聚合度對聚胺頁巖抑制劑抑制性能的影響

杜 薇，陳 楠，魯 嬌，楊 超 ，張喜文，黎元生*

（1. 遼寧石油化工大學(xué), 遼寧 撫順 113001; 2. 撫順石油化工研究院, 遼寧 撫順 113001）

聚合度對聚胺頁巖抑制劑抑制性能的影響

杜 薇1，陳 楠2，魯 嬌2，楊 超2，張喜文2，黎元生*2

（1. 遼寧石油化工大學(xué), 遼寧 撫順 113001; 2. 撫順石油化工研究院, 遼寧 撫順 113001）

考察了不同聚合度聚胺用作鉆井液頁巖抑制劑的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入聚胺能降低泥漿的動切力，土容量越大，減低越明顯。聚胺濃度越大，相對抑制率越高。當(dāng)以粘度來近似表征聚合度時，粘度為700～1 200 mm2/s的聚胺在含量為0.2%時，相對抑制率＞80%。加入聚胺的泥漿在120 ℃、150 ℃和180 ℃溫度下老化16 h后，相對抑制率均大于90%，顯示出良好的頁巖抑制效果。

聚胺；頁巖抑制劑；聚合度；鉆井液

在鉆井液中，頁巖多以粘土的形式分散，頁巖抑制劑能夠抑制頁巖粘土的水化作用，從而使井壁穩(wěn)定[1-3]。近年來，聚胺類抑制劑是國內(nèi)外常用的一類頁巖抑制劑。聚胺大多溶于水，在水基鉆井液中易于添加處理，胺分子獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)可填充在粘土層間，通過陽離子吸附在粘土表面，或在離子交換中取代金屬陽離子形成了對粘土的束縛[4]。不同分子量的中性胺類頁巖抑制劑的分子建模研究表明，胺類的抑制效率優(yōu)于其它類型化合物[5]。還有對環(huán)境污染程度較小等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)合成了一系列不同聚合度的聚胺，以聚胺運(yùn)動粘度近似表征聚合度。通過抑制膨潤土造漿實(shí)驗(yàn)、相對抑制率實(shí)驗(yàn)、耐溫性實(shí)驗(yàn)，評價了聚胺的抑制性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料和儀器

有機(jī)胺、環(huán)醚、擴(kuò)鏈劑、終止劑等。

鉆井液用膨潤土。

DFYF-108A GB/T265石油產(chǎn)品運(yùn)動粘度測定儀；GJSS-B12K 變頻高速攪拌機(jī)；XGRL-4A型高溫滾子加熱爐；六速旋轉(zhuǎn)粘度計。

1.2 樣品合成及評價實(shí)驗(yàn)

（1）樣品制備

將有機(jī)多胺、環(huán)醚等原料按不同比例加入反應(yīng)器中，制備出不同聚合度的系列產(chǎn)物。

（2）樣品粘度測定

用 GB/T 265-88方法測粘度，測定溫度為 40℃。

（3）抑制膨潤土造漿實(shí)驗(yàn)

在400 mL自來水中加入3%聚胺試樣和5%鉆井液用膨潤土，攪拌20 min，70 ℃下熱滾16 h后測試漿液流變性，再加入10%鉆井液用膨潤土，70℃下熱滾16 h后測試流變性，如此反復(fù)直到漿液粘度太大測不出為止，對比膨潤土容量和動切力。

與空白基漿比較，膨潤土容量越大，動切力越小，說明聚胺的抑制性越好。

（4）相對抑制率實(shí)驗(yàn)

分別取不同量的聚胺試樣溶于蒸餾水中，加入0.3%碳酸鈉，在10 000 r/min下攪拌5 min后，緩慢加入10%鉆井液用膨潤土,在10 000 r/min下攪拌20 min,在120 ℃下熱滾16 h，冷卻后在10 000 r/min下攪拌5 min，測定泥漿的流變性，并與無聚胺基漿的流變性比較，得到不同抑制劑濃度對10%膨潤土漿的相對抑制率。

相對抑制率越大，說明聚胺的抑制性越好。

式中：X— 相對抑制率，%；

f′100— 泥漿在 100 r/min 的讀值；

f100— 基漿在 100 /min 的讀值。

（5）耐溫性實(shí)驗(yàn)

以過200目篩的鈉膨潤土經(jīng)干燥后，作為鉆井液用膨潤土，分別在120、150和180 ℃老化溫度下進(jìn)行相對抑制率實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 合成樣品的聚合度表征

聚合度是聚合物相對分子量的量度，聚合度的表示方法很多，常用粘度法來表示[6]。不同樣品的粘度測試結(jié)果見表1。

表1 不同合成條件樣品的粘度Table 1 Viscosities of samples synthesized under different conditions

2.2 抑制膨潤土造漿

以上部分樣品作不同粘度樣品在不同土容量時的動切力曲線見圖1。

隨著土量的增加，泥漿體系動切力的值增加。在所加膨潤土容量為45%時，空白基漿動切力值為37.5 Pa，加入聚胺樣品的泥漿動切力均低于15 Pa。當(dāng)膨潤土容量為55%時，空白基漿測不出動切力值，聚胺樣品能測出動切力值，分別為：1#樣品14 Pa；3#樣品 38.5 Pa；5#樣品 64 Pa；13#樣品 41.5 Pa；14#樣品 45.5 Pa；15#樣品 35 Pa；16#樣品 56.5 Pa。當(dāng)膨潤土容量為65%時，14#聚胺仍可測出動切力值。

加入不同粘度聚胺的泥漿在膨潤土容量相同時，動切力均小于空白基漿。這表明制備的聚胺能夠有效起到抑制膨潤土造漿的能力。

圖1 不同粘度樣品的動切力Fig. 1 The YP of samples with different viscosities

2.3 相對抑制率

以上部分樣品作不同加入量時粘度對抑制率影響曲線見圖2。

隨著聚胺量的增加，相同粘度聚胺的相對抑制率增加。聚胺含量為0.1%時，所有運(yùn)動粘度的聚胺抑制性均較差。含量為0.2%時，運(yùn)動粘度為700～1 200 mm2/s的聚胺相對抑制率大于80%。含量在0.3%和0.5%時，聚胺的相對抑制率均大于90%，數(shù)值變化不明顯。

此外，可以看出粘度為700～1 200 mm2/s的聚胺可以在加量較少的情況下得到更好的抑制效果。

圖2 不同粘度樣品的相對抑制率Fig. 2 The relative inhibition rate of samples with different viscosities

2.4 耐溫性實(shí)驗(yàn)

不同老化溫度下所測得的相對抑制率見表2。

表2 不同老化溫度的聚胺相對抑制率Table 2 The relative inhibition rate of the polyamine under different aging temperatures %

3種聚胺在120 ℃，150 ℃和180 ℃下的相對抑制率均大于90%，具有良好的抑制性。聚胺的耐溫性好，可耐180 ℃高溫。

3 結(jié) 論

（1） 與空白泥漿相比，加入 3%聚胺后能夠明顯降低體系動切力，表明樣品聚胺有明顯的抑制膨潤土水化的作用。

（2） 相對抑制率實(shí)驗(yàn)表明，粘度為700～1 200 mm2/s的聚胺在加入只有0.1%時，即能表現(xiàn)出一定的抑制性。加入量在0.2%以上時，所有聚胺樣品均表現(xiàn)出較好的抑制性。

（3） 測試的聚胺樣品經(jīng)120、150和180 ℃老化后，相對抑制率均能超過90%，表明不同聚合程度的樣品在試驗(yàn)范圍內(nèi)均具有良好的高溫抑制性。

[1] 梁大川.泥頁巖水化機(jī)理研究現(xiàn)狀[J].鉆井液與完井液，1997，14(16)：29-31.

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Effect of the Polymerization Degree on Performance of Polyamine Shale Inhibitor

DU Wei1,CHEN Nan2,LU Jiao2,YANG Chao2,ZHANG Xi-wen2,LI Yuan-sheng*2
（1. Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；
2. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 113001，China)

Properties of polyamines with different polymerization degrees as shale inhibitor for drilling fluid were investigated .The results show that to add polyamines can decrease the YP of clay mud, and capability of the clay increases more, the reduction is more apparent; the higher the polyamine concentration, the higher the relative inhibition rate. When dosage of the polyamine（700～1 200mm2/s） is 0.2%, the relative inhibition rate is more than 80%.After aging for 16 h at the temperature of 120 ℃, 150 ℃ or 180 ℃, relative inhibition rates are more than 90%.

Polyamine; Shale inhibitor; Degree of polymerization; Drilling fluid

TQ 316

1671-0460（2012）01-0039-03

2011-12-10

杜薇（1986-），女，在讀研究生，遼寧遼陽人，2008年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)，研究方向：鉆井液添加劑。

黎元生，教授級高級工程師，本刊編委。E-mail：liyuansheng.fshy@sinopec.com。