鉆井液膠體化學

鉆井液中的基本膠體化學問題

孫德軍2012.101水基鉆井液膠體主要組成粘土、油滴、水溶性聚合物、表面活性劑、電解質等主要功能懸浮、攜帶鉆屑穩(wěn)定井壁、控制地層壓力冷卻和潤滑鉆頭、鉆具傳遞水動力獲取地下信息“海洋石油981”：第六代深水半潛式鉆井平臺，總造價近60億元該平臺長114米，寬79米，面積比一個標準足球場還大；從船底到鉆井架頂高度為136米，相當于45層高樓。據測算，世界石油產量中約30%來自于海洋石油，深水油氣資源開發(fā)正在成為世界石油工業(yè)的主要增長點和科技創(chuàng)新的前沿。我國南海具有豐富的油氣資源和天然氣水合物資源，石油地質儲量約為230億-300億噸，占我國油氣總資源量的1/3，屬于世界四大海洋油氣聚集中心之一，有“第二個波斯灣”之稱，其中70%蘊藏于深海區(qū)域。4山東大學的膠體與界面化學鉆井液技術的發(fā)展水基鉆井液的共性1957年國內第二個膠體化學研究室1983年與原石油部共建“油田膠體化學應用研究室”1999年膠體與界面化學教育部重點實驗室山東大學的膠體與界面化學－－－建立與發(fā)展“大慶油田發(fā)現不久，他就提出鉆井泥漿的表面化學問題，他總是不遺余力的以自己敏銳的洞察力為祖國建設服務?！保◤埓婧圃菏浚瘜W通報，2002）傅鷹院士51.SY/T5233-91“鉆井液用絮凝劑評價程序”2.聚丙烯酰胺不分散低固相泥漿,地質出版杜，19803.聚丙烯酰胺泥漿成分與性能的研究,地質出版社,19814.微乳液理論及其應用，石油工業(yè)出版社，19955.表面活性劑及其在油氣田中的應用，石油工業(yè)出版社，19956.應用膠體化學，科學出版社，19987.正電膠鉆井液,石油工業(yè)出版社,19998.表面活性劑在水泥和瀝青混凝土中應用，輕工出版社，20019.表面活性劑在能源和選礦工業(yè)中的應用，輕工業(yè)出版社，200210.膠體與表面化學（第三版），化學工業(yè)出版社，200411.膠體化學，化學工業(yè)出版社，2005年12.石油開采中的膠體化學，化學工業(yè)出版社，2008年制訂的行業(yè)標準及相關專著6鉆井液技術的發(fā)展水基鉆井液抑制劑大幅攀升大、小陽離子及兩性離子聚合物、正電膠、鋁化合物胺類甲基葡萄糖苷、聚醚甲酸鹽在持續(xù)關注正電性處理劑的同時，電中性（非離子型）處理劑進一步發(fā)展。7clay-freeACCOLADE?SystemENCORE?SystemINNOVERT?SystemINTEGRADE?System2.lessorganophilicclay油基鉆井液中不再使用有機土或用量大幅減少89102006年國外鉆井液體系和處理劑分類-張克勤“水基鉆井液：不分散鉆井液、分散鉆井液、鈣處理鉆井液、聚合物鉆井液、低固相鉆井液、優(yōu)質水基鉆井液、鹽水鉆井液、高溫高壓特種產品、完井液、裸眼清潔液、鉆進液；”國內外鉆井液技術進展及對鉆井液的有關認識-王中華“國內在生產中結合實際情況，借鑒國外新技術，逐步形成了兩性離子聚合物鉆井液、正電膠鉆井液、硅酸鹽鉆井液、甲基葡萄糖苷鉆井液、聚合醇鉆井液等一系列新技術……”水基鉆井液11鉆井液水（鹽）或油粘土顆粒、油/水滴水/油溶性聚合物、表面活性劑鉆井液的基本問題？

調控粒子間相互作用維持適度的分散／聚結

抑制與分散的平衡12分散介質水（鹽水）油13粘土“成也粘土敗也粘土”（既要利用又要控制）14粘土-陽離子交換粘土陽離子交換容量

指在分散介質的pH值為7的條件下，粘土所能交換下來的陽離子總量。影響因素包括粘土礦物的本性、粘土的分散度、分散介質的酸堿度。鉆井液中膨潤土含量的測定（亞甲藍法）鈉土、鈣土等鹽水漿中pH降低鈣土的人工鈉化處理劑的吸附…15樣品分子式鈉鈣摩爾比鈉蒙脫土（提純）(Si3.79Al1.57)(Na0.934Ca0.050)(Mg0.414K0.038Ti0.018Fe0.40)O10(OH)218.68:1土耳其土（未提純）(Si3.89Al1.15)(Na0.32Ca0.198)(Mg0.17K0.07Ti0.01Fe0.20)O10(OH)21.61:1懷俄明土（提純）(Si4.10Al1.69)(Na0.37Ca0.13)(Mg0.29K0.033Ti0.008Fe0.27)O10(OH)22.85:1蒙脫籍土的脹鈉鈣忍比16水基評鉆井艇液中慚的油普相主動瞧混入綿或鉆稠遇？原油源（瀝纏青）乳化贈、磺姨化瀝慌青白油聚醚波類171835晃nm瀉1m粗乳液納米乳液微乳液粒徑1-10μm50-500nm10-100nm乳化劑濃度低中高外觀不透明透明、半透明或乳白色透明、半透明穩(wěn)定性不穩(wěn)定長期動力學穩(wěn)定熱力學穩(wěn)定納米酸乳液板、粗錢乳液幣和微梯乳液柱的對攜比納米品乳液早簡介本質：熱宴力學扇不穩(wěn)抖定，掃體系盒性質劃依賴劑于組井分混乎合方寒式和新順序1819

乳液的初始粒徑隨著HLB值的變化最佳HL薯B值1920乳液職滴的ze萄ta電位充隨著pH值的拐變化,勺S荷=5沙w銳t%寫,融O=獨20蠟w受t%影,柏T=遼16畢℃Ze離ta電位2021正電吐納米藥乳液蕉的制掃備兩步兄法制自備正壓電納鎮(zhèn)米乳傍液乳液Ze身ta電位嘴和平輩均粒記徑隨CT旋AB濃度崖的變付化不同因濃度CT竹AB乳液編的粒析徑分家布2122一步愚法制紛備正途電納偏米乳噴液不同CT豈AB加量鴉時ze磨ta電勢涼和平歲均粒恩徑不同CT攤AB加量格時的個粒徑恭分布22微乳秘稀釋碗法制食備的溝正電其納米蜘乳液微乳施液中1.憐5瀉wt沸%符D2盾30對納衛(wèi)米乳稈液粒差徑的吹影響23稀釋鋪溫度僻對乳屬液粒本徑和英穩(wěn)定精性的難影響24PI荷C法制爺備的乒正電經納米濃乳液25乳液環(huán)在70撤℃恒溫降放置不同此時間癥時乳葉液的次外觀猾變化疑，由垮左向決右乳訪液中CT始AB濃度吧分別傍為0~紀5mMPI模C法制涌備的劇正電談納米贊乳液(a漿)庭0臉da訪y(b謝)潤14辟d刊ay26失穩(wěn)雨乳液好的再鋒利用冷凍直前（知左）聰后（澇右）現乳液丑流動似性的秧變化27編號所加失穩(wěn)乳液比例/%失穩(wěn)乳液含量

/gSaa/gOil/gWax/g液固蠟比例滴加的水量/g乳液性能111.121.63.23.21：18與原乳液一致216.731.42.82.81：171天后分層316.731.43.931.672：17乳液穩(wěn)定42541.23.471.332：161天后分層533.31027.60.44：110乳液穩(wěn)定633.3102713：1107天內未分層所加婆失穩(wěn)亦乳液沸比例綱對乳庫液再掉生過彈程的啄影響失穩(wěn)授乳液狹的再勇利用2829乳液卵的基婦本應裁用功展能降低汪摩阻抑制是粘土預膨脹提高度鉆屑揭回收長率對泥忙漿結眠構強帽度影伍響小29現場傅應用泳大約30稈0口井區(qū)塊掌：勝拉利、櫻新疆蹦、中狗原、曠江蘇稈、四貢川等地試驗書井的懲類型太涵蓋驅了探才井、村開發(fā)另井和宅水平宇井、揚定向基井、災側鉆現井、防分枝互井、衣大位珍移井備等多欺類特要殊工坑藝井癢。為江索蘇水抄鄉(xiāng)油抬田等減環(huán)境殖敏感均區(qū)水答平井瘡探索廟出一散條新甚途徑款。30表面散活性迅劑胺（雁銨）諷類聚醚磺化闊聚合壞物的損起泡31聚醚秩濃度可為1％時羅鉆井遙液粘循附系舞數與股溫度嘉的關酷系。堅（CP隱T8增2℃，M1齡90慣0，EO卷%掀50秀%）32已二胺NH2(C遲H2)6NH2聚胺乙二稼醇類(R夏O)2NCH2CH2N(O夏R)2聚胺類胺（日銨）塞類抑制開劑質子查化反塵應：33頁巖潮抑制使劑胺鋁鹽包被壇劑en賀ca而ps浙ul選at恥or高分躍子量鴿的部靠分水白解聚剩丙烯肚酰胺防泥虹包劑an期ti熔-a栽cc蒼re斃ti仍on慨a護ge句nt降濾密失劑高性瞇能水借基鉆巾井液HP駝WB輸MHi忘gh棍p戒er逮fo晌rm稿an訓ce陸w揭at坊er端b卡as孤ed拒d丈ri泄ll關in械g華mu頭d34有機賀胺水性溶液醋的表諸面張距力35Am珠in括e-勤1在粘漿土上褲的吸癥附曲禮線MI聚胺卡在粘包土上返的吸薯附曲趕線電解栽質對張胺在吸蒙脫腿土上豈吸附炭的影址響36溫度電和電封解質梯對胺諒在蒙刷脫土裝上吸醬附的斬影響Am恒in巨e-遷1在粘票土上灘的吸枯附曲壁線MI聚胺列在粘載土上斯的吸摔附曲陣線37蒙脫老土水獵化與勉否對升胺吸洋附的身影響38胺及惜典型陽離德子活紫性劑對粘譯土顆土粒Ze刮ta電勢制的影蓬響39胺插鐮入粘股土層廟間示售意圖樣品處理層間距空白胺胺-NaCl胺-KCl胺-CaCl2MI聚胺（?）12.5114.0013.6213.7514.17Amine-1（?）12.5113.8313.8313.8113.94Amine-3（?）12.5117.8217.8516.4216.0040溫度腫和電綿解質列對含躬胺粘估土漿pH值的僅影響41條件回收質量(g)回收率(%)蒸餾水2.70井漿加胺前11.6135.64井漿加胺后16.9657.04實驗條件:150℃滾動16小時胺提格高井政漿回俊收率注：臨11酸1-艘X9，井弦深23歪30米(東二缺段)，口加量0.抗35棟%421.當處擋理劑召分子紋結構泡中有較長邁碳鏈浩和季輛銨鹽蜂陽離僑子基聽團時，礎雖然鉛對粘銹土分桐散造尤漿性粒有極伙強的俱抑制挺能力懂，但失水洋偏大，而愈且起泡撇多，不準適合舒用作陪鉆井神液抑狡制劑頓。分子綱結構叢中不含袖長碳似鏈和都季銨盡鹽陽滿離子蜻基團茅的非勉離子準型有回機胺慈類，有捷一定仙降低腫表面抖張力譯和升位高粘膏土漿pH值的謎作用比，對主粘土騎顆粒ze僚ta電勢哪影響木不大褲，因駱此，剖在明磨顯抑雕制粘悄土分瘋散造格漿作甩用的血加量恭時，非對已牽水化余分散仰泥漿雜有一詞定的傻降粘勾和降飼濾失開作用路，達雜到一漿定加沿量時因亦無濟需加晉堿提記高pH值。當鉆盆井液推抑制好性不蓬足固料含、袍粘切咸上升茄急需砌強化臉抑制抖性時嗎，聚召合物雖、正局電膠躁等多謀數抑獨制劑胞“刮加不燙進去討”，新抹型的成胺類券或許震是不譜多的綿選擇麗之一旦，可逢望用媽于高固育含鉆臭井液顯抑制街性的提辯高和青粘切轎調控強。胺類賄抑制蘋劑小頌結43合成庸聚合推物水基材鉆井椒液中混高溫貝高鹽躺的影毒響44粘土聚合坐物處且理劑-降解坊、交碎聯、鴿解吸撈附高溫交高鹽抗水基裝鉆井笨液面列臨的錦問題45公司名稱組分溫度CHEVRONDriscal?DAM-AMPS-NVP（？）246℃ClariantOilServices

Hostadrill4706乙烯酰胺-乙烯磺酸共聚物230℃BaroidTHERMA-CHEK?乙烯酰胺-乙烯磺酸共聚物232℃M-IDURALONAMPS/N-烷基丙烯酰胺204℃RESINEX聚合物-褐煤的混合物204℃AM、磺化單體、交聯單體232℃BASF

polydrill磺化聚合物、磺化褐煤200℃BakerHughesPYRO-TROL?AM-AMPS260℃部分噴國外森公司守的高起溫處惜理劑46有無陷差異?聚合涌物水死熱處首理（蜂降解功?。艉蠹訉Ｈ肽嘞{聚合稅物（荷或溶枯液）煤直接筑加入洗泥漿47實驗條件AVmPa?sPVmPa?sYPPaFLmlpH聚合物降解混合處理200℃/16h(鹽水基漿)5.52.53.095.07.00200℃/16h*7.06.01.09.0-11.08.44180℃/16h80℃/24h4.54.506.0-7.28.57200℃/16h80℃/24h2.02.007.0-9.08.68200℃/24h3.03.009.0-11.08.4680℃/24h（鹽水降解）7.06.01.07.0-8.08.50200℃/72h室溫/24h3.53.507.28.57注：務（*）為言未“司預降巡壽解”趟聚合記物對轉比數港據4%鹽水鏈泥漿煤：4中wt畢%粘土+1龍.5耕wt除%聚合乒物聚合逐物“馳預降粥解”胃對鹽劍水泥咳漿性袖能的葛影響482筑%SS撤MA聚合鄉(xiāng)豐物高莊溫處等理對誤鹽水原泥漿枯性能旬的影援響實驗條件AV/mPa?sPV/mPa?sYP/PaFL/ml

pH聚合物熱處理混合處理聚合物NaCl鹽水溶液常溫室溫靜置24h后120℃/8h4.52.02.5347.68聚合物NaCl鹽水溶液120℃/8h室溫靜置24h后120℃/8h5.52.03.5467.51聚合物CaCl2鹽水溶液常溫室溫靜置24h后120℃/8h4.52.52.0267.92聚合物CaCl2鹽水溶液120℃/8h室溫靜置24h120℃/8h2.52.50197.71聚合物復合鹽水溶液常溫室溫靜置24h后120℃/8h4.52.02.5427.20聚合物復合鹽水溶液120℃/8h室溫靜置24h后120℃/8h4.52.52.0307.18注：社聚合弱物-粘土敬分散軍體系化：4參.0混wt武%Na河Cl+諷2.斜0爽wt狠%按P綢SS熄MA桌+4惰w曬t嶄%泥漿；0.榆5瘦wt明%熱C港aC撓l2+2罩.0侍w債t噸%港PS輔SM叢A+墻4創(chuàng)wt銜%泥漿；0.碰5朝wt遷%冷C轉aC芒l2+4圣wt厲%Na烘Cl+施2.涌0道wt啦%耽PS痕SM葡A+戀4遵wt目%泥漿；49氯化弄鈣加圾入前霸后聚據合物遣水溶褲液水不僅溶聚隸合物天有無榜降濾絲式失作臂用？50聚合殺物對斥鹽水頸、復秧合、播飽和吐鹽水煤基漿鋤濾失自量及雪流變衡性能揭的影績響實驗條件AV/mPa?sPV/mPa?sYP/PaFL/ml

pH聚合物混合處理*聚合物水溶液

與鹽水基漿混合后200℃/16h老化

6.05.50.511.08.99#聚合物水溶液

混入復合鹽水基漿后200℃/16h老化

11.256.55.758.48.73#聚合物膠乳

與鹽水基漿混合后200℃/16h老化

12.05.07.020.08.70☆聚合物飽和鹽水溶液

飽和鹽水基漿混合后200℃/16h老化

9.08.01.09.08.36*板組成呼：4述wt悟%的泥孫漿+4封w欠t鎮(zhèn)%Na買Cl+捏1.歉5w餃t載%聚合佳物；#組成問：4昆wt碗%的泥滴漿+4wt犬%N修aC陳l+0飄.5晌w漢t%格Ca煤Cl2+1轉.5牌w態(tài)t%聚合奔物；☆組邪成：4漸wt退%的泥抄漿+3劑0wt聰%N疤aC俱l+1躲.5泛w都t%聚合陰物。粘度廉降低槽能否爺說明支聚合促物降柄解？低分底子量誓必然擁是低附粘度蘿！低粘消度一時定對丹應低恢分子餡量？不同鎖溫度沒處理廊后PA每MP偽S水溶燙液表膠觀粘耀度隨雪氯化士鈣濃賄度變稠化曲狀線不同腹溫度恐處理擊后PS牢S水溶龜液表計觀粘提度隨氯屑化鈣司濃度車變化懲曲線52SS島MA（x:岸y=1責:1）PA恭MP系SPS啦S高溫裝高鹽確對水堤溶性牛聚合味物的圾影響-降解踐？析冶出（濁點曲鹽度）？53注：PA釣MP徐S分子變量80萬PA辨