鉆井液用表面活性劑的研究與運(yùn)用

陸楊洋

摘要：石油產(chǎn)品是一種重要的現(xiàn)代工業(yè)原料，表面活性劑廣泛用于石油勘探和開發(fā)，包括在許多方面，如鉆井、石油開采、石油輸送、采油等。其中以鉆井液表面活性劑為主，用量約占60%。，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。本文討論了不同功能表面活性劑的種類及其在鉆井液中的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：表面活性劑；乳化劑；研究；應(yīng)用

1引言

隨著全球石油資源的深度利用，油氣田開發(fā)逐漸進(jìn)入深度階段，這就加大了表面活性劑性質(zhì)化工產(chǎn)品的消耗。其中，用于鉆井的表面活性劑用量最高，鉆井液技術(shù)的發(fā)展直接受其質(zhì)量影響。因此，近年來國內(nèi)外表面活性劑的研究與應(yīng)用面臨著激烈的競爭，涉及乳化劑、發(fā)泡劑、消泡劑、抑制劑等。

2鉆井液用表面活性劑的類型分析

目前，鉆井液中使用的表面活性劑從疏水基結(jié)構(gòu)有直鏈、支鏈、芳香鏈和含氟長鏈。從親水性基團(tuán)可分為羧酸鹽、硫酸鹽、季銨鹽、PEO衍生物、內(nèi)酯等，根據(jù)表面活性劑溶于水后是否產(chǎn)生離子及其電性能可分為非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型。從相對分子質(zhì)量大小考慮。它可以分為兩類：相對較小的分子量和相對較大的分子量。一是表面活性劑一端具有典型的親水性、疏水性的簡單結(jié)構(gòu)，通常相對分子質(zhì)量較小，二是分子結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，一側(cè)不典型的親水、疏水結(jié)構(gòu)，通常具有較大的相對分子質(zhì)量。無論分類如何，分子整體都由疏水性和親水性基團(tuán)組成，形成不對稱的極性結(jié)構(gòu)。

3鉆井液用表面活性劑的應(yīng)用特性

表面活性劑獨特的兩親性結(jié)構(gòu)使其在鉆井液中起到潤濕、減阻、乳化、發(fā)泡、消泡、解卡、降濾失等多種作用。如易于吸附在金屬鉆桿的水、巖石水的界面上，將金屬鉆桿和巖石表面間的直接摩擦變?yōu)楸砻婊钚詣┰魉碎g的吸附摩擦，從而有效地降低摩阻，發(fā)揮降低濾失量、提高膠體穩(wěn)定性及加重劑懸浮能力等，如此一來能夠有效地保障鉆井液性能發(fā)揮[4]。由于表面活性的不同，在鉆井液中起到乳化、分散、增溶、潤濕、發(fā)泡、消泡、殺菌的作用，可用作起泡劑、消泡劑、乳化劑、潤滑劑、抑制劑、降濾失劑、降粘劑、釋卡劑、緩蝕劑等。其中，發(fā)泡劑、消泡劑、乳化劑、潤滑劑等處理劑主要是以表面活性劑的結(jié)構(gòu)和特性為主要成分。具有典型的兩親性結(jié)構(gòu)，一端親水，一端疏水分子整體具有親水性和親油性，屬于表面活性劑的廣義概念。

4鉆井液中不同作用的表面活性劑

4.1 起泡劑、消泡劑研究與應(yīng)用

發(fā)泡劑和消泡劑的作用是反向的。其中，在鉆井液中加入發(fā)泡劑可形成良好的發(fā)泡效果，保持泡沫的穩(wěn)定性。消泡劑用于破壞鉆井液中的泡沫，防止泡沫再次形成。理想狀態(tài)下的親水性和疏水性平衡值為1～3，其組成主要為聚氧乙烯、高碳醇脂肪酸和有機(jī)硅。

近年來，隨著國內(nèi)油氣田開采深度的不斷增加，油氣藏質(zhì)量也在下降。高溫底層下的開采環(huán)境比較復(fù)雜，要求鉆井液不斷提高對高溫、高鹽的適應(yīng)性，尤其是起泡和消泡能力。圍繞各自的作用，我國研究和應(yīng)用有兩大趨勢。一是將單一或多種表面活性劑直接加入鉆井液中，充分發(fā)揮其綜合作用。二是重新開發(fā)研制，從原材料入手，創(chuàng)新合成制備方法，獲得了較高性能的單一試劑；在應(yīng)用層面，我國主要側(cè)重于“直接應(yīng)用”層面，如硼特種表面活性劑RDEB發(fā)泡劑，以及不同發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑復(fù)合耐鹽耐溫發(fā)泡劑的使用。消泡劑的研究主要集中在制備方面的研究與開發(fā)，如以二甲基硅油為原料合成硅膏，采用復(fù)合乳化技術(shù)，如采用烯丙基聚醚、低氫硅油聚醚改性硅油、乳化劑、增稠劑等。

4.2 潤滑劑研究與應(yīng)用

無論是定向井和水平井的石油勘探開發(fā)，井斜角度增大，鉆具與井壁之間的摩擦力增大，扭矩增大，同時對地下勘探深度增大，鉆井液密度增大，所形成的阻力也在增大，如果不涉及潤滑劑，容易發(fā)生卡滯、產(chǎn)生高溫等現(xiàn)象。

國內(nèi)鉆井液潤滑劑還包括直接在兩個方向上的應(yīng)用和合成準(zhǔn)備，直接應(yīng)用類型潤滑劑，通過在潤滑效果中添加新的活性成分，如從植物油中提取硼、硫、磷等有效元素，被稱為鉆井液中加入極壓抗磨添加劑，可有效提高表面活性，同時提高溫度適應(yīng)性。以植物油為原料制成的水包油鉆井液潤滑劑，經(jīng)實際檢驗效果良好。在合成和制備方面，主要包括改性植物油與多羥基胺反應(yīng)形成的親水性脂，以及多元醇、長鏈脂肪酸和礦物油合成的潤滑油產(chǎn)品。

4.3 抑制劑研究與應(yīng)用

抑制劑的主要作用是減緩化學(xué)反應(yīng)，這與“催化劑”作用相反，但不能阻止聚合反應(yīng)。鉆井液中強(qiáng)調(diào)使用環(huán)保的抑制劑，如烷基糖苷，是降低水活性的常用抑制劑。烷基糖苷還具有良好的潤滑性，可以通過與其他水溶性聚合物反應(yīng)來降低過濾損失。在我國抑制劑的研究和應(yīng)用方面，最突出的技術(shù)是以乙基糖苷、甲醛和亞硫酸氫鈉為原料制備磺甲基烷基糖苷，保持了烷基糖苷的優(yōu)點，降低了起泡，提高了耐溫性和抗起、抑制塌陷。

4.4 乳化劑研究與應(yīng)用

乳化劑是保證鉆井液有效性的重要保證，由于我國水基鉆井液乳化劑研究較少，主要用于油基鉆井液與乳化劑的研究，在直接應(yīng)用方面，更先進(jìn)的技術(shù)包括高溫乳化劑YJR-1、陰離子、非離子表面法等[2]。以及白油抗高溫油包水型乳化劑PF-MO-MULHT。近年來，為了突破國外的技術(shù)限制，越來越多的乳化劑自發(fā)地發(fā)展起來，如三聚酰胺非離子表面活性劑AM-1[1]，它可以提高油包水乳液的耐溫性和耐鹽性。

5結(jié)語

隨著石油勘探開發(fā)行業(yè)的不斷發(fā)展，表面活性劑的重要性越來越突出，直接關(guān)系到石油勘探開發(fā)的順利進(jìn)行，對研究和應(yīng)用提出了更高的挑戰(zhàn)。本文分析了發(fā)泡劑、消泡劑、潤滑劑、抑制劑、乳化劑的作用，重點針對乳化劑的研制與評價展開研究，通過不斷提高鉆井液表面活性劑的水平，促進(jìn)了我國石油工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馮建建，王茂仁，王軍，等.一種雙子表面活性劑及其在油基鉆井液乳化劑中的應(yīng)用….化工管理，2014（15）：73—74.

[2]閆晶，劉永貴，張坤，等.一種新型油包水鉆井液乳化劑的研究與應(yīng)用L¨.鉆井液與完井液，2013，20（2）：12—17.

[3]王中華.2013～2014年國內(nèi)鉆井液處理劑研究進(jìn)展[J].中外能源，2015，20（2）：29—39.

[4]任立偉.鉆井液用表面活性劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].中外能源，2016，21（04）：34-39.

（作者單位：中海油服油田化學(xué)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司）