非稠化型雜聚糖苷鉆井液體系研究

張 潔 張 黎 陳 剛 楊乃旺 郭 鋼 程 升

1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；

2.西安市環(huán)保局，陜西 西安 710068；

3.中國石油長慶油田公司，陜西 西安 710021；

4.揚(yáng)州潤達(dá)油田化學(xué)劑有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225261

0 前言

低固相鉆井液有利于油層保護(hù)，施工中能提高鉆井速度，節(jié)約鉆井成本［1-4］。 雜聚糖苷（KD-03）是適用于低固相鉆井液的多功能處理劑， 它屬于天然雜聚糖衍生物，數(shù)均分子量為30～120 萬，其中分子量﹤80 萬的組分能溶于水中形成半透明溶膠液，分子量﹥80 萬的組分不溶于水但能均勻懸浮于水中［5］。 KD-03 作為鉆井液處理劑已經(jīng)在江蘇油田工業(yè)化生產(chǎn)并應(yīng)用，實(shí)踐證明KD-03在鉆井液中具有以下作用：a）能有效避免或減少黏土礦物的水化膨脹和分散， 表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制性；b）分子的聚集成膜性產(chǎn)生了良好的造壁性和降濾失效果，能有效地控制由于固相微粒和濾液侵入地層而引起的儲層損害；c）在水和巖石礦物顆粒之間的低表面張力和低界面張力能有效降低因?yàn)V液滯留效應(yīng)而引起的儲層損害，并給泥餅表面帶來一定的潤滑作用；d）環(huán)狀多羥基分子結(jié)構(gòu)單元使其具有良好的抑制水合物結(jié)垢作用，表現(xiàn)出一定的抗凍性；e）大分子主鏈呈線型，使KD-03 在水基鉆井液中表現(xiàn)出一定的增黏性。 上述c）、d）兩項(xiàng)同時(shí)存在使KD-03 在水基鉆井液中表現(xiàn)出一定的極壓潤滑性。此外，KD-03 在地面條件下易于生物降解， 所組配的鉆井液是理想的環(huán)保型鉆井液［5-7］。

目前國內(nèi)外聚合糖類鉆井液通常黏度較高，主要通過聚合糖用量控制濾失量， 泥餅質(zhì)量偏厚且潤滑性不佳。 與目前聚合糖類鉆井液處理劑的性能類似，KD-03需要靠提高用量來增大黏度、降低濾失量，在應(yīng)用中也存在缺點(diǎn)，如：在用量較少時(shí)濾失量偏大，而增加用量雖能降低濾失量，但同時(shí)會引起體系黏度過度增大。 要應(yīng)用KD-03，應(yīng)調(diào)整聚合糖鉆井液的組成，擴(kuò)展聚合糖鉆井液應(yīng)用范圍，使之滿足不同地層現(xiàn)場生產(chǎn)要求，本文研究了KD-03—水解聚丙烯腈鹽低固相鉆井液的各項(xiàng)性能，測試了不同用量的三種水解聚丙烯腈鹽與KD-03組配鉆井液的密度、黏度、電導(dǎo)率、濾失量等性能參數(shù)，開發(fā)了一種非稠化型鉆井液體系，為進(jìn)一步優(yōu)化KD-03—水解聚丙烯腈鹽低固相鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用工藝提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、ZNS 型鉆井液失水測定儀、PHS-3 C 型酸度計(jì)、DDS-11 A 型電導(dǎo)率儀；雜聚糖苷（KD-03）、水解聚丙烯腈鹽為工業(yè)級產(chǎn)品，其余試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 鉆井液配制

鉆井液基漿配方為2 000 mL 水+ 80 g 膨潤土+ 4 g無水Na2CO3；取預(yù)水化基漿，添加4%KD-03 和一定量的水解聚丙烯腈鹽，室溫下充分混合均勻，陳化。

1.2.2 鉆井液性能評價(jià)

參照API 標(biāo)準(zhǔn)，對添加了KD-03 的水解聚丙烯腈鹽鉆井液的相對密度、表觀黏度、塑性黏度、動切力、API 濾失量、pH 值、電導(dǎo)率等性能參數(shù)進(jìn)行測試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 水解聚丙烯腈鈉的影響

首先考察了不同用量的水解聚丙烯腈鈉對KD-03鉆井液性能的影響，結(jié)果見表1。

表1 不同用量水解聚丙烯腈鈉對KD-03 鉆井液性能影響

從表1 可見，水解聚丙烯腈鈉在KD-03 鉆井液中的添加量為0.05%～1.50%時(shí)，3#～6#水解聚丙烯腈鈉處理的KD-03 鉆井液電導(dǎo)率相對于2# KD-03 鉆井液電導(dǎo)率（0.105 s/m）大幅增加。 水解聚丙烯腈鈉加量從1.05%增至1.50%時(shí)，水解聚丙烯腈鈉處理的KD-03 鉆井液電導(dǎo)率增加幅度明顯降低，說明水解聚丙烯腈鈉處理的KD-03 鉆井液中水解聚丙烯腈鈉的含量已趨于飽和。 3#～6#水解聚丙烯腈鈉處理的KD-03 鉆井液黏度相對于2#KD-03 鉆井液有較大幅度下降，表明得到非稠化型KD-03 鉆井液，水解聚丙烯腈鈉添加量為0.05%即可使KD-03 鉆井液黏度顯著降低，隨著水解聚丙烯腈鈉添加量提高，KD-03 鉆井液黏度略有上升。

從濾失量來看，4#～6# 水解聚丙烯腈鈉處理的KD-03 鉆井液濾失量分別較2#KD-03 鉆井液的濾失量均有降低， 隨著聚丙烯腈鈉加入量的增大其濾失量逐漸降低。綜上，聚丙烯腈鈉與KD-03 具有良好的配伍性，可以使原體系的黏度和濾失量降低，適宜添加量為1.50%。

2.2 水解聚丙烯腈鉀的影響

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)考察不同用量水解聚丙烯腈鉀對KD-03鉆井液性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 不同用量水解聚丙烯腈鉀對KD-03 鉆井液性能影響

從表2 可見，水解聚丙烯腈鉀在KD-03 鉆井液中添加量為0.05%～1.50%時(shí)，7#～10# 水解聚丙烯腈鉀處理的KD-03 鉆井液電導(dǎo)率相對于KD-03 鉆井液電導(dǎo)率大幅增加。水解聚丙烯腈鉀的加入可以顯著降低KD-03 鉆井液的黏度，隨著加量的提高黏度略有上升。 從濾失量來看， 隨著聚丙烯腈鉀加入量的增大其濾失量逐漸降低，加量為1.50%時(shí)濾失量僅為8.0 mL。綜上，水解聚丙烯腈鉀在KD-03 鉆井液中的適宜添加量為1.50%。

2.3 水解聚丙烯腈銨的影響

進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)考察不同用量水解聚丙烯腈銨對KD-03 鉆井液性能的影響，結(jié)果見表3。

從表3 可見， 加入水解聚丙烯腈銨可提高KD-03鉆井液電導(dǎo)率，但隨加量提高電導(dǎo)率有所下降；水解聚丙烯腈銨的加入可以降低KD-03 鉆井液黏度，0.05% 加量即可使黏度顯著降低， 隨著加量提高黏度略有上升；KD-03 鉆井液濾失量隨水解聚丙烯腈銨加入而降低，至添加量為1.05% 和1.50% 時(shí)的濾失量基本相同。 綜上， 水解聚丙烯腈銨在KD-03 鉆井液中的適宜添加量為1.05%。

表3 不同用量水解聚丙烯腈銨對KD-03 鉆井液性能影響

2.4 作用機(jī)理探討

雜聚糖苷與水解聚丙烯腈鹽形成非稠化型鉆井液的原因是： 聚丙烯腈鹽離子的存在降低了水分活度，影響雜聚糖苷分子與游離水分子之間的相互作用［8］；Na+、K+、NH4+離子可以與KD-03 中的羥基發(fā)生作用， 導(dǎo)致自由電荷下降，斥力減少，使鉆井液黏度降低［8］；水解聚丙烯腈鹽陰離子在黏土顆粒端面吸附， 拆散了黏土顆粒之間的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)； 聚丙烯腈鹽分子上的水化基團(tuán)（-COO-）中的羰基氧和吸附基團(tuán)中的（-CONH2）可以與KD-03 分子上的羥基形成多元?dú)滏I絡(luò)合物， 占據(jù)了聚丙烯腈鹽和KD-03 分子上部分可與黏土顆粒吸附的位點(diǎn)，拆散了黏土與KD-03 間形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；此外，水解聚丙烯腈鹽的加入使KD-03 雜聚糖苷分子鏈的伸展受到限制，減弱了KD-03 分子之間的相互作用，使鉆井液黏度下降。

3 結(jié)論

a） 室內(nèi)試驗(yàn)條件下， 在KD-03 鉆井液中加入一定量水解聚丙烯腈鹽能夠形成非稠化鉆井液。

b）KD-03 鉆井液的電導(dǎo)率隨水解聚丙烯腈鈉、水解聚丙烯腈鉀添加量的增加而上升，而水解聚丙烯腈銨的加入會使鉆井液的電導(dǎo)率先上升后降低。

c） 水解聚丙烯腈鈉、水解聚丙烯腈鉀、水解聚丙烯腈銨和KD-03 鉆井液配伍性良好，組配后鉆井液的黏度和濾失量都有所降低，三種水解聚丙烯腈鹽的降黏作用差別不大， 其中添加1.50%水解聚丙烯腈鉀具有較強(qiáng)的降黏和降濾失效果。

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