廢舊輪胎精細(xì)膠粉改性及在鉆井液中的應(yīng)用研究

崔云海

（中石化江漢石油工程有限公司，湖北 潛江433124）

唐善法，姚逸風(fēng)，田磊，謝齊平

（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

隨著海油深冷精細(xì)膠粉有限公司20000t／年廢舊輪胎深冷精細(xì)膠粉生產(chǎn)線的調(diào)試完成與正式工業(yè)化生產(chǎn)，其產(chǎn)品的銷售與市場定位已成當(dāng)務(wù)之急。由于所生產(chǎn)的精細(xì)膠粉（80～200目）受加工成本制約，其在瀝青、防水材料等低端應(yīng)用領(lǐng)域，與常溫生產(chǎn)膠粉相比并無優(yōu)勢［1，2］，因此探索其在油田化學(xué)品、熱塑性彈性體等高端應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用已成必然。

現(xiàn)有研究表明，常溫生產(chǎn)橡膠粉通過適當(dāng)改性可直接應(yīng)用于石油鉆采生產(chǎn)領(lǐng)域［3～7］，如用于鉆井液中防止鉆井液在裂縫型、孔隙型地層漏失［8，9］，或作為油氣層儲層保護(hù)劑等［9，10］，但廢舊輪胎深冷精細(xì)膠粉應(yīng)用于鉆井生產(chǎn)領(lǐng)域尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。為此筆者對廢舊輪胎深冷精細(xì)膠粉改性及其在鉆井液中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討，以期為海油深冷精細(xì)膠粉在油田化學(xué)品領(lǐng)域的應(yīng)用及銷售市場拓展、提高產(chǎn)品附加值奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料與試劑

80目、120目和200目廢舊輪胎深冷精細(xì)膠粉，對應(yīng)粒徑中值分別為138.9、88.9、88.7μm（海油深冷精細(xì)膠粉有限公司）；鈉搬土、OCMA級膨潤土（山東濰坊龍鳳膨潤土有限公司）；水解聚丙烯酰胺（HPAM）和超細(xì)碳酸鈣粉（600～1200目）（荊州嘉華科技有限公司）；油溶性樹脂（BPA－1），60～200目（漢科科技有限公司）；表面改性劑B1～B7分別是疏水碳鏈碳數(shù)為12、10、8、20、14、16、18的甜菜堿兩性離子表面活性劑（長江大學(xué)石油工程學(xué)院）。

1.2 試驗(yàn)儀器及化玻器皿

1）儀器 ZNN－D6型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（青島神宇石油機(jī)械有限公司）；ZNS型中壓失水儀（青島百瑞達(dá)石油機(jī)械制造有限公司）；JA2003電子天平（精度0.001g）（上海上天精密儀器有限公司）；CEC科迪電子臺秤（精確度1g）（福州科迪電子技術(shù)有限公司）；GJS－B12K變頻高速攪拌機(jī)（1000～12000r／min）（青島海通達(dá)專用儀器廠）；JJ／1－200W電動攪拌器（上海雙捷試驗(yàn)設(shè)備有限公司）。

2）器皿 量筒（100ml和500ml），容量瓶（500ml和1000ml），燒杯（250、500ml和1000ml）。

1.3 鉆井液基漿及聚合物鉆井液配制

1）聚合物溶液配制 用電子天平準(zhǔn)確稱取5g水解聚丙烯酰胺，置入含900ml蒸餾水燒杯（1L）中，恒溫（50℃）攪拌24h，至聚合物完全水化溶解，然后轉(zhuǎn)入1000ml容量瓶中，定容得0.5%聚合物溶液母液，備用。

2）鉆井液基漿配制 用電子臺秤稱取鈉膨潤土400g，然后在配漿桶中放入10L水溫80℃自來水，開啟電動攪拌機(jī)，加入適量NaOH，使pH值≥9；隨后緩慢加入400g鈉膨潤土，繼續(xù)攪拌24h，得密度為1.025g／cm3的基漿，備用。

3）聚合物鉆井液配制 量取適量的基漿及所需的聚合物溶液，在高速攪拌機(jī)（8000r／min）上攪拌5min，然后根據(jù)需要添加適量的精細(xì)膠粉或碳酸鈣、油溶性樹脂，繼續(xù)髙攪2～3min，可分別配制試驗(yàn)所需1.02g／cm3基漿＋（0%～0.3%）聚合物＋（0～3%）精細(xì)膠粉／碳酸鈣／油溶性樹脂等不同類型的鉆井液，以備試驗(yàn)研究及相關(guān)性能檢測。

1.4 深冷精細(xì)膠粉改性

基于膠粉表面的疏水性，要將其應(yīng)用于水基鉆井液中，必須對其進(jìn)行適當(dāng)改性，以增強(qiáng)其與鉆井液的相容性和親合力。分別采用化學(xué)反應(yīng)法（A）、表面改性法（B）及直接加入法（C）對深冷精細(xì)膠粉進(jìn)行了改性，所得改性膠粉系列分別A、B、C。

1.5 鉆井液性能測試

1）鉆井液流變性測試 按SY／T6613－2005石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CN－SY）進(jìn)行。

2）鉆井液失水性能測試 按國標(biāo)GB／T 16783.1－2006進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 深冷精細(xì)膠粉改性研究

初步探討了3種改性方法化學(xué)反應(yīng)法、表面改性法和直接加入法，其不同改性方法所得膠粉產(chǎn)品（A、B、C）對鉆井液的相容性和親合力以其對鉆井液降濾失效果為評價(jià)依據(jù)。降失水率（相對于未加改性膠粉時(shí)鉆井液失水下降%）越高，則其改性膠粉對鉆井液親合能力越強(qiáng)，相容性越好。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1結(jié)果表明，在深冷精細(xì)膠粉類型及加量不變的條件下，表面改性法更有利于提高深冷精細(xì)膠粉對鉆井液的相容性和親合力，能使之具有更好的降失水效果（降失水率高于20%）。因此，該研究擬采用表面改性法對不同規(guī)格深冷精細(xì)膠粉進(jìn)行改性處理。

圖2是不同表面改性劑對同種類型深冷精細(xì)膠粉改性效果對比結(jié)果。圖2試驗(yàn)結(jié)果表明，7種表面改性劑中，B1、B6、B7對深冷精細(xì)膠粉改性效果較好，其中B1效果最優(yōu)，可以大幅提高深冷精細(xì)膠粉對鉆井液的降失水效果。因此筆者以B1對不同類型深冷精細(xì)膠粉實(shí)施表面改性，并探討其改性深冷精細(xì)膠粉在鉆井液中的應(yīng)用及其對鉆井液性能的影響。

2.2 改性深冷精細(xì)膠粉對鉆井液流變性的影響

試驗(yàn)研究了相同加量、不同規(guī)格（80目、120目、200目）表面改性深冷精細(xì)膠粉對聚合物鉆井液流變性及其相關(guān)流變參數(shù)的影響，結(jié)果分別如圖3和表1所示。

表1 不同規(guī)格改性深冷膠粉對鉆井液流變性參數(shù)的影響

圖3和表1試驗(yàn)結(jié)果表明，向聚合物鉆井液加入不同規(guī)格的改性膠粉，在加量相同的條件下，膠粉對聚合物鉆井液流變曲線形狀及流變參數(shù)值影響不大。

圖1 不同改性方法對深冷精細(xì)膠粉降失水效果的影響

2.3 改性深冷精細(xì)膠粉對鉆井液濾失性能的影響

1）改性深冷精細(xì)膠粉類別的影響 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改性膠粉可以有效降低鉆井液的濾失量，尤其是對不分散聚合物鉆井液降濾失效果好（見圖4）。且加量相同時(shí)，膠粉目數(shù)越高，即其粒徑越細(xì)，聚合物鉆井液降濾失效果越好。

圖3 不同規(guī)格表面改性深冷精細(xì)膠粉對聚合物鉆井液流變曲線的影響

圖4 改性深冷精細(xì)膠粉類別（不同目數(shù)）對聚合物 鉆井液降失水效果的影響

2）改性深冷精細(xì)膠粉加量的影響 試驗(yàn)表明，在相同改性膠粉粒徑（200目）條件下，當(dāng)膠粉加量為2%時(shí)，聚合物鉆井液降失水效果相對更好、更經(jīng)濟(jì)（見圖5）。

3）改性深冷精細(xì)膠粉與惰性降失水劑（CaCO3）降失水效果對比 對比研究發(fā)現(xiàn)，與超細(xì)碳酸鈣（600～1200目，一種惰性降濾失劑或儲層暫堵保護(hù)劑）相比，在試驗(yàn)使用濃度范圍內(nèi)，改性深冷精細(xì)膠粉（200目）對聚合物鉆井液降濾失效果更好（見圖6）。

4）改性深冷精細(xì)膠粉與油溶性樹脂降失水效果對比 就改性深冷精細(xì)膠粉與油溶性樹脂（一種儲層暫堵保護(hù)劑）對比而言，當(dāng)膠粉加量大于2%后，其降濾失效果明顯優(yōu)于油溶性樹脂（見圖7）。

3 主要結(jié)論與認(rèn)識

1）化學(xué)反應(yīng)法、表面改性法及直接加入法中，表面改性法對深冷精細(xì)膠粉改性效果最好；在7種表面改性劑中，B1對深冷精細(xì)膠粉表面改性最優(yōu)，可使改性膠粉降失水率提高20%以上。

圖5 改性深冷精細(xì)膠粉（200目）加量對聚合物鉆井液降失水效果的影響

圖6 改性精細(xì)膠粉與碳酸鈣對聚合物鉆井液 降失水效果對比

2）經(jīng)B1表面改性深冷精細(xì)膠粉對聚合物鉆井液流變性曲線變化趨勢及相關(guān)流變參數(shù)值影響不大。

3）表面改性深冷精細(xì)膠粉對聚合物鉆井液濾失性能影響明顯；隨膠粉粒徑變小，降失水效果愈好；相同粒徑（200目）下，存在最佳使用量限（2%）；在相同用量下，其降失水效果優(yōu)于超細(xì)碳酸鈣；加量高于2%時(shí)，降失水效果優(yōu)于油溶性樹脂。顯示其在鉆井液降失水、儲層保護(hù)等方面應(yīng)用前景廣闊。

圖7 改性精細(xì)膠粉與油溶性樹脂對聚合物鉆井降失水效果對比

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