钻井液用处理剂的发展、应用及绿色化(作者唐明月)

摘要为改善和提高钻井液性能，在钻井液中需要加入各种化学剂。钻井液用化学剂是近年来发展较快的一种油田化学剂。本论文是通过广泛阅读近年来中外文期刊文献，在对文献认真阅读和理解的基础上，撰写关于钻井液用化学剂的发展、现状和具体应用方面的综述性论文。文中对高分子型钻井液处理剂与表面活性剂处理剂的合成及性能研究进行了详细叙述，同时也对钻井液的绿色化技术进行了分析，并对近些年钻井液向绿色化方向的发展做了相关的说明。关键词：钻井液；表面活性剂；降粘剂；降滤失剂AbstractInordertoimproveandenhancethedrillingfluidperformance,needstojoineachkindofchemicalagentinthedrillingfluid.Thedrillingfluidwastherecentyearsdevelopsthequickonekindofoilfieldchemicalagentwiththechemicalagent.Thistopicwasthroughwidespreadreadinginrecentyearstheforeignlanguageperiodicalliterature,inreadearnestlytotheliteraturewithintheunderstandingfoundation,composedusesthechemicalagentaboutthedrillingfluidthedevelopment,thepresentsituationandtheconcreteapplicationaspectsummarypaper.Thearticlehascarriedonthedetailednarrationtothehighpolymerdrillingfluidfinishingagentandthesurfaceactiveagentfinishingagent'ssynthesisandtheperformancestudy,simultaneouslyhasalsocarriedontheanalysistothedrillingfluidgreentechnology,alsodevelopedtotherecentyearsdrillingfluidtothegreendirectionhasgiventherelatedexplanation.Keywords:Drillingfluid;Surfaceactiveagent;Thinner;Fluid-lossagent目录第1章前言.......................................................41.1钻井液用化学剂发展过程.......................................41.1.1钻井液.................................................41.1.2钻井液的功能...........................................41.1.3钻井液的发展...........................................51.2钻井液用化学剂分类...........................................5第2章钻井液用化学剂的合成方法...................................72.1高分子型钻井液处理剂的合成方法及性能评价.....................72.1.1钻井液用两性离子共聚物HTB的合成与其性能研究..........................72.1.2新型阳离子聚合物NCP的合成及影响因素..................102.2表面活性剂型钻井液处理剂的合成方法及性能评价................122.2.1钻井液用酚醛树脂磺酸盐的合成及性能评价................122.2.2甲基葡萄糖苷的合成及性能评价..........................21第3章钻井液用化学剂的应用及发展趋势............................243.1钻井液处理剂的现场应用......................................243.1.1多功能聚醚多元醇防塌剂SYP-1的现场应用................243.1.2NM钻井液体系的现场应用................................253.2钻井液处理剂的绿色化发展趋势................................263.2.1钻井液处理剂会造成的污染...............错误!未定义书签。3.2.2钻井液处理剂的绿色化...................错误!未定义书签。3.2.3进些年钻井液处理剂向绿色化发展的进展...错误!未定义书签。结论.............................................................30参考文献.........................................................31致谢.............................................错误!未定义书签。第1章前言1.1钻井液用化学剂发展过程1.1.1钻井液很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了。后来人们才发现石油是一种重要的资源，有了石油才有了今天的很多的生产生活用品和材料能源，而钻井液是石油开采中至关重要的部分。钻井液是指钻井中用的工作流体，可以是液体或气体，因此也称钻井流体。钻井液对钻井就像血液对人体一样重要，如果没有性能良好的足够数量的钻井液或者在钻井的过程中，由于某种原因（如漏失地层，钻具折断，井喷）而不能正常循环钻井液时，钻井工作将无法进行，有时会危及井的“生命”。1.1.2钻井液的功能钻井液具有以下八大功能：1.冲洗井底。钻井液可在钻头水眼处形成高速的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井液可将由于钻井液的压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲刷井底的作用。2.携带岩屑。当钻井液在环空中的上返速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的岩屑带出，即在一定上返速度下，钻井液有携带岩屑的作用。3.平衡地层压力钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或钻井液大量漏进地层的目的。4.冷却与润滑钻头钻井液可将钻井过程中钻具（钻头与钻柱）与地层摩擦产生的热带至地面，起冷却的作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑的作用。5.稳定井壁可在钻井液加入适当的处理剂，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或）分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。6.悬浮岩屑和密度调整材料当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中膨润土颗粒可互相联结，形成空间网架结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将他悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。7.获取地层信息通过钻井液携带出的岩屑可以获取地层许多信息，如油气显示，地层物性等。8.传递功率钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻井速度。1.1.3钻井液的发展1900年，在德克萨斯州的Spindletop钻探油井期间，钻井工人驱赶一群牛，趟过了一个灌满水的地坑，被牛趟过的水坑中就会形成泥浆，它是一种粘稠的、泥浆状的水和泥土的混合物，钻井工人用泵将它送入钻孔中。钻井液如今仍被称作泥浆，但工程师们已不再只依赖水和泥土作为钻井液的原料，他们对混合物的成分进行精心调配，以满足各种钻探条件下的具体需要。现代化的钻井液确实是油井的命脉，今天如果没有它们，就不可能钻出深井。钻井液技术的发展大致分为以下几个阶段：1.从1914到1916年，清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用“泥浆”。2.从20～60年代开始，以分散型水基钻井液为主要类型的阶段。在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。其中有代表性的技术措施包括：3.从1921到1922年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；4.从1926年开始，使用膨润土作为悬浮剂；5.从1930年开始，研制出最早的泥浆处理剂—丹宁酸钠；6.从1931到1937年，研制出各种泥浆测量仪器，提出了对泥浆性能控制的要求；7.从1944到1945年，Na-CMC（钠羧甲基纤维素）作为降滤失剂，开始应用于钻井液中；8.从1955年开始，FCLS（铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，开始应用于钻井液中；9.从60年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛使用。这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展。10.在50年代柴油为基油的油基钻井液基础上，70年代—发展了低胶质油包水乳化钻井液，80年代—低毒油包水乳化钻井液。在抗高温深井钻井液方面：研制出以Resinex为代表的抗高温处理剂，使深井钻井液技术取得了很大进展。11.从90年代开始，聚合物钻井液进一步发展：出现了MMH钻井液，合成基钻井液，聚合醇钻井液，甲酸盐钻井液硅酸盐钻井液。1.2钻井液用化学剂分类钻井液处理剂是为调节钻井液性能而加入钻井液中的化学剂。钻井液处理剂，若按元素组成，可分为无机钻井液处理剂（包括无机的酸，碱，盐和氧化物等）和有机钻井液处理剂（如表面活性剂和高分子等）；若按用途，则可分为下列15类，即pH控制剂，钻井液除钙剂，钻井液消泡剂，钻井液乳化剂，钻井液降粘剂，钻井液增粘剂，钻井液降滤失剂，钻井液絮凝剂，钻井液页岩抑制剂（防塌剂），钻井液缓蚀剂，钻井液润滑剂，钻井液解卡剂，钻井液温度稳定剂，钻井液密度调整材料，钻井液堵漏材料。第2章钻井液用化学剂的合成方法2.1高分子型钻井液处理剂的合成方法及性能评价2.1.1钻井液用两性离子共聚物HTB的合成与其性能研究目前,钻井液处理剂的发展由天然高聚物及其改性制品向合成高聚物和共聚物方向发展,由处理剂的单一功能向多功能方向发展,由低效向高效发展。两性离子共聚物是近年来研制的较新产品,由于分子中引入了阳离子基团,共聚物作为钻井液处理剂不仅有较强的降失水作用和抗温抗盐能力,还表现了较强抑制性。笔者采用水溶液聚合方法,合成了丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯磺酸钠(AS)、丙烯酰胺基三甲基丙基氯化铵(AMPTA)新型两性离子聚合物钻井液处理剂。该共聚物是抗盐抗温的阴离子降失水剂的分子骨架上引入另外一定比例有机季铵盐阳离子得到的两性离子型聚合物钻井液处理剂,并且研究了共聚物反应条件与钻井液性能的关系。1.实验(1)原料丙烯酰胺(AM),丙烯磺酸钠(AS),丙烯酰胺基三甲基丙基氯化铵(AMPTA),氧化钙(CaO),丙烯酸(AA)均为工业品；引发剂,KOH均为分析纯。(2)合成称取一定量的CaO溶于丙烯酸水溶液中,待溶液透明后用KOH水溶液将反应混合物的pH调至要求值,在不断搅拌和通氮的情况下加入丙烯磺酸钠和丙烯酰胺,待其全部溶解后加入丙烯酰胺基三甲基丙基氯化铵升至35-55℃,然后依次加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠,反应一段时间得多孔聚合物凝胶体,剪切造粒,在100-120℃下烘干、粉碎,即得共聚物产品HTB（以下均用HTB表示两性离子共聚物）。(3)基浆配制淡水基浆的配制:在1L水中加入40g膨润土和2g无水碳酸钠,高速搅拌20min,室温养护24h,即得淡水基浆。淡水泥浆的配制:在上述淡水基浆中加入0.3%的HTB,高速搅拌20min,室温养护24h,即得共聚物基浆。2.共聚物合成配方研究(1)两性离子聚合物HTB