏提切劑VSSI用于高溫高密度無(wú)土相油基鉆井液體系中，鉆井液的基礎(chǔ)配方為：3#白油+增黏提切劑VSSI+(0.5%～1%)PF-MOMUL(主乳化劑)+(0.5%～1.5%)PF-MOCOAT(輔乳化劑)+(0.6%～1.5%)PF-MOWET(潤(rùn)濕劑)+25%CaCl2水溶液+(1.5%～3%)CaO+(2%～4%)降濾失劑+重晶石(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

無(wú)土相油基鉆井液的性能見表2?？梢钥闯?無(wú)土相油基鉆井液中加入VSSI后體系的動(dòng)切力明顯增加，破乳電壓提高，即體系的懸浮能力增加，說(shuō)明VSSI在無(wú)土相油基鉆井液中具有明顯的增黏提切作用；隨著VSSI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鉆井液的動(dòng)切力增加明顯大于塑性黏度的增加，且鉆井液的動(dòng)態(tài)沉降隨著VSSI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，說(shuō)明其提切效果明顯高于提黏效果，因此使用油溶性的液體增黏提切劑VSSI替代膠凝性強(qiáng)的有機(jī)土可以有效地提升鉆機(jī)的機(jī)械鉆速；在260℃的熱滾條件下，該無(wú)土相油基鉆井液體系具有獨(dú)特的流變性特性，可以提供很強(qiáng)的懸浮能力。

表2 無(wú)土相油基鉆井液性能

注：1#-4#鉆井液配方為3#白油+增黏提切劑VSSI+1.2% PF-MOMUL(主乳)+0.5%PF-MOCOAT(輔乳)+3%PF-

MOWET(潤(rùn)濕劑)+25%CaCl2水溶液+1%CaO+5%OD-1(降濾失劑)(密度2.0g/cm3，油水體積比為 85∶15，試驗(yàn)條件為200℃×16h);5#鉆井液配方為3#白油+增黏提切劑VSSI+1% PF-MOMUL(主乳)+1.5% PF-MOCOAT(輔乳)+1.5%PF-MOWET (潤(rùn)濕劑)+25%CaCl2水溶液+2%CaO+3% PF-MOTROL(降濾失劑)(密度2.2g/cm3，油水體積比為90∶10，試驗(yàn)條件為260℃×16h)。

4 結(jié)論

1) 采用二聚脂防酸和二乙烯三胺制備了分子量高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)的油基增黏提切劑VSSI，并且解決了制備過(guò)程中的黏度高及在基礎(chǔ)油中溶解速度慢的問題。

2)高性能油基鉆井液提切劑VSSI在3#白油中有良好的增黏提切性能，在高溫高密度的無(wú)土相油基鉆井液中性能穩(wěn)定。