【doc】含阳离子基团的钻井液处理剂研究进展

1、含阳离子基团的钻井液处理剂研究进展42第z卷第期含阳离子基团的钻井液处理剂研究进展杨小华尹标超位华(中原石油勘探局钻井泥浆技术研究所.濮阳457001)橱朝光(中原石油勘探开发科学研究院采收率所,准阳457001)摘要介绍了国内含阳离子基团的钻井液处理剂的研究进展,指出了含昭离于基团的钻井液处理剂的发展方向关键调钻井液处理荆昭离于基团综连钻井液处理剂发展到20世纪8o年代后期.由于含13离子基团的钻井液处理剂在抑制页岩水化,稳定井壁,保护油气层,提高钻井速度,降低能耗和钻井综合成本等方面显示出阴离子型钻井液处理剂难以比拟的优点,从而成为油田化学工作者关注的研究热点之一:2o世纪90年代末期.由

2、于含磺酸基单体2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(amps)的引入,使含阳离子基团的钻井液处理剂的水平迈上了一个新台阶.含阳离子基团的处理剂所具有的独特性能.使其不仅可作为粘土稳定剂,钻井液降滤失剂,降粘剂,包被剂,而且还可怍缓蚀剂和杀菌剂等,在油田开发中具有广阔的应用前景.1阳离子化台物类处理剂低相对分子质量的阳离子化台物在钻井泥浆领域俗称为小阳离子,由于其相对分子质量适中,常用作牯土稳定剂.如王中华等研制的粘土稳定剂xa一1,一和泥页岩稳定剂ht一2叭j.xa一1用于钻井液中无强絮凝作用,可与现有处理剂配伍.能抑铷钻屑分散,稳定井壁,降低亚微粒子含量,控制井径扩大.ht一201在泥浆中与阳离子

3、,阴离子处理剂均有良好的配伍性,抑制牯土和页岩水化分散的能力强,对页岩有稳定效果岩心经ht一201水溶液处理后渗透率恢复值高.保护油气层的效果优于采油作业中常用的牯土防膨剂ps一100和cs一100.由于小阳离子消除了强絮凝现象且有较好的抑制性,所以开发的品种较多.如双三甲乙基氯化铵(nw一1),环氧丙基三甲基氯化铵(qc一1)等,形成了阳离子钻井液体系.实践证明】,小阳离子钻井液在中原油田,大庆油田,冀东油田等的应用中均显示出良好的效果:9o年代中期,针对新型钻井液处理剂阡发的需要,还合成了一些易与丙烯酸(aa),丙烯酰胺(am)共聚的丙烯酰胺系阳离子化合物,如3一丙烯酰胺基正丙基氯化铵(a

4、pdmac),2一丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵(aedmac).3一甲基丙烯酰胺基正丙基三甲基氯化铵(mpiblac),2一羟基一3一甲基丙烯酰氧基正丙基三甲基氯化铵(hmoptmac),甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵(motac),以及含有烯丙基的三甲基烯丙基氯化铵(tmaac),二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)和二乙基二烯丙基氯化铵(dedaac)等.由于上述阳离子化台物具有独特的结构,因此利用这些化台物台成了一系列新型钻井液处理剂:上述阳离子化台物也可直接用作钻井和采油作业中的粘土稳定剂.2阳离子聚合物类处理剂多年的钻井实践和对油田化学品的深入研究表明,2o世纪8o年代初发展的以丙烯酸多元

5、共聚物为代表的阴离子型聚台物钻井液处理剂已表收稿日期:200t.呻一【7作者简介:橱小华,工程师,从事油田化学品l什靛与应用研究工作.完成部墩鉴定成果【项.垃袭论文11稿.杨小华等含阳离子基团的钻井渣l处理剂研究进展现出越来越多的局限性,如静结构强,高低速下的水眼能耗大,在抑制页岩和牯土水化,稳定井壁和控制地层造浆方面的能力有限,不能满足现代化钻井的需要.有机阳离子聚合物由于有效期长,性能稳定,用法简单,用量少,具有一剂多效等优点,已成为聚合物处理剂开发的方向之一.屈撑国等研制的pdmdaac作为性能优良的牯土稳定剂,具有作用效果持久,抗冲刷能力强,耐高温,与酸,碱,无机盐配伍性好等特点;作为

6、絮凝剂,具有用量小,作用快,絮凝大,易分离的特点.研究表明e6,7,am/dmdaac共聚物,am/tm_&c共聚物,am与甲醛,二甲胺共聚物,及pam与环氧氯丙烷和三甲胺为原料合成的阳离子聚丙烯酰胺等聚合物,除具有良好的粘土稳定性,还具有絮凝,缓蚀等作用.高锦屏等s以环氧氯丙烷和多乙烯多胺通过缩聚合成的聚季铵有机阳离子聚合物pq对页岩抑制能力强,若与小阳离子聚台物配合使用,效果更佳.岳钦艳等发现dmdaac/am共聚物的水解产物对混台金属层状氢氧化物mmh一膨润土泥浆体系具有稀释作用和一定的降失水作用.何金龙等研制的聚季铵盐型粘土稳定剂cti21.能有效控制粘土水化和微粒运移.刘雨晴

7、等开发的阳离子降滤失剂chspi可以耐200以上高温,抗钙能力强,可抗盐至饱和,具有良好的抑制性能和降滤失作用,且与其它处理剂配伍性良好,适用于各种水基钻井液体系.范振中等.以水解聚丙烯腈,三甲胺和甲醛合成的阳离子度为93%,分子量适中的降粘降滤失剂px一1.在加量为0.2%的情况下可使膨润土基浆的漏斗粘度降低63.3%,动切力降低86.5%,api滤失量降低37.5%,抗盐抗污染性能良好,页岩回收率明显高于水解聚丙烯腈钠3两性离子聚合物类处理剂阳离子聚台物用作钻井液处理剂尽管具有良好的防塌,絮凝和控制地层造浆的能力,但与阴离子型处理剂配伍性方面还存在一些问题,而目前发展阳离子泥浆的条件还不成

8、熟,为此,人们针对实际需要把处理剂研究的方向放在开发综合性能好的两性离子聚合物上.两性离子聚合物处理剂的研究和开发主要集中在降滤失剂和降粘剂方面一(1)降滤失剂为改善聚台物类降滤失剂的抗温抗高价离子污染的能力,采用阳离子单体与aa,am共聚,不仅可提高聚合物处理剂的耐温性能和抗离价离于污染的能力,而且可改善共聚物稳定页岩的效果.近年来,国内油田化学工作者对阿离子型聚合物降滤失荆的研究相当橘跃.如王中华开发的motac/aa/am菇聚物.抗温,抗污染和防塌能力强,适用于漩水,盐水和海水泥浆体系.加避02%可使淡水泥浆的滤失降至10mr以下.圳量05%可使盐水和人工海水的滤失降叠10mi以下;ap

9、daac/am/aa三元共聚物在淡水,盐水和人工海水钻井敞巾均具有缸着的降滤失作用.且热稳定性好,防塌能力强_l;hm0aac/am/aa共聚物在淡水,盐水和高矿化度人工海水钻液中均具有显着的降滤失能力j;mvima/aa/am共聚物具有较好的抗温,抗盐,抗钙,抗锈能力,在降滤失的同时还具有较强的防塌和抑制粘土分散的作用.赵东滨等17,台成的两性离子聚合物降滤失剂sa(am/dmdaac/丙烯磺酸钠共聚物)和降滤失剂sb(am/dmdaac/丙烯磺酸钠/甲基丙烯酸共聚物)均具有良好的降滤失性能,抗盐,抗钙和抑制性强.笔者研制的两性离子型磺化酚醛材脂降滤失剂具有良好的抗高温,抗盐性能和降滤失性能

10、,抑制性强.为了进一步改善聚合物的性能,王中华于2o世纪90年代初首先开始考虑在1人阳离子单体的同时引a新型磺酸基单体2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(amps),研制的降滤失剂主要有:(1)apdmac/amps/aa/am共聚物,适用于阴离子钻井液和阳离子钻井液,具有较强的抗温,抗盐,抗高价金属离子污染的能力和较好的防塌效果;(2)mftma/amps/am共聚物,能有效降低泥浆滤失量,抗温,抗盐,抗钙,镁离子污染,抑制钻屑能力强;(3)丙烯酰胺系单体/aa/am1,amps共聚物l22j,在淡水泥浆中加量0.3%,在盐水泥浆中加量0.7%就能有效降低泥浆滤失量,抗温大于150,抗盐至饱和,

11、0.1%水溶液就能有效抑制钻屑分散;(4)dmdaac/aa/amps共聚物,在淡水泥浆中加量03%,在高矿化度盐水泥浆中加量0.7%就能有效降低滤失量,抗温大于180,抗盐至饱和,能有效抑制钻堵舒散;(51精细石油化工进展advancesin兀nepetrochemica第2卷第6期am/amps/dmdaac共聚物j,适用于阴离子钻井液和阳离子钻井液体系,热稳定性好,降滤失能力和抑制性强,抗温,抗盐能力强,防塌效果好;(6)阳离子抗高温降滤失剂capj,由磺化褐煤,水解聚丙烯腈,二乙基二烯丙基氯化铵,amps,尿素,甲醛等反应制得;(7)具有阳离子性的共聚物a951,由环氧氯丙烷,丙烯酰胺

12、和三甲胺的反应产物与am,aa,水解聚丙烯腈等共聚台成,该产品具有较好的降滤失效果和防塌抑制能力;(8)两性离子型的降滤失剂a961,由环氧氯丙烷,am和三甲胺的反应产物与am和aa台成,具有较好的耐温抗盐能力和抑制页岩水化分散的能力州.人们对环保意识增强以及台成聚台物价格较高难以为市场所接受,使得研制和开发具有环保功能的新型两性离子聚台物具有重要意义.可生物降解的淀粉,纤维素等与阴离子单体等共聚台成两性离子聚台物可赋予处理剂生物降解特性.国内学者在这方面也开展了一些探索工作,如羧甲基纤维素与am,dmdaac接枝共聚所得产物,具有较好的抑制配浆和可生物降解特性j.以淀粉,氯丙烯,二乙胺和烯类

13、单体为原料台成的阳离子淀粉一烯类单体接枝共聚物ocsp,具有良好的抑制能力l2.由am,丙烯酸钾,hmoptmac与淀粉接枝共聚而成的cgs一2,具有明显的降滤失效果,抗温抗盐能力强,防塌效果好.am,amps和dedaac与淀粉的接枝共聚物.在淡水,盐水,饱和盐水和人工海水钻井液中均具有较强的降滤失能力,抗盐抗温能力强,防塌效果好l31j.am,aa和mptma与淀粉接枝共聚物,具有较好的降滤失,抗温,抗盐,抗钙镁离子污染的能力(2)降粘剂适当结构的两性离子型聚台物降粘剂的性能优于传统的降粘剂,前者不但能降低泥浆的粘度,动切力,还可增强泥浆体系的抑制性.已在许多油田使用的两性离子降粘剂xy一

14、27在调整钻井液流变性的同时,能增强体系的抑制性,降低水跟粘度,进一步实现了钻井液处理剂的多功能化.由阳离子单体与aa等共聚得到的低相对分子质量的复台离子型降粘剂px是一种有效的抑制型降粘剂,且具有一定的抗盐,抗钙能力和优良的抗温性能【铂.用dedaac与aa,am,as共聚得到的低相对分子质量的共聚物,在加量0.1%时对淡水和盐水钻井液的降粘率分别达到84%和60%,抗钙能力强,可耐温120oc.aodac/aa/ma三元共聚物在加量0.3%时对聚台物泥浆和两性离子聚台泥浆具有明显的降粘作用,抗温,抗荇染能力强,且有一定的抑制页岩水化分散能力.4结束语含阳离子基团的钻井液处理剂经过2o多年的

15、研究发展,已形成了相应的泥浆体系.尽管国内学者在含阳离子聚台物处理剂方面已开展了许多工作,但形成生产力的产品还较少今后一方面应努力使科研成果向生产力转化,另一方面,应针对含阳离子聚台物处理剂在现场应用中存在的问题,通过优化分子设计,使聚台物性能更加完善.通过含阳离子聚台物处理剂的应用提高钻井液的应用水平,保护油气层,提高钻井综合效益.参考文献王中华油田化学.j992.9(4):28729j.297王中华石油与天然气化工.j995.24(4):2792b2州雨晴天然气工业,992,j2<3】:4652杨振杰石油钻探技术.l993.2j(2j4952王淀.石油钻撵技术.995,23(j):2

16、629刷伟亮石油钻探技术.1995,23(2):4344马喜平油田化学j999.j6(jj:3740高锦屏石油钻探技术.j993.21t】):58岳铣艳油田化学.j995,l2(ij:j一4何盘龙钻采工艺.j997,(3):5659划雨晴油田化学.1996.j3(【】:2j一2a范振中袖田化学.j999.j6<2):99101王中华油田化学.j9q6.13(4):369370.375王中华.油田化学.j993,l0(4)291295王中华.石油与天然气化工.j995.24(【_:2225.27王中华精细石油化工,j995.(5):j921超束滨油田化学,j998.j5(4):297300

17、赵东滨油田化学,1998,j5<4):3ol一303扬小华油田化学.996,j8(3):259260王中华钻采工艺.1993.j6(3):5587王中华河南化工.1993,(j0】:68王中华.石油与天然气化工,994,23(3):jj48王中华.河南化工,j995,(j):j012王中华精细石油化工,2000.(4):58(下转第49页)246789呻把h搏妞n2001年6月崔小明.甲基丙烯酸甲酯的生产及市场前景分析比并不强,同时该技术被独家拥有,basf公司和日本旭化成公司也不会轻易转让其技术.异丁烯直接氧化法是生产mma成本低,污染小,经济效益好的工艺,为此建议新建mma生产装置考

18、虑采用异丁烯直接氧化法工艺.原料异丁烯可以通过mtbe裂解法制得,mtbe是大宗商品,产量大,易采购,好运输,在工艺上很容易裂解制得异丁烯.同时异丁烯法工艺技术成熟,在日本多家公司拥有生产技术,比较容易引进或寻找台作伙伴,与其他工艺相比,异丁烯法用于规模较小的装置时(2050kt/a),经济上具有很强的竞争力.加49上国内目前c资源丰富,齐鲁石化公司对异丁烯直接氧化法制备mma进行了研究,异丁烯转化率达100%,mma总收率f摩尔分数)达65%.因此,根据我国市场实际情况,采用异丁烯直接氧化法对于新建mma生产装置星可取的.参考文献i李纯i林石油化丁=,1992.(3j:62壬洪度浙江化工,1

19、998.(4j1【3柴国粱化工新型材料.t999,(8):74蔡杰化_1l商乩科技.999(31:85潘睫磊.石油化工技术坚济,20.6):27productionandmarketprospectofmethylmethacrylatecuixiaoming(researchnstituteyanshanpetrochemlcaicorp,月eng102550)abstractproductionmethodsandmadvetsituationofmethylmethaclateathomeandabroadsareintroduced.thedomesticmanetdevelopmenttrendareanab,sedandforecastedsomesuggestiononthedomesticdevelopmentofmethylmethacrylateindustryareputfonvard.keywordsmethylmethacrylate,production,market,suggestion(上接第44页)25刘盈等油田化学.1996,134j:29429826王中华石油3i王中华化