油基鉆井液用聚合物降濾失劑合成與性能評(píng)價(jià)

1、收稿日期：2018年7月24日；定用日期：20180000；DOI:10.13550j.jxhg.20180547基金項(xiàng)目：國(guó)家重大科技專項(xiàng)（2016ZX05020004）作者簡(jiǎn)介：周研（1993—），女，碩士研究生，Email:1035382467@。聯(lián)系人：蒲曉林（1957—），男，教授，博士生導(dǎo)師，電話：13981820352，Email：puxiaolin@vip.油基鉆井液用聚合物降濾失劑合成與性能評(píng)價(jià)周研1，蒲曉林2，劉鷺1

2、，王磊1（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都，610500；2.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都，610500）摘要：以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酸十八酯（SMA）為反應(yīng)單體，偶氮二異丁腈（AIBN）為引發(fā)劑，二乙烯基苯（DVB）為交聯(lián)劑，聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）為分散劑，采用分散聚合法合成油基鉆井液用降濾失劑（FLA）。采用單因素實(shí)驗(yàn)法對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)鉆井液體系常溫中壓（API）濾失量的

3、測(cè)定，確定最佳合成條件為：分散介質(zhì)質(zhì)量比m（甲醇）：m（水）=5.53:3，分散劑w(PVP)=4.69%、引發(fā)劑w(AIBN)=0.82%、交聯(lián)劑w(DVB)=2.35%、單體配比m(AM)：m(SMA)=1:3、單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.45%、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時(shí)間6h，該條件下體系A(chǔ)PI濾失量為1.6mL。利用紅外光譜對(duì)合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。熱差分析結(jié)果表明，聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為111℃。通過(guò)鉆井液評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)可知，該降濾失劑加

4、量為鉆井液體系總體積的3%時(shí)，API濾失量最低，為1.6mL，高溫高壓（HTHP）濾失量為7.2mL；高溫老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該降濾失劑最低可抗160℃高溫，與瀝青類降濾失劑相比，其對(duì)鉆井液流變性影響明顯降低，且相同加量下形成的泥餅質(zhì)量?jī)?yōu)于瀝青類。關(guān)鍵詞：油基鉆井液；聚合物；分散聚合；單因素實(shí)驗(yàn)法；降濾失劑；油田化學(xué)與油品添加劑中圖分類號(hào)：TE254文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：Synthesisperfmanceevaluationofpol

5、ymerfluidlossadditivefoilbaseddrillingfluidZHOUYan1PUXiaolin2LIULu1WANGlei1(1.SchoolofpetroleumnaturegasEngineeringSouthwestpetroleumUniversityChengdu610500SichuanChina2.StateKeyLabatyofOilGasReservoirGeologyExploitation

6、SouthwestpetroleumUniversityChengdu610500SichuanChina)Abstract:Apolymerfluidlossadditive(FLA)foilbaseddrillingfluidswassynthesizedbydispersioncopolymerizationmethodusingacrylae(AM)、stearylmethylacrylate(SMA)asreactionmon

7、omers2methylpropionitrile(AIBN)asinitiatdivinylbenzene(DVB)ascrosslinkerpolyvinylpyrrolidone(PVP)asstabilizer.ThroughmeasuretheAPIfiltratelossesdeterminem(methanol):m(H2O)=5.53:3w(PVP)=4.69%w(AIBN)=0.82%w(DVB)=2.35%quali

8、tyofthemonomerm(AM):m(SMA)=1:3thetotalmassfractionofmonomeris23.45%thepolymerizationtemperatureis70℃polymerizationtimeis6htheAPIfluidlossis1.6mLatthiscondition.FTIRwasusedtoacterizetheresultDSCwasusedtomeasuretheglasstra

9、nsitiontemperature.Theresultshowedthattheproduct’sglasstransitiontemperatureis111℃whenthedosageoffluidlossadditiveis3%theAPIfluidlossis1.6mLhightemperaturehighpress(HTHP)fluidlossis7.2mL.Thehightemperatureagingtestshowth

10、attheproductcouldbestableat160℃.Comparedwithasphaltthisadditivehasbetterperfmanceatrheologythequalityofmudcake.采用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行FTIR測(cè)試。溴化鉀壓片法，測(cè)試范圍500～4000cm1。1.3.2性能測(cè)試采用熱分析儀進(jìn)行DSC測(cè)試，稱取8～10mg樣品在氮?dú)猸h(huán)境下以10℃min速率升溫，溫度范圍為20～200℃。1

11、.4鉆井液的配制及性能評(píng)價(jià)（1）油基鉆井液配方：240mL0#柴油60mL（m=20%CaCl2）溶液6g主乳6g輔乳9g有機(jī)土1.5gCaO247.3g重晶石。該配方所使用的主乳化劑及其他相關(guān)處理劑均為成都西油華巍公司提供。輔乳化劑為本實(shí)驗(yàn)室復(fù)配，復(fù)配方法參考文獻(xiàn)[12]。（2）性能評(píng)價(jià)：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT16783.22012石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第2部分：油基鉆井液》[13]分別進(jìn)行鉆井液流變性測(cè)試、API濾失量測(cè)定、HT

12、HP濾失量測(cè)定以及破乳電壓的測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1單因素合成條件優(yōu)化偶氮二異丁腈是油溶性試劑，性能穩(wěn)定、儲(chǔ)存安全，分解溫度為64℃，在室溫下緩慢分解，100℃下劇烈分解，可引起爆炸，分解生成的2氰基丙基自由基中的氰基具有共軛效應(yīng)，甲基具有超共軛效應(yīng)。偶氮二異丁腈在不同溫度下的半衰期如表1所示。由表1可知，化學(xué)反應(yīng)的半衰期受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，粒子間有效碰撞機(jī)會(huì)增多，反應(yīng)速率常數(shù)變大，反應(yīng)速率變快，半衰期縮短，所以結(jié)合試劑特性，

13、考慮安全、經(jīng)濟(jì)方面問題，確定合成實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度為70℃。表1偶氮二異丁腈不同溫度下的半衰期Table1HalflifeofAIBNatdifferenttemperatures溫度℃616364656769717382101AIBN半衰期h15.1911.49108.726.645.083.892.9910.12.1.1單體質(zhì)量比的確定控制單體AM、SMA質(zhì)量比分別為3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5，單體總質(zhì)量為2

14、0g，引發(fā)劑（AIBN）1g，交聯(lián)劑（DVB）2g，分散劑（PVP）4g，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間5h的條件下合成降濾失劑，在產(chǎn)物FLA加量為3g（以100mL鉆井液體積為基準(zhǔn)下同）的條件下考察了單體不同質(zhì)量比對(duì)油基鉆井液API濾失量的影響，結(jié)果如圖1所示。3:12:11:11:21:31:41:51.01.52.02.5API℃℃℃mLm℃AM℃℃m℃SMA℃圖1單體質(zhì)量比對(duì)API濾失量的影響Fig.1Effectofmonomerr

15、atiofAPIfluidloss由圖1可知，隨著丙烯酰胺與甲基丙烯酸十八酯質(zhì)量比的減少，鉆井液體系A(chǔ)PI濾失量逐漸降低。當(dāng)單體質(zhì)量比為1:3時(shí)，鉆井液體系A(chǔ)PI濾失量降到最低。分析可知，產(chǎn)物中的酰胺基等乳化基團(tuán)可使降濾失劑更好地作用于鉆井液體系，與體系中的其他處理劑相互配伍可提高鉆井液性能。在整個(gè)合成體系中，甲基丙烯酸十八酯提供的疏水長(zhǎng)碳鏈?zhǔn)咕酆衔锟沙浞秩苡谟拖嗲以阢@井液中均勻分散，使產(chǎn)物能夠很好地作用于泥餅且對(duì)聚合物的抗溫性能有所提