聚合物油层保护剂的应用研究

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　　[摘 要] 通过对钻井液中亚微米粘土颗粒改造，提高油气层保护效果。依据分子设计原理在丙烯类高分子聚合物或天然高聚物侧链引入阳离子基团、疏水基团和交联剂合成了聚合物油层保护剂。并对聚合物油层保护剂的溶解性、吸水率、与常规钻井液的配伍性和降失水效果，钻井液中固相颗粒分布变化情况和油气层保护性能进行了评价。室内和现场实验结果表明：在不同压力下表现出良好的控制滤失和显著降低对油气层的损害。
　　[关键词] 聚合物油层保护剂 细分散粘土改性 油气层保护 固相颗粒级配 亚微米颗粒
　　
　　常规钻井液油层保护采用屏蔽暂堵技术。该技术没有考虑对钻井液中细分散的粘土颗粒的改造，大量的细分散粘土颗粒在初始失水时进入油层的微粒区域，影响了油气层保护的效果。这些粘土颗粒主要来自配浆土和地层中的粘土矿物，具有比表面积大、表面能高的特点，是钻井液固相中的主要活性组分。所以有必要对油气层保护技术做进一步的研究，在此基础上，研究开发聚合物油层保护剂，该聚合物一方面可以完全阻止钻井液固相和滤液进入地层。另一方面可抑制和聚结钻井液中的细分散粘土颗粒。在大量调研和室内实验的基础上，确定聚合物油层保护剂应为常规钻井液条件下不溶凝胶型交联聚合物。
　　1.实验部分
　　1.1 实验原料与仪器
　　 主要原料与药品：丙烯酰胺（AM），聚合级；丙烯酸（AA），聚合级；天然高聚物，市售；交联剂，疏水单体，自制；阳离子单体，自制；引发剂，分析纯。
　　主要仪器：JL-9100激光粒度分析仪，淄博分析仪器厂；微型高速万能试样粉碎机，河北省黄骅市实验仪器厂；S8401型定时控温电动搅拌器，博山电机厂；YX型数显恒温水浴锅，山东鄄城永兴仪器厂；SD六联中压失水仪，青岛照相机总厂；NDJ-1型旋转粘度计，上海实验仪器厂；ZK-82B真空干燥箱，上海市实验仪器厂；高温滚子炉，山东鄄城永兴仪器厂；
　　1.2 聚合物油层保护剂的合成
　　1.2.1 配方1：配制7%天然高聚物悬浊液，水浴加热升温至70~85℃，反应1h，降温至50~60℃，加入配方量单体AM、AA、交联剂和引发剂等，维持温度反应3h，慢速搅拌。干燥粉碎过200目筛，加适量水水化，用 4%碱溶液中和至pH＝6.5，得成品。
　　1.2.2 配方2：无天然高聚物， 按配方量加入单体AM、AA、交联剂和引发剂等。水浴加热升温至40~50℃，加入配方量引发剂反应2h，慢速搅拌。干燥粉碎过200目筛，加适量水水化，用 4%碱溶液中和至pH＝6,得成品。
　　2.聚合物油层保护剂的性能评价
　　2.1 溶解性评价
　　依据国家标准 GB 12005.8－89对聚合物油层保护剂溶解速度进行了测定，单位：min。
　　
　　由上表实验结果可知：在15%KOH溶液条件下，溶解时间≤3h。
　　2.2 溶胀度的测定
　　采用溶胀平衡法，根据交联聚合物吸收溶剂的质量或体积定义溶胀度Q，称取1g已干燥样品（精确至0.0001g）。浸入1000ml自来水中静置24h，过滤称量已吸水饱和的样品质量。
　　
　　2.3 聚合物油层保护剂分子量测定
　　依据国家标准GB 12005.1 -89对聚合物油层保护剂分子量进行了测定，首先用15％碱性溶液溶解样品。
　　
　　
　　2.4 聚合物油层保护剂残余丙烯酰胺含量
　　依据国家标准GB 12005.3-89对聚合物油层保护剂中残留丙烯酰胺含量进行了测定。
　　
　　2.5 疏水单体含量测定
　　试样与氢碘酸在170℃反应2小时生成相应的碘代烷完全裂解后进入色谱仪，分析生成的碘代烷的含量，最后确定被测物中疏水物质的含量。
　　
　　2.6 膨润土浆固相颗粒分布评价
　　实验采用JL-9100粒度分析仪对样品处理前后膨润土浆亚微米颗粒含量变化情况作了评价。
　　膨润土浆配方： 400ml蒸馏水+16g钠膨润土+1.05g纯碱，分别老化2天,15天。
　　
　　由表6结果得出，随着水化时间延长膨润土浆中的亚微米颗粒含量明显增加。，配方1、2样品均使膨润土浆中的亚微米颗粒降低10％以上，亚微米颗粒含量越大样品作用效果越明显。
　　2.7 对钻井液常规性能的影响
　　配方1：基浆：400ml蒸馏水+16g钠土+1.05g纯碱
　　配方2：基浆+0.2％配方1
　　配方3：基浆+0.1％配方2,
　　
　　由上表结果可知，样品加入后，钻井液粘度和切力略有增加，API失水显著降低。
　　3.现场应用
　　利67井是胜利油田部署在济阳坳陷东营凹陷利津洼陷带利67砂体上的一口重点预探井，设计井深4300m，设计最高泥浆密度1.75g/cm3；实际完钻井深4241m，实际完钻泥浆密度1.97g/cm3。油层段采用油气层保护钻井液体系，保证了工程的顺利施工，并很好的保护了油气层。现场施工表明：
　　（1）显著降低钻井液中的亚微米颗粒含量，钻井液中小于1um的亚微米颗粒含量降低10%以上。
　　（2）泥饼薄而韧，造壁能力强，防塌性好，该井井径规则，井眼扩大率小。
　　（3）油层保护效果好，完井测定表皮系数－2.13，邻井利－57井表皮系数2.07；
　　（4）与钻井液体系的配伍性好，加入后泥浆流变性变好，有利于钻井液性能的调整和稳定。
　　
　　4.作用机理
　　（1）中和粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力。与粘土发生桥联，改变钻井液中的粘土颗粒分散状态；
　　（2）聚合物油层保护剂为凝胶型聚合物，不溶于水，具有一定体积，不能随滤液进入地层孔隙；
　　（3）细颗粒部分作为可变形填充粒子参与泥饼形成，形成致密泥饼；
　　（4）大颗粒部分被振动筛或除砂器筛除。
　　（5）完井作业中，通过酸化或碱化（适用于酸敏性地层）解除交联结构解堵。
　　5.结论
　　（1）依据分子设计原理在丙烯类高分子聚合物或天然高聚物侧链引入阳离子基团、疏水基团和交联剂合成了聚合物油层保护剂是可行的；
　　（2）聚合物油层保护剂具有絮凝细分散粘土颗粒的能力，与聚丙烯酰胺配合使用效果更好；
　　（3）聚合物油层保护剂是适应于油层保护钻井液，与常规油气层保护材料配合使用协同增效具有良好油层保护效果、与钻井液配伍性好；
　　（4）聚合物油层保护剂引入天然高分子聚合物降低了成本，适用于井温<100℃的油层, 丙烯类高分子聚合物，适用于井温<150℃的油层，价格较高；
　　（5）现场应用收到了良好效果，具有较强的油气层保护效果，适用于油气层段钻井液施工。
　　参考文献：
　　[1] 王中华.对钻井液处理剂及钻井液体系发展的认识[J].钻井液与完井液.2001，18(4).
　　[2] 周祖康，顺惕人.胶体化学基础，北京，北京大学出版社，1987.
　　[3] 陈宗淇，峨闽光.胶体化学，北京，高等教育出版社，1984.
　　[4] Smith C W Borchardt J K．Clay Stabilization during oil and gas well cementingoperations．US Pat 4 393 939；1983．
　　[5] Hill，Donaldq.Clay Stabilization-Criteria for Best Performance，SPE10656，1982.
　　作者简介：
　　张海青,工程师，2004年毕业于吉林大学地质工程专业，硕士。现在胜利钻井泥浆公司钻井液工业研究所工作，从事钻井液技术研究和现场服务。

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