聚合醇水基钻井液作用机理研究

聚合醇水基钻井液作用机理研究

采用聚乙醇水提取物组合广泛应用，具有油基钻的特点，同时具有低毒和生物分解的功能。专家称这种类型的水基钻为模仿油基。钻井液上使用的聚合醇主要成分为聚乙二醇、乙二醇、丙三醇等多羟基醇,通常为粘稠状液体,有良好的页岩抑制性、封堵性、润滑性、储层保护、无荧光、生物降解性等。聚合醇在钻井液中的作用与其溶液的浊点有很大的关系。聚合醇溶液被加热到一定温度时,会由透明变混浊,降温时又由混浊变透明,混浊与透明间的平衡温度即为浊点。然而怎样确定溶液的浊点,又怎样根据地层使用情况调节浊点等问题至今还没有解决。笔者旨在通过测量不同电解质浓度的聚乙二醇溶液的浊点,分析浊点的影响因素,并选用合适的公式对浊点进行模拟计算,为确定聚乙二醇溶液的浊点、使用中调节聚乙二醇浊点提供方法。1聚乙二醇溶液的浊点计算模型试验方法称取不等量的聚乙二醇,充分搅拌溶于水中,分别转入具塞量筒,并放入水浴中加热,直到清澈的溶液变混浊,记录该温度,并记录在温度下降过程中观察到混浊溶液变澄清时的温度,两者温度的平均值即为该浓度下醇溶液的浊点。此后,分别调整醇的分子量、醇的浓度,加入相应电解质,并分不同浓度分别测定各条件下的溶液的浊点,记录数据,根据数据的特点,选用合适的公式对聚乙二醇溶液的浊点进行模拟计算,得出根据溶液成分计算溶液浊点的计算模型。并测定多组数据,检验计算模型的计算结果。试验药品:分子量分别为600、1540、2000、4000、6000、10000、20000的聚乙二醇(AR);KCl(AR);NaCl(AR);HCOOK(CP)等。2影响因素研究2.1浊点的测定结果对不同浓度和分子量的聚乙二醇在10%的NaCl溶液中的浊点进行了测定,结果见图1。由图1看出,醇溶液的浊点随着醇浓度增加而减少;浓度越小,影响越大;浓度在6%以上时,增加醇浓度对溶液浊点影响不大。2.2最佳剂量的确定就聚乙二醇分子量对其溶液浊点的影响进行了试验研究,结果见图2。由图2可见,溶液的浊点与其分子量有很大的关系:分子量越大,其溶液浊点越低;分子量在6000以下时,影响很大;在6000以上时,影响较小。2.3电解质液的浊点在分子量为20000、浓度为10%的聚乙二醇溶液中加入不同浓度、不同种类的电解质后,对溶液的浊点进行了测定,结果见图3。由图3可见,电解质的加入能显著降低溶液的浊点,电解质浓度越大,浊点降低得越多。3云计算模型3.1聚乙二醇的浊点计算根据以上试验,选取部分数据,画出曲线;观察分析曲线的形状,选取合适的函数进行拟合,得出模拟计算模型;利用该模型计算一些给定条件下的聚乙二醇的浊点;再通过试验测定以上给定条件下的聚乙二醇溶液浊点,通过对比计算浊点值与试验测定值,分析误差。3.2电解质的规定通过对试验数据的拟合确定聚乙二醇浊点的计算模型如下:T=Ax2+Bx-33855y3+14063y2-177.79y+f(m)(1)f(m)={−0.8×10−11m3+2.0×10−6m2−0.017m+167.92(m≤10000)290.85m−0.1016(m>10000)(2)f(m)={-0.8×10-11m3+2.0×10-6m2-0.017m+167.92(m≤10000)290.85m-0.1016(m>10000)(2)式中,x为溶液中电解质的质量体积浓度,kg/m3;y为聚乙二醇的在溶液中的质量体积浓度,kg/m3;m为聚乙二醇的分子量;T为溶液的浊点,℃;系数A和B是与电解质种类有关的系数,取值如表1。模型使用条件:①公式中电解质的浓度取值应小于其溶解度,若加入量大于在该温度下电解质的溶解度,计算时按溶液饱和浓度进行计算;②聚乙二醇的浓度应在1%～10%之间,小于1%由于醇含量较少,浊点现象不明显;浓度大于10%,聚乙二醇往往不能充分溶解,若代入计算模型后可能产生很大的误差。3.3聚乙二醇溶液浊点测定结果下面为一些特定条件下利用计算模型计算出了聚乙二醇溶液的浊点和根据试验实测该条件下的浊点值,列表对比,分析模拟计算误差,结果见表2、表3、表4。从表2～4数据对比可以看出,建立的浊点计算模型计算出来的聚乙二醇溶液浊点与实际测量的浊点相差不大。试验中使用的水银温度计最小刻度为1℃,存在0.5℃的误差。表2、表3中数据差值基本小于0.5℃;表4中HCOOK很容易吸收空气中的水分而潮解,计算出的差值略微大一些。但总的来说,模拟计算模型计算的结果与实测值基本相符,能满足现场的使用。4电解质聚乙二醇溶液的浊点1)研究发现影响聚乙二醇溶液浊点的因素有聚乙二醇的分子量大小、浓度的高低、溶液中加入电解质的种类及浓度等。聚乙二醇溶液的浊点随其分子量的增加和浓度的增加而减小,随电解质浓度的增加