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        鉆井液用抗溫抗鹽聚合物降濾失劑的研發(fā)與應(yīng)用

        2020-05-09 06:34:36田茂明中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司河南南陽473132
        化工管理 2020年12期

        田茂明(中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司,河南 南陽473132)

        1 抗溫抗鹽聚合物降濾失劑的合成及性能評價

        1.1 抗溫抗鹽梳型聚合物降濾失劑的合成

        ①稱取12.9gAMPS 于小燒杯中,加入約20.00g 蒸餾水溶解;

        ②再稱取2.20-2.30g 氫氧化鈉于另一個小燒杯中,加入約5g 蒸餾水溶解;

        ③用氫氧化鈉調(diào)節(jié)AMPS 溶液pH 值到5-6 時,將剩余氫氧化鈉溶液中再加入5g 蒸餾水,稀釋為氫氧化鈉稀溶液,繼續(xù)調(diào)節(jié)AMPS 溶液pH 值到7 左右;

        ④再加入約0.01g 氧化鈣粉末,使AMPS 溶液pH 值為7-9;

        ⑤將調(diào)整好的AMPS 溶液稱重,補(bǔ)加水量達(dá)到要求單體濃度;將調(diào)整好的AMPS 溶液在38℃水浴升溫,邊攪拌邊加入13.36gAM,溶解后,再加入1.54g 改性土,攪拌使其分散均勻;

        ⑥待溫度達(dá)到38℃后,邊攪拌邊滴加引發(fā)劑(先滴加5d 亞硫酸氫鈉溶液,再滴加10d過硫酸銨溶液);

        ⑦滴加完引發(fā)劑后很快溫度即明顯上升,繼續(xù)用玻璃棒攪拌10min 后,密封在水浴中繼續(xù)靜置50min 后,在90℃干燥,粉碎樣品取名WL-1。

        1.2 抗溫抗鹽聚合物降濾失劑結(jié)構(gòu)表征與性能測試

        1.2.1 紅外光譜分析

        將提純后的樣品WL2016,用KBr 壓片,低溫干燥后,進(jìn)行紅外光譜分析,3423cm-1處為仲酰胺特征吸收峰,2933cm-1處為-CH2-的伸縮振動吸收峰;1186cm-1、1116cm-1、1042cm-1為磺酸基團(tuán)的特征吸收峰;628cm-1是C-S 的伸縮振動吸收峰;4.1654cm-1處是C=O的特征吸收峰。羧基和磺酸基具有較強(qiáng)的水化能力,酰胺基對黏土具有較強(qiáng)的吸附能力,磺酸基抗鈣抗溫性能十分優(yōu)異,聚合物本身的C-C 結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性好,所合成的聚合物具有較好的抗溫、抗鹽、降濾失效果。

        1.2.2 熱穩(wěn)定性分析

        采用NETZSCH TG 209 F1 型熱重分析儀,測試聚合物降濾失劑在氮?dú)鈿夥罩械臒岱€(wěn)定性能,升溫速率10 K/min,氣體流速50 mL/min,溫度范圍25 ℃至800 ℃。熱重分析結(jié)果如圖1所示。

        圖1 WL-1熱重分析測試情況圖

        隨著溫度的上升,WL-1 聚合物降濾失劑的質(zhì)量出現(xiàn)緩慢損失,當(dāng)溫度超過250 ℃后重量開始迅速損失,但是在0-200 ℃范圍內(nèi)聚合物降濾失劑的質(zhì)量損失比較緩慢,溫度到達(dá)200 ℃左右時的重量損失率僅為5.25%,說明合成的聚合物降濾失劑能夠耐受200 ℃高溫。

        1.2.3 特征粘度測定

        采用烏氏粘度計法測的聚合物稀溶液的粘度,依據(jù)半經(jīng)驗的MarK-Houwink 方程,通過聚合物的特性粘度與降粘效果的關(guān)系,來反應(yīng)分子量的大小對聚合物降粘性能的影響。半經(jīng)驗的MarK-Houwink 方程如下:[η]=KMα。

        經(jīng)測定WL-1 的粘均分子量分別約為M=74.45 萬。對WL-1 測試,1%水溶液表觀粘度低僅有14mPa·s,屬于非增粘型降失水劑。當(dāng)降濾失劑分子量太小時,不能形成多點(diǎn)吸附,不能形成穩(wěn)定的溶劑化層;當(dāng)降濾失劑分子量太大時,會導(dǎo)致鉆井液粘度增加。樣品WL-1的分子量屬于中分子量的。而且這個樣品的分子結(jié)構(gòu)中含有較大的親水基團(tuán),故能很容易地溶于水中,起到較好的降濾失作用。

        1.3 聚合物降濾失劑抗鹽、抗鈣性能評價

        用蒸餾水配制濃度為200000mg/l 的NaCl 和20000mg/L的CaCl2溶液,分別各取取3 份,每份100mL,分別加入降濾失劑產(chǎn)品各5mL,即體積濃度為5%。待降濾失劑溶解后隔一段時間用肉眼觀察是否有沉淀析出,24h 后再用Thermo Orion AQ2010 濁度計,按照《ISO7027 濁度測量標(biāo)準(zhǔn)方法》測定降濾失劑氯化鈣溶液、氯化鈉溶液及空白對照組的濁44度,測定結(jié)果如表5-4 所示。

        表1 WL-1 降濾失劑抗鹽、抗鈣性能

        備注:“無沉淀”表示溶液澄清透明,肉眼觀察不到水中和瓶底有任何的沉物產(chǎn)生,且與空白樣NaCl 、CaCl2溶液對比也觀察不到明顯沉淀。

        由表1可知NaCl、CaCl2 水溶液的濁度值很低。而合成降濾失劑在NaCl、CaCl2溶液的濁度值相對比較高。當(dāng)降濾失劑溶解到NaCl 、CaCl2 水溶液中后,聚合物分子鏈完全分散在水中,導(dǎo)致整個溶液的濃度和粘度增加,濁度值變大,為十幾個NTU 左右,但是肉眼幾乎觀察不到沉淀存在。因此,可以初步判斷合成的降濾失劑WL2016 的抗鈣性基本可以達(dá)到在20000mg/L 的CaCl2 溶液中不會發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生沉淀,抗鹽在200000mg/L 的NaCl溶液中不會發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生沉淀。

        1.4 抗復(fù)合鹽水性能測試

        配置基漿,復(fù)合鹽水基漿:400ml 蒸餾水+4.57%NaCl+0.74%CaCl2+1.97%MgCl2+52.5 g鉆井液試驗用鈣膨潤土和3.15 g無水碳酸鈉,在(24±3)℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h作為基漿,其濾失量應(yīng)在80 mL-110 mL范圍內(nèi)。

        表2 WL-1 降濾失劑抗復(fù)合鹽水性能測試

        該處理劑在加量0.7%的情況可以將中壓濾失量從基漿80ml降低8.8,降低率達(dá)89%,180℃高溫?zé)釢L后,在1.5%加量下降低到7.2ml,降低率達(dá)91%,該產(chǎn)品在復(fù)合鹽中具有較好的降失效果。

        2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

        針對該處理劑抗溫抗鹽抗鈣特點(diǎn),優(yōu)選河南油田含石膏層、芒硝層、堿層等復(fù)雜地層的泌陽區(qū)塊泌432、泌431、泌73-4井進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用試驗,在鉆穿污染地層,鉆井液濾失量增加,加入大量常規(guī)降濾失劑效果較差,加入WL-1進(jìn)行實驗。

        表3 WL-1 降濾失劑現(xiàn)場應(yīng)用情況

        通過WL-1在三口井的聚合物防塌鉆井液、抗溫抗鹽鉆井液、聚磺防塌鉆井液體系中的使用可以看出,WL-1對三種體系都有著很好配伍性,加入0.3-0.5%后濾失量都得到有效降低,能夠有效應(yīng)對多種鹽污染下降濾失劑。

        3 結(jié)語

        (1)確定了WL-1 合成的工藝技術(shù)。單體比AM:AMPS:改性土=3.8:2.8:1,單體濃度為25%,反應(yīng)溫度為38℃,引發(fā)劑加量約0.5%時,得到的樣品達(dá)到項目要求。

        (2)該產(chǎn)品抗溫達(dá)到200℃;抗鹽(以NaCl 計)達(dá)到20%,抗鈣(以CaCl2 計)達(dá)到2%;在復(fù)合鹽水泥漿中加7g/L 的降濾失劑,常溫API濾失量9.0ml;在復(fù)合鹽水泥漿中加15g/L的降濾失劑,熱滾150℃/16h,API濾失量7.5ml。

        (3)從現(xiàn)場3口井使用情況來看,在高溫高濃度離子污染下添加研制的0.3-0.5%降濾失劑WL-1 后濾失量都在5ml 以內(nèi),達(dá)到了規(guī)定的性能指標(biāo),滿足現(xiàn)場鉆井施工要求。

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