vispac-12鉆井液增黏劑反相乳液的性能研究

陳 林，李 煒，張 品，曾曉武，吳寶祥，武 文.

(延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 717600)

在鉆井過程中，為保證低固相下的鉆井液具有較高的黏度及良好的流變性，通常需添加增黏劑來提高鉆井液的黏度，這樣不僅可以改善鉆井液的流變性，而且有利于穩(wěn)定井壁。

聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，簡稱PAM)是丙烯酰胺均聚或與其他單體共聚而成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上的線型水溶性高分子化學(xué)品的總稱[1-4]。由于其結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基，易于形成氫鍵，因此具有良好的水溶性。PAM相對分子量高(103～107)，水溶性好，可以通過調(diào)節(jié)分子量或引進(jìn)各種基團(tuán)得到具有特定性能的多種分子。鉆井液用PAM為線形高分子量產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的增黏能力，且由于分子鏈上含有易與水形成氫鍵的酰胺基，親水性強(qiáng)，水化后具有較大的水動力學(xué)體積。由于分子鏈不具有剛性，很容易受溶液中的鹽、溶液的溫度等條件的影響，故PAM及部分水解PAM在實(shí)際應(yīng)用時會存在一些缺陷，比如：超高分子量聚合物難溶解，且易剪切降解；高溫降解嚴(yán)重；長期放置易老化。這些缺陷影響了PAM的廣泛應(yīng)用[5-7]。

PAM反相乳液韋斯派克-12(簡稱vispac-12)是以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)為單體，通過反相微乳液聚合合成的性能良好的鉆井液增黏劑。

本文主要研究工業(yè)用PAM反相乳液vispac-12在鉆井液中的濾失量、表觀黏度、塑性黏度、動切力等流變性參數(shù)，觀察其流變性，并對其在鉆井液中的耐溫耐鹽性能進(jìn)行測定[7-10]。

(1)在淡水基漿、鹽水基漿、飽和鹽水基漿、復(fù)合鹽水基漿中分別加入1%、2%、3%的vispac-12，測其流變性。

(2)在淡水基漿中測vispac-12的耐溫性，分別經(jīng)過130 ℃、150 ℃熱滾后，觀察去流變性和濾失量，判斷聚合物是否破壞。

(3)在鹽水基漿、飽和鹽水基漿、復(fù)合鹽水基漿中分別加入1%、2%、3%的vispac-12，并分別經(jīng)過130 ℃熱滾后，觀察去流變性和濾失量，判斷聚合物是否破壞，測其耐鹽性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 基漿的配制

量取400 mL蒸餾水置于杯中，加入0.96 g無水碳酸鈉及16 g鉆井液試驗(yàn)用的鈣膨潤土。用高速攪拌器攪拌20 min后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h，在高速攪拌5 min后，按SY/T 5621《鉆井液現(xiàn)場測試 第1部分：水基鉆井液》的規(guī)定測定基漿性能[11]。

1.2 在淡水基漿中的性能測定

1.2.1 常溫下的性能測定

取4杯基漿，分別向基漿中加入0、1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

1.2.2 高溫下的性能測定

取3杯基漿，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12。用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，然后放入滾子爐中，在130 ℃恒溫滾動16 h后，取出樣品放至室溫，再高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

改變滾子爐中的溫度為150 ℃，重復(fù)上述試驗(yàn)。

1.3 在鹽水基漿中的性能測定

1.3.1 常溫下的性能測定

取3杯基漿，加入16 g氯化鈉，高速攪拌20 min，于室溫下養(yǎng)護(hù)24 h，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

1.3.2 高溫下的性能測定

取3杯基漿，加入16 g氯化鈉，高速攪拌20 min，于室溫下養(yǎng)護(hù)24 h，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，然后放入滾子爐中，在130 ℃恒溫滾動16 h后，取出樣品放至室溫，再高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

1.4 在飽和鹽水基漿中的性能測定

1.4.1 常溫下的性能測定

取3杯基漿，加入130 g氯化鈉，高速攪拌20 min，于室溫下養(yǎng)護(hù)24 h，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

1.4.2 高溫下的性能測定

取3杯基漿，加入130 g 氯化鈉，高速攪拌20 min，于室溫下養(yǎng)護(hù)24 h，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，然后放入滾子爐中，在130 ℃恒溫滾動16 h后，取出樣品放至室溫，再高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

1.5 在復(fù)合鹽水基漿中的性能測試

1.5.1 復(fù)合鹽水基漿的配制

復(fù)合鹽水基漿：在1 L蒸餾水中加入45 g氯化鈉、5 g無水氯化鈣、13 g氯化鎂、150 g鈣膨潤土和9 g無水碳酸鈉，高速攪拌20 min，于室溫養(yǎng)護(hù)24 h。

1.5.2 常溫下的性能測定

取3杯復(fù)合鹽水基漿，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

1.5.3 高溫下的性能測定

取3杯復(fù)合鹽水基漿，分別向基漿中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用電動攪拌器攪拌4 h后，于25±3 ℃下密閉養(yǎng)護(hù)24 h。之后高速攪拌5 min，然后放入滾子爐中，在130 ℃恒溫滾動16 h后，取出樣品放至室溫，再高速攪拌5 min，按SY/T 5621的規(guī)定測定表觀黏度、塑性黏度、動切力及濾失量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 vispac-12在淡水基漿中的性能測定

表1 淡水基漿中流變性和濾失量隨vispac-12加量的變化Table 1 The changes of rheological properties and filtration loss in freshwater base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—濾失量；AV—表觀黏度；PV—塑性黏度；YP—動切力。熱滾為130 ℃。

由表1可知，在淡水基漿中，基漿的表觀黏度是11 mPa·s，加入1%的vispac-12后其表觀黏度增加為25 mPa·s，表現(xiàn)出良好的增黏效果。當(dāng)vispac-12的加量為2%時，基漿的表觀黏度增加到48 mPa·s，已經(jīng)滿足增黏劑用鉆井液所需。當(dāng)vispac-12的加量為3%時，基漿的表觀黏度已經(jīng)達(dá)到62.5 mPa·s，這說明vispac-12的增黏效果很好，具有很好的增黏能力。熱滾130 ℃，vispac-12加量為2%的基漿就能達(dá)到基本要求，說明vispac-12在淡水基漿中有良好的耐溫效果。而濾失量由vispac-12加量1%的22 mL到vispac-12加量2%的13 mL，濾失量減少，說明該基漿的降濾能力較好，基本上已經(jīng)達(dá)到鉆井液用增黏劑所需。

2.2 vispac-12在鹽水基漿中的性能測定

表2 鹽水基漿中流變性和濾失量隨vispac-12加量的變化Table 2 The changes of rheological properties and filtration loss in saltwater base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—濾失量；AV—表觀黏度；PV—塑性黏度；YP—動切力。熱滾為130 ℃。

由表2可知，在鹽水基漿中，加量1% vispac-12的基漿的表觀黏度為10 mPa·s、塑性黏度為8 mPa·s、動切力為2 Pa；加量2%vispac-12的基漿的表觀黏度為20 mPa·s、塑性黏度為11 mPa·s、動切力為9 Pa。由于基漿的表觀黏度比較小，因此沒有進(jìn)行熱滾和濾失量的測定。加量3%vispac-12的基漿已經(jīng)達(dá)到鉆井液的性能要求，其表觀黏度為28 mPa·s、塑性黏度為20 mPa·s、動切力為8 Pa，熱滾130 ℃后基漿的表觀黏度為21 mPa·s、塑性黏度為17 mPa·s、動切力為4 Pa，濾失量是24 mL。

2.3 vispac-12在飽和鹽水基漿中的性能測定

表3 飽和鹽水基漿中流變性和濾失量隨vispac-12加量的變化Table 3 The changes of rheological properties and filtration loss in saturated saltwater base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—濾失量；AV—表觀黏度；PV—塑性黏度；YP—動切力。熱滾為130 ℃。

由表3可知，在飽和鹽水基漿中，加量1%vispac-12的基漿的表觀黏度為19 mPa·s、塑性黏度為13 mPa·s、動切力為6 Pa；加量2%vispac-12的基漿的表觀黏度為29 mPa·s、塑性黏度為11 mPa·s、動切力為7 Pa；加量3% vispac-12的基漿的表觀黏度為39 mPa·s、塑性黏度為30 mPa·s、動切力為9 Pa。3種加量均基本達(dá)到鉆井液性能所需。熱滾130 ℃后，基漿的表觀黏度為20 mPa·s、塑性黏度為11 mPa·s、動切力為9 Pa，仍達(dá)到鉆井液性能所需，說明vispac-12具有較好的耐溫耐鹽效果。

2.4 vispac-12在復(fù)合鹽水基漿中的性能測定

表4 復(fù)合鹽水基漿中流變性和濾失量隨vispac-12加量的變化Table 4 The changes of rheological properties and filtration loss in the composite brine base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—濾失量；AV—表觀黏度；PV—塑性黏度；YP—動切力。熱滾為130 ℃。

由表4可知，在復(fù)合鹽水基漿中，基漿的表觀黏度為10 mPa·s、塑性黏度為4 mPa·s、動切力為6 Pa；加量1% vispac-12的基漿的表觀黏度為19 mPa·s、塑性黏度為9 mPa·s、動切力為10 Pa，說明在復(fù)合鹽水基漿中，vispac-12加量少許就有很好的增黏效果。加量2%vispac-12時，基漿已經(jīng)達(dá)到鉆井液性能要求，其表觀黏度為36 mPa·s、塑性黏度為27 mPa·s、動切力為9 Pa。這說明vispac-12具有較好的增黏效果和耐溫耐鹽性。

2.5 vispac-12耐溫性的測定

由表5可知，在淡水基漿中，加量1%vispac-12的基漿的表觀黏度為25 mPa·s，已達(dá)到鉆井液性能所需。加量2%vispac-12的基漿在130 ℃熱滾后的表觀黏度為31 mPa·s，已達(dá)到鉆井液性能基本要求；熱滾150 ℃后，vispac-12的加量仍然使基漿基本達(dá)到鉆井液性能所需。加量3% vispac-12，熱滾前，基漿的表觀黏度為63 mPa·s、塑性黏度為34 mPa·s、動切力為29 Pa；熱滾130 ℃時，基漿的表觀黏度為45 mPa·s、塑性黏度為36 mPa·s、動切力為9 Pa，濾失量為12 mL；熱滾150 ℃時，基漿的表觀黏度為37 mPa·s、塑性黏度為28 mPa·s、動切力為9 Pa，濾失量為15 mL，表觀黏度下降很少，而濾失量下降較多，這說明vispac-12確實(shí)有很好的耐溫效果。

表5 淡水基漿中不同熱滾溫度下流變性和濾失量隨vispac-12加量的變化Table 5 The variation of rheological properties and filtration loss in freshwater under different hot rolling temperature with the increasing amount of vispac-12

注：FL—濾失量；AV—表觀黏度；PV—塑性黏度；YP—動切力。熱滾為130 ℃。

3 結(jié)論

(1)本文通過對含不同加量的反相乳液vispac-12的基漿的流變性和濾失量的測定及其耐溫、耐鹽性的研究，得出了vispac-12的增黏好，有利于調(diào)整合適的鉆井液流變性，提高鉆井液攜帶巖屑、清洗井眼的能力；其耐溫耐鹽效果好，抗高溫穩(wěn)定性強(qiáng)，可用于深井勘探開發(fā)。

(2)在淡水基漿中，隨加入的反相乳液vispac-12的量的變化，濾失量明顯變化，說明vispac-12的降濾能力較好，有利于保持和提高黏土顆粒的含量，形成致密的泥餅，鞏固井壁和防止卡鉆事故發(fā)生。

(3)反相乳液vispac-12在鹽水基漿、飽和鹽水基漿、復(fù)合鹽水基漿中也有很好的增黏效果，基本上加量3%vispac-12的基漿的表觀黏度都能達(dá)25 mPa·s以上。

這些結(jié)果表明，反相乳液增黏劑具有較好的增黏、降濾失能力，耐溫耐鹽性能好，反相乳液在實(shí)際油田應(yīng)用中會有很好的效果，滿足更多復(fù)雜情況下鉆井用鉆井液的要求。

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