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聚醚脂肪酸类油基钻井液提切剂的研制与应用

罗春芝 章楚君 王怡迪 王越之 李海彪 谭天宇 张波

罗春芝,章楚君,王怡迪,等. 聚醚脂肪酸类油基钻井液提切剂的研制与应用[J]. 钻井液与完井液,2023,40(3):303-312 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.004
引用本文: 罗春芝,章楚君,王怡迪,等. 聚醚脂肪酸类油基钻井液提切剂的研制与应用[J]. 钻井液与完井液,2023,40(3):303-312 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.004
LUO Chunzhi, ZHANG Chujun, WANG Yidi, et al.Synthesis and application of polyether fatty acid rheology modifier for oil-based drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(3):303-312 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.004
Citation: LUO Chunzhi, ZHANG Chujun, WANG Yidi, et al.Synthesis and application of polyether fatty acid rheology modifier for oil-based drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(3):303-312 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.004

聚醚脂肪酸类油基钻井液提切剂的研制与应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.004
基金项目: 国家自然科学基金面上项目“页岩气开发条件下泥页岩井壁稳定与破壁机理研究”(51174036);国家自然科学基金面上项目“大位移井钻进过程中动态岩屑运移与钻柱受力耦合机理研究”(51874045)
详细信息
    作者简介:

    罗春芝,副教授,1964年生,2000年毕业于华中科技大学应用化学专业,主要从事钻井液处理剂的研究及相关教学工作。电话 13986658889;E-mail:luochunzhi8@126.com

    通讯作者:

    章楚君,在读硕士研究生。电话 15826650470;E-mail: zhangchujun.st@yangtzeu.edu.cn

  • 中图分类号: TE254.4

Synthesis and Application of Polyether Fatty Acid Rheology Modifier for Oil-based Drilling Fluids

  • 摘要: 针对油基钻井液切力低,易导致沉砂卡钻等严重问题的现状,合成了一种聚醚脂肪酸类油基钻井液用提切剂LQZ。利用红外光谱、热重曲线、凝胶强度和界面扩张流变参数等测试方法,分析了提切剂的结构、热稳定性、凝胶性能和作用机理,同时探究了基础油、油水比、密度和温度对其提切效果的影响。结果表明,该提切剂分子中含有羟基、酰胺基、酯基、醚键,能形成网架结构,提高悬浮能力,且具有快速弱凝胶特点;300 ℃无明显热分解;加量小于0.85%时有利于乳液稳定性;该提切剂对白油基、柴油基和合成基钻井液体系普遍适用,且白油基中效果最好;当钻井液油水比为8∶2、密度为2.1 g/cm3、190 ℃时提切效率最佳,动切力、φ6φ3读数和静切力增长约1倍;与国外同类产品相比,LQZ具有提切不增塑性黏度的优势。LQZ在现场页岩油气井应用时,动切力、φ6φ3读数和静切力基本增加100%,塑性黏度无明显增长。LQZ能够提高油基钻井液悬浮能力,不显著增加塑性黏度,具有很好的推广应用前景。

     

  • 图  1  提切剂LQZ的合成路线

    图  2  提切剂LQZ的红外图谱

    图  3  提切剂LQZ的热重分析曲线

    图  4  不同提切剂对乳液黏度的影响

    图  5  不同提切剂对乳液触变性的影响

    图  6  提切剂对乳状液基液1微观结构的影响

    图  7  提切剂对乳状液基液2界面扩张的影响

    图  8  LQZ对不同密度钻井液体系的沉降稳定性影响

    图  9  不同提切剂对油基钻井液流变性及破乳电压的影响

    表  1  0.5%LQZ对不同基础油基钻井液老化前后的提切效果 (150 ℃老化16 h)

    基础油测试条件试样开罐状态AV/mPa·sPV/mPa·sYP/Paφ6/φ3Gel/(Pa/Pa)YP/PV/(Pa/mPa·s)ES/V
    0#柴油 老化前 原浆 无沉 63.0 57.0 6.0 5.0/4.0 4.5/12.0 0.105 688
    LQZ 无沉 63.5 55.0 8.5 9.0/8.0 7.0/12.0 0.155 713
    老化后 原浆 无沉 76.0 65.0 11.0 12.0/11.0 8.0/19.5 0.169 987
    LQZ 无沉 79.5 61.0 18.5 17.0/16.0 13.0/25.0 0.303 1064
    3#白油 老化前 原浆 少量软沉 48.5 44.0 4.5 4.0/3.0 3.5/5.0 0.102 684
    LQZ 无沉 51.0 44.0 7.0 8.0/7.0 5.0/6.5 0.159 698
    老化后 原浆 少量软沉 78.5 71.0 7.5 13.0/12.0 8.0/12.0 0.106 805
    LQZ 无沉 80.5 60.0 20.5 22.0/21.0 13.5/17.0 0.342 998
    110#
    合成油
    老化前 原浆 少量软沉 44.5 40.0 4.5 4.0/3.0 3.0/6.0 0.113 432
    LQZ 无沉 46.5 40.0 6.5 5.0/4.0 4.0/7.0 0.163 517
    老化后 原浆 少量软沉 57.0 51.0 6.0 6.0/5.0 6.0/12.0 0.117 755
    LQZ 无沉 64.5 51.0 13.5 9.0/8.0 8.0/18.0 0.265 882
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    表  2  0.5%LQZ对不同油水比油基钻井液老化前后的提切效果 (150 ℃老化16 h)

    油水比测试条件试样开罐状态AV/mPa·sPV/mPa·sYP/Paφ6/φ3Gel/(Pa/Pa)YP/PV/(Pa/mPa·s)ES/V
    9:1 老化前 原浆 少量软沉 34.0 32.0 2.0 2.0/1.0 1.0/1.0 0.063 1298
    LQZ 无沉降 36.5 32.0 4.5 3.0/2.0 2.0/3.0 0.141 1685
    老化后 原浆 较多软沉 42.5 39.0 3.5 4.0/3.0 3.5/5.5 0.090 1617
    LQZ 无沉降 39.0 33.0 6.0 5.0/4.0 4.5/8.5 0.182 1350
    8:2 老化前 原浆 少量软沉 48.5 44.0 4.5 4.0/3.0 3.5/5.0 0.102 684
    LQZ 无沉 51.0 44.0 7.0 8.0/7.0 5.0/6.5 0.159 698
    老化后 原浆 少量软沉 78.5 71.0 7.5 13.0/12.0 8.0/12.0 0.106 805
    LQZ 无沉 80.5 60.0 20.5 22.0/21.0 13.5/17.0 0.342 998
    7:3 老化前 原浆 极少软沉 58.0 53.0 5.0 4.0/3.0 4.5/6.0 0.094 579
    LQZ 无沉 63.0 53.0 10.0 9.0/8.0 6.5/8.5 0.189 616
    老化后 原浆 无沉 118.5 93.0 25.5 25.0/22.0 15.0/21.5 0.274 657
    LQZ 无沉 124.5 90.0 34.5 30.0/28.0 19.0/24.0 0.383 727
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    表  3  0.5%LQZ对不同密度油基钻井液老化前后的提切效果(150 ℃老化16 h)

    ρ/(g·cm−3测试条件试样开罐状态PV/mPa·sYP/Paφ6/φ3Gel/(Pa/Pa)YP/PV/(Pa/mPa·s)
    1.5 老化前 原浆 无沉 18.0 1.0 1.0/0.0 0.0/0.5 0.056
    LQZ 无沉 16.0 2.0 1.0/1.0 1.0/0.5 0.125
    老化后 原浆 无沉 25.0 3.0 3.0/2.0 3.0/5.5 0.120
    LQZ 无沉 23.0 4.5 5.0/4.0 4.5/7.5 0.196
    1.8 老化前 原浆 无沉 23.0 1.5 1.0/1.0 1.0/1.5 0.065
    LQZ 无沉 23.0 2.0 4.0/3.0 4.0/3.0 0.087
    老化后 原浆 无沉 43.0 5.5 6.0/5.0 6.0/11.0 0.128
    LQZ 无沉 34.0 11.5 12.0/11.0 8.0/14.5 0.338
    2.1 老化前 原浆 少量软沉 44.0 4.5 4.0/3.0 3.5/5.0 0.102
    LQZ 无沉 44.0 7.0 8.0/7.0 5.0/6.5 0.159
    老化后 原浆 少量软沉 71.0 7.5 13.0/12.0 8.0/12.0 0.106
    LQZ 无沉 60.0 20.5 22.0/21.0 13.5/17.0 0.342
    2.4 老化前 原浆 少量硬沉 85.0 4.0 4.0/2.0 2.0/3.0 0.047
    LQZ 无沉 68.0 12.5 12.0/10.0 7.5/10.0 0.184
    老化后 原浆 较多硬沉 98.0 23.0 23.0/22.0 18.5/23.5 0.235
    LQZ 无沉 84.0 28.0 34.0/33.0 19.0/27.0 0.333
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    表  4  加入0.5%LQZ前后白油基钻井液在不同温度老化16 h后的性能

    测试条件试样开罐状态PV/mPa·sYP/Paφ6/φ3Gel/(Pa/Pa)YP/PV/(Pa/mPa·s)ES/V
    老化前 原浆 少量软沉 44.0 4.5 4.0/3.0 3.5/5.0 0.102 684
    LQZ 无沉 44.0 7.0 8.0/7.0 5.0/6.5 0.159 698
    150 ℃、16 h 原浆 少量软沉 71.0 7.5 13.0/12.0 8.0/12.0 0.106 805
    LQZ 无沉 60.0 20.5 22.0/21.0 13.5/17.0 0.342 998
    170 ℃、16 h 原浆 少量软沉 65.0 11.0 15.0/14.0 9.0/16.0 0.169 930
    LQZ 无沉 59.0 19.0 26.0/24.0 14.0/22.0 0.322 950
    190 ℃、16 h 原浆 少量软沉 58.0 14.5 11.0/10.0 8.0/16.0 0.250 1120
    LQZ 无沉 55.0 26.0 25.0/23.0 15.0/23.0 0.473 914
    210 ℃、16 h 原浆 较多软沉 50.0 8.5 12.0/11.0 9.5/14.5 0.170 710
    LQZ 无沉 55.0 12.5 18.0/18.0 11.5/16.0 0.227 913
    230 ℃、16 h 原浆 较多硬沉 47.0 8.0 9.0/8.0 8.5/13.5 0.170 677
    LQZ 少量软沉 52.0 11.5 13.0/12.0 10.0/17.0 0.221 820
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    表  5  LQZ在红页4HF井柴油基钻井液中的应用效果

    井深/mρ/(g·cm−3PV/mPa·sYP/Paφ6/φ3Gel/(Pa/Pa)YP/PV/(Pa/mPa·s)ES/VFLHTHP/mLLQZ/%
    42541.2727.04.03.0/2.03.0/7.00.1485881.20
    43171.2825.07.56.0/5.05.5/11.50.3008651.20.5
    44011.3026.08.06.5/6.06.0/11.00.3089121.20.5
    45111.3124.07.07.0/6.06.0/12.00.29210471.00.5
    48161.3324.57.56.0/5.06.5/12.00.3068961.00.5
    51271.3225.07.07.0/6.06.5/12.00.2809891.20.5
    53391.3227.58.58.0/7.06.0/12.00.3099621.00.5
    55411.3125.08.07.0/6.06.5/12.00.3208651.00.5
    62051.3124.07.56.0/5.07.0/14.00.31311021.20.5
    70131.3124.08.07.0/6.06.5/13.00.3339471.20.5
      注:井浆配方为柴油+(2.5%~3%)主乳化剂+(1.5%~2%)辅乳化剂+(1%~1.5%)润湿剂+(1.5%~2%)有机土+(2.5%~3%)CaO+(2.5%~3%)降滤失剂+(1.5%~2%)封堵剂+质量分数为25%的CaCl2盐水+重晶石,油水比(80~90)∶(20~10);FLHTHP在120 ℃下测定,其他参数在65 ℃下测定。
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    表  6  LQZ在花页1-1HF井白油基钻井液中的应用效果

    井深/mρ/(g·cm−3PV/mPa·sYP/Paφ6/φ3Gel/(Pa/Pa)YP/PV/(Pa/mPa·s)ES/VFLHTHP/mL取样
    39351.3632.03.53.0/2.01.5/3.50.1098672.0原浆
    41551.4037.04.53.0/2.02.0/5.00.1229181.8+0.5%有机土
    42971.3935.08.06.0/5.04.0/9.00.22911562.0+0.5%LQZ
    51161.4138.013.012.0/11.09.0/20.00.34212241.8+0.5%LQZ
      注:井浆配方为白油+3%主乳化剂+1.5%辅乳化剂+(0.7%~1.5%)有机土+(3%~4%)CaO+(1%~2%)降滤失剂+(1%~2%)封堵剂+质量分数为25%的CaCl2盐水+重晶石,油水比(80~90)∶(20~10);FLHTHP在130 ℃下测定,其他参数在65 ℃下测定。
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-20
  • 修回日期:  2023-02-23
  • 网络出版日期:  2023-07-21
  • 刊出日期:  2023-05-30

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