鐘 靈

（中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng) 457001）

端胺基聚醚（amine-terminated polyether, 簡(jiǎn)稱ATPE）又叫聚醚胺，是一類具有柔軟的聚醚骨架，末端以氨基或胺基封端的聚氧化烯烴化合物。其胺基一般為含有活潑氫的伯胺基、仲胺基或多胺基基團(tuán)[3-6]。鉆井現(xiàn)場(chǎng)常用的端胺基聚醚是伯氨基封端的聚環(huán)氧丙烷化合物，在鉆井液行業(yè)應(yīng)用中統(tǒng)稱為胺基聚醚（amine polyether，簡(jiǎn)稱APE）。市面上常見(jiàn)胺基聚醚分子量一般為200～2 000。因其具有良好的抑制能力，且不易造成黏土絮凝，是目前現(xiàn)場(chǎng)常用的聚胺類抑制劑之一[7-9]。應(yīng)用于鉆井液體系中的胺基聚醚可以是一種分子量的胺基聚醚，也可以是多個(gè)分子量的胺基聚醚的復(fù)配。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先選取了6種不同分子量的胺基聚醚產(chǎn)品進(jìn)行單一分子量的胺基聚醚的優(yōu)選研究，再將多個(gè)不同分子量胺基聚醚進(jìn)行復(fù)配，考察復(fù)配胺基聚醚是否會(huì)增強(qiáng)其作用效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

主要材料：ED600、ED900（揚(yáng)州晨化新材料股份有限公司），D230、T403、ED2003（蘇州長(zhǎng)科實(shí)業(yè)有限公司），MA240（無(wú)錫阿科力科技股份有限公司）；鉆井液配漿用膨潤(rùn)土（渤海鉆探工程有限公司泥漿技術(shù)服務(wù)分公司）。

主要儀器：滾子加熱爐（青島得順電子機(jī)械有限公司）；臺(tái)式離心機(jī)（常州天瑞儀器有限公司）。

胺基聚醚吸附量測(cè)試方法：首先在無(wú)水乙醇中加入不同量的胺基聚醚，使用鹽酸-乙醇溶液進(jìn)行滴定[10]，并繪制胺基聚醚加量-胺值的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；然后再抽取1 mL離心后的上層清液，加入50 mL無(wú)水乙醇和5～10滴溴酚藍(lán)指示劑，使用鹽酸-乙醇溶液進(jìn)行滴定；最后將滴定結(jié)果通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算，而得到濾液中胺基聚醚游離含量。胺基聚醚吸附量=[（胺基總量-游離含量）/土的質(zhì)量+空白樣耗損]×100%。

滾動(dòng)回收率測(cè)試方法：選用易水化分散的粒徑過(guò)6～8目篩的泥頁(yè)巖巖心，準(zhǔn)確稱取10 g巖心放入溶液后放入老化罐，在滾子加熱爐中以120 ℃下滾動(dòng)一定時(shí)間后取出。冷卻至室溫后過(guò)40目篩，取上部篩余巖心在105 ℃條件下烘4 h后稱重并計(jì)算。其中一次回收率是在溶液中經(jīng)120 ℃/16 h滾動(dòng)老化后過(guò)篩烘干稱量，其余多次回收率是將巖心在350 mL清水中經(jīng)120 ℃/2 h滾動(dòng)老化后過(guò)篩烘干稱量。滾動(dòng)回收率=（滾動(dòng)前巖心重量-滾動(dòng)后巖心重量）/滾動(dòng)前巖心重量×100%。

2 胺基聚醚優(yōu)選

胺基聚醚在鉆井液中的抑制能力主要體現(xiàn)在對(duì)土漿的作用及對(duì)泥頁(yè)巖水化的抑制性，優(yōu)選用于鉆井液體系中的單一分子量的胺基聚醚。實(shí)驗(yàn)中選取的胺基聚醚理化性能見(jiàn)表1。六種胺基聚醚分子量不同，其中D230、MA240、ED600、ED900和ED2003每個(gè)分子上有2個(gè)伯胺基團(tuán)，T403分子上有3個(gè)伯胺基團(tuán)。

表1 不同分子量胺基聚醚理化性能

2.1 單一分子量胺基聚醚考察

膨潤(rùn)土吸附量實(shí)驗(yàn)如下。不同分子量不同濃度的胺基聚醚水溶液中加入10%的鉆井液配漿用膨潤(rùn)土，30 ℃下恒溫振蕩2 h并離心。通過(guò)測(cè)定濾液中胺基聚醚的游離含量，從而計(jì)算出膨潤(rùn)土對(duì)胺基聚醚的吸附量。對(duì)于官能度相同而分子量不同的胺基聚醚，加量≤1%時(shí)，膨潤(rùn)土對(duì)胺基的吸附量呈直線上升趨勢(shì)，此時(shí)濾液中游離的胺基聚醚很少，基本全被膨潤(rùn)土所吸附；加量＞1%以后，吸附曲線呈弧線上升，此時(shí)濾液中胺基聚醚游離含量逐漸增大；加量≥3%以后，吸附量不再增大，即已達(dá)到了吸附平衡。從MA240和T403對(duì)比可知，分子量相同官能度不同胺基聚醚，總胺值越高的吸附量數(shù)值越大。從D230、MA240等雙官能度的胺基聚醚在膨潤(rùn)土中的吸附量可以看出，分子量越小，土對(duì)胺基的吸附量越大，從而能更有效地抑制黏土分散，提高鉆井液的抑制性。

通過(guò)滾動(dòng)回收率考察不同分子量胺基聚醚的抑制性。取分子量不同的胺基聚醚，配制成1%的水溶液，測(cè)定120 ℃下滾動(dòng)回收率。其回收率T403＞D230＞MA240＞ED600＞ED900＞ED2003，分子量越低、胺值越高，滾動(dòng)回收率越高，即抑制性越好。T403雖然胺值小于D230，但抑制性卻略高于D230。這是由于T403為三官能度，對(duì)土的吸附作用強(qiáng)于二官能度的D230。ED900和ED2003滾動(dòng)回收率低于清水。這是由于1%胺基聚醚水溶液pH為11左右，表現(xiàn)出一定的分散作用，分子量較大時(shí)胺基密度很低，抑制作用小于分散作用，使得回收率低于清水。

2.2 多分子量復(fù)配胺基聚醚考察

前面考察了單一型號(hào)的胺基聚醚的加量及抑制性能，但多分子量胺基聚醚復(fù)配是否會(huì)增強(qiáng)其作用效果還有待研究。因此開(kāi)展多分子量復(fù)配胺基聚醚的加量及抑制性能研究，考察多分子量級(jí)配胺基聚醚加量與游離含量關(guān)系及吸附等溫線考察。

選用分子量分別為230、440、600、900、2 000的胺基聚醚，通過(guò)理論計(jì)算配制平均分子量為800的復(fù)配胺基聚醚。復(fù)配方式選用2種、3種、4種胺基聚醚復(fù)配，分子量分布包含較寬、居中、較窄三種情況，具體配比見(jiàn)表2。

表2 復(fù)配胺基聚醚配比情況

在不同濃度的復(fù)配胺基聚醚水溶液中加入10%的鈣土，30 ℃下恒溫振蕩2 h。按照1中講述的方法測(cè)定濾液中胺基聚醚游離含量，進(jìn)而計(jì)算胺基聚醚吸附量。復(fù)配胺基聚醚加量與游離含量的關(guān)系如下：對(duì)于分子量復(fù)配的8種胺基聚醚，加量＜1%時(shí)，隨著加量增大，土對(duì)胺基聚醚的吸附量逐漸增加，此時(shí)胺基聚醚基本被鈣土所吸附；加量超過(guò)1%以后，吸附量增加幅度趨緩，基本達(dá)到吸附平衡。不同方式復(fù)配后平衡吸附量有一定差別，但是差別不大。將復(fù)配胺基聚醚吸附等溫線與單劑D230吸附等溫線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其吸附規(guī)律相同，均為L(zhǎng)型單層吸附。從不同方式復(fù)配的胺基聚醚對(duì)比可以看出，總胺值越高，土對(duì)胺基的吸附量也越高。

2.3 持續(xù)抑制性能考察

采用頁(yè)巖回收率法測(cè)試不同胺基聚醚的持續(xù)抑制能力。一次回收率是將巖心放入加了不同胺基聚醚的鉆井液中高溫滾動(dòng)后測(cè)試，其余的回收率均是將之前滾動(dòng)烘干后的巖心放入清水中高溫滾動(dòng)后測(cè)試?？梢钥闯?，鉆井液基液的一次回收率相差不大，但隨著清水滾動(dòng)回收次數(shù)的增多，回收率直線下降。APE鉆井液的回收率基本保持較高，僅采用ED900和復(fù)配8（ED600與ED900復(fù)配）的鉆井液隨著回收次數(shù)的增多而略有下降。結(jié)合表1和表2分析認(rèn)為，當(dāng)鉆井液中所加的APE總胺值＜3 mmol/g時(shí)，隨著總胺值的降低，清水滾動(dòng)回收次數(shù)的增多，回收率逐漸下降；而鉆井液中所加的APE總胺值≥3 mmol/g時(shí)，回收次數(shù)的增多對(duì)其回收率影響較小，說(shuō)明總胺值≥3 mmol/g的胺基聚醚具有良好的長(zhǎng)效抑制性。因此配制APE鉆井液應(yīng)選用總胺值≥3 mmol/g的胺基聚醚，以達(dá)到良好的持續(xù)抑制效果。

3 結(jié)論

1）在不同分子量的胺基聚醚中，分子量越小，胺值越高對(duì)泥頁(yè)巖抑制性越好；同分子量時(shí)官能度越高，作用效果越好；多分子量復(fù)配胺基聚醚抑制性并無(wú)明顯提高；胺基聚醚的抑制性能主要與總胺值大小有關(guān)。因此推薦分子量分布范圍窄、總胺值較高的胺基聚醚為鉆井液體主處理劑。

2）配制胺基聚醚鉆井液應(yīng)選用總胺值≥3 mmol/g的胺基聚醚，以達(dá)到良好的長(zhǎng)效抑制效果。