【doc】含陽離子基團的鉆井液處理劑研究進展

1、含陽離子基團的鉆井液處理劑研究進展42第z卷第期含陽離子基團的鉆井液處理劑研究進展楊小華尹標超位華(中原石油勘探局鉆井泥漿技術研究所.濮陽457001)櫥朝光(中原石油勘探開發(fā)科學研究院采收率所,準陽457001)摘要介紹了國內含陽離子基團的鉆井液處理劑的研究進展,指出了含昭離于基團的鉆井液處理劑的發(fā)展方向關鍵調鉆井液處理荊昭離于基團綜連鉆井液處理劑發(fā)展到20世紀8o年代后期.由于含13離子基團的鉆井液處理劑在抑制頁巖水化,穩(wěn)定井壁,保護油氣層,提高鉆井速度,降低能耗和鉆井綜合成本等方面顯示出陰離子型鉆井液處理劑難以比擬的優(yōu)點,從而成為油田化學工作者關注的研究熱點之一:2o世紀90年代末期.由

2、于含磺酸基單體2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(amps)的引入,使含陽離子基團的鉆井液處理劑的水平邁上了一個新臺階.含陽離子基團的處理劑所具有的獨特性能.使其不僅可作為粘土穩(wěn)定劑,鉆井液降濾失劑,降粘劑,包被劑,而且還可怍緩蝕劑和殺菌劑等,在油田開發(fā)中具有廣闊的應用前景.1陽離子化臺物類處理劑低相對分子質量的陽離子化臺物在鉆井泥漿領域俗稱為小陽離子,由于其相對分子質量適中,常用作牯土穩(wěn)定劑.如王中華等研制的粘土穩(wěn)定劑xa一1,一和泥頁巖穩(wěn)定劑ht一2叭j.xa一1用于鉆井液中無強絮凝作用,可與現(xiàn)有處理劑配伍.能抑銣鉆屑分散,穩(wěn)定井壁,降低亞微粒子含量,控制井徑擴大.ht一201在泥漿中與陽離子

3、,陰離子處理劑均有良好的配伍性,抑制牯土和頁巖水化分散的能力強,對頁巖有穩(wěn)定效果巖心經(jīng)ht一201水溶液處理后滲透率恢復值高.保護油氣層的效果優(yōu)于采油作業(yè)中常用的牯土防膨劑ps一100和cs一100.由于小陽離子消除了強絮凝現(xiàn)象且有較好的抑制性,所以開發(fā)的品種較多.如雙三甲乙基氯化銨(nw一1),環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(qc一1)等,形成了陽離子鉆井液體系.實踐證明】,小陽離子鉆井液在中原油田,大慶油田,冀東油田等的應用中均顯示出良好的效果:9o年代中期,針對新型鉆井液處理劑阡發(fā)的需要,還合成了一些易與丙烯酸(aa),丙烯酰胺(am)共聚的丙烯酰胺系陽離子化合物,如3一丙烯酰胺基正丙基氯化銨(a

4、pdmac),2一丙烯酰胺基乙基二甲基氯化銨(aedmac).3一甲基丙烯酰胺基正丙基三甲基氯化銨(mpiblac),2一羥基一3一甲基丙烯酰氧基正丙基三甲基氯化銨(hmoptmac),甲基丙烯酰氧基三甲基氯化銨(motac),以及含有烯丙基的三甲基烯丙基氯化銨(tmaac),二甲基二烯丙基氯化銨(dmdaac)和二乙基二烯丙基氯化銨(dedaac)等.由于上述陽離子化臺物具有獨特的結構,因此利用這些化臺物臺成了一系列新型鉆井液處理劑:上述陽離子化臺物也可直接用作鉆井和采油作業(yè)中的粘土穩(wěn)定劑.2陽離子聚合物類處理劑多年的鉆井實踐和對油田化學品的深入研究表明,2o世紀8o年代初發(fā)展的以丙烯酸多元

5、共聚物為代表的陰離子型聚臺物鉆井液處理劑已表收稿日期:200t.呻一【7作者簡介:櫥小華,工程師,從事油田化學品l什靛與應用研究工作.完成部墩鑒定成果【項.垃襲論文11稿.楊小華等含陽離子基團的鉆井渣l處理劑研究進展現(xiàn)出越來越多的局限性,如靜結構強,高低速下的水眼能耗大,在抑制頁巖和牯土水化,穩(wěn)定井壁和控制地層造漿方面的能力有限,不能滿足現(xiàn)代化鉆井的需要.有機陽離子聚合物由于有效期長,性能穩(wěn)定,用法簡單,用量少,具有一劑多效等優(yōu)點,已成為聚合物處理劑開發(fā)的方向之一.屈撐國等研制的pdmdaac作為性能優(yōu)良的牯土穩(wěn)定劑,具有作用效果持久,抗沖刷能力強,耐高溫,與酸,堿,無機鹽配伍性好等特點;作為

6、絮凝劑,具有用量小,作用快,絮凝大,易分離的特點.研究表明e6,7,am/dmdaac共聚物,am/tm_&c共聚物,am與甲醛,二甲胺共聚物,及pam與環(huán)氧氯丙烷和三甲胺為原料合成的陽離子聚丙烯酰胺等聚合物,除具有良好的粘土穩(wěn)定性,還具有絮凝,緩蝕等作用.高錦屏等s以環(huán)氧氯丙烷和多乙烯多胺通過縮聚合成的聚季銨有機陽離子聚合物pq對頁巖抑制能力強,若與小陽離子聚臺物配合使用,效果更佳.岳欽艷等發(fā)現(xiàn)dmdaac/am共聚物的水解產(chǎn)物對混臺金屬層狀氫氧化物mmh一膨潤土泥漿體系具有稀釋作用和一定的降失水作用.何金龍等研制的聚季銨鹽型粘土穩(wěn)定劑cti21.能有效控制粘土水化和微粒運移.劉雨晴

7、等開發(fā)的陽離子降濾失劑chspi可以耐200以上高溫,抗鈣能力強,可抗鹽至飽和,具有良好的抑制性能和降濾失作用,且與其它處理劑配伍性良好,適用于各種水基鉆井液體系.范振中等.以水解聚丙烯腈,三甲胺和甲醛合成的陽離子度為93%,分子量適中的降粘降濾失劑px一1.在加量為0.2%的情況下可使膨潤土基漿的漏斗粘度降低63.3%,動切力降低86.5%,api濾失量降低37.5%,抗鹽抗污染性能良好,頁巖回收率明顯高于水解聚丙烯腈鈉3兩性離子聚合物類處理劑陽離子聚臺物用作鉆井液處理劑盡管具有良好的防塌,絮凝和控制地層造漿的能力,但與陰離子型處理劑配伍性方面還存在一些問題,而目前發(fā)展陽離子泥漿的條件還不成

8、熟,為此,人們針對實際需要把處理劑研究的方向放在開發(fā)綜合性能好的兩性離子聚合物上.兩性離子聚合物處理劑的研究和開發(fā)主要集中在降濾失劑和降粘劑方面一(1)降濾失劑為改善聚臺物類降濾失劑的抗溫抗高價離子污染的能力,采用陽離子單體與aa,am共聚,不僅可提高聚合物處理劑的耐溫性能和抗離價離于污染的能力,而且可改善共聚物穩(wěn)定頁巖的效果.近年來,國內油田化學工作者對阿離子型聚合物降濾失荊的研究相當橘躍.如王中華開發(fā)的motac/aa/am菇聚物.抗溫,抗污染和防塌能力強,適用于漩水,鹽水和海水泥漿體系.加避02%可使淡水泥漿的濾失降至10mr以下.圳量05%可使鹽水和人工海水的濾失降疊10mi以下;ap

9、daac/am/aa三元共聚物在淡水,鹽水和人工海水鉆井敞巾均具有缸著的降濾失作用.且熱穩(wěn)定性好,防塌能力強_l;hm0aac/am/aa共聚物在淡水,鹽水和高礦化度人工海水鉆液中均具有顯著的降濾失能力j;mvima/aa/am共聚物具有較好的抗溫,抗鹽,抗鈣,抗銹能力,在降濾失的同時還具有較強的防塌和抑制粘土分散的作用.趙東濱等17,臺成的兩性離子聚合物降濾失劑sa(am/dmdaac/丙烯磺酸鈉共聚物)和降濾失劑sb(am/dmdaac/丙烯磺酸鈉/甲基丙烯酸共聚物)均具有良好的降濾失性能,抗鹽,抗鈣和抑制性強.筆者研制的兩性離子型磺化酚醛材脂降濾失劑具有良好的抗高溫,抗鹽性能和降濾失性能

10、,抑制性強.為了進一步改善聚合物的性能,王中華于2o世紀90年代初首先開始考慮在1人陽離子單體的同時引a新型磺酸基單體2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(amps),研制的降濾失劑主要有:(1)apdmac/amps/aa/am共聚物,適用于陰離子鉆井液和陽離子鉆井液,具有較強的抗溫,抗鹽,抗高價金屬離子污染的能力和較好的防塌效果;(2)mftma/amps/am共聚物,能有效降低泥漿濾失量,抗溫,抗鹽,抗鈣,鎂離子污染,抑制鉆屑能力強;(3)丙烯酰胺系單體/aa/am1,amps共聚物l22j,在淡水泥漿中加量0.3%,在鹽水泥漿中加量0.7%就能有效降低泥漿濾失量,抗溫大于150,抗鹽至飽和,

11、0.1%水溶液就能有效抑制鉆屑分散;(4)dmdaac/aa/amps共聚物,在淡水泥漿中加量03%,在高礦化度鹽水泥漿中加量0.7%就能有效降低濾失量,抗溫大于180,抗鹽至飽和,能有效抑制鉆堵舒散;(51精細石油化工進展advancesin兀nepetrochemica第2卷第6期am/amps/dmdaac共聚物j,適用于陰離子鉆井液和陽離子鉆井液體系,熱穩(wěn)定性好,降濾失能力和抑制性強,抗溫,抗鹽能力強,防塌效果好;(6)陽離子抗高溫降濾失劑capj,由磺化褐煤,水解聚丙烯腈,二乙基二烯丙基氯化銨,amps,尿素,甲醛等反應制得;(7)具有陽離子性的共聚物a951,由環(huán)氧氯丙烷,丙烯酰胺

12、和三甲胺的反應產(chǎn)物與am,aa,水解聚丙烯腈等共聚臺成,該產(chǎn)品具有較好的降濾失效果和防塌抑制能力;(8)兩性離子型的降濾失劑a961,由環(huán)氧氯丙烷,am和三甲胺的反應產(chǎn)物與am和aa臺成,具有較好的耐溫抗鹽能力和抑制頁巖水化分散的能力州.人們對環(huán)保意識增強以及臺成聚臺物價格較高難以為市場所接受,使得研制和開發(fā)具有環(huán)保功能的新型兩性離子聚臺物具有重要意義.可生物降解的淀粉,纖維素等與陰離子單體等共聚臺成兩性離子聚臺物可賦予處理劑生物降解特性.國內學者在這方面也開展了一些探索工作,如羧甲基纖維素與am,dmdaac接枝共聚所得產(chǎn)物,具有較好的抑制配漿和可生物降解特性j.以淀粉,氯丙烯,二乙胺和烯類

13、單體為原料臺成的陽離子淀粉一烯類單體接枝共聚物ocsp,具有良好的抑制能力l2.由am,丙烯酸鉀,hmoptmac與淀粉接枝共聚而成的cgs一2,具有明顯的降濾失效果,抗溫抗鹽能力強,防塌效果好.am,amps和dedaac與淀粉的接枝共聚物.在淡水,鹽水,飽和鹽水和人工海水鉆井液中均具有較強的降濾失能力,抗鹽抗溫能力強,防塌效果好l31j.am,aa和mptma與淀粉接枝共聚物,具有較好的降濾失,抗溫,抗鹽,抗鈣鎂離子污染的能力(2)降粘劑適當結構的兩性離子型聚臺物降粘劑的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的降粘劑,前者不但能降低泥漿的粘度,動切力,還可增強泥漿體系的抑制性.已在許多油田使用的兩性離子降粘劑xy一

14、27在調整鉆井液流變性的同時,能增強體系的抑制性,降低水跟粘度,進一步實現(xiàn)了鉆井液處理劑的多功能化.由陽離子單體與aa等共聚得到的低相對分子質量的復臺離子型降粘劑px是一種有效的抑制型降粘劑,且具有一定的抗鹽,抗鈣能力和優(yōu)良的抗溫性能【鉑.用dedaac與aa,am,as共聚得到的低相對分子質量的共聚物,在加量0.1%時對淡水和鹽水鉆井液的降粘率分別達到84%和60%,抗鈣能力強,可耐溫120oc.aodac/aa/ma三元共聚物在加量0.3%時對聚臺物泥漿和兩性離子聚臺泥漿具有明顯的降粘作用,抗溫,抗荇染能力強,且有一定的抑制頁巖水化分散能力.4結束語含陽離子基團的鉆井液處理劑經(jīng)過2o多年的

15、研究發(fā)展,已形成了相應的泥漿體系.盡管國內學者在含陽離子聚臺物處理劑方面已開展了許多工作,但形成生產(chǎn)力的產(chǎn)品還較少今后一方面應努力使科研成果向生產(chǎn)力轉化,另一方面,應針對含陽離子聚臺物處理劑在現(xiàn)場應用中存在的問題,通過優(yōu)化分子設計,使聚臺物性能更加完善.通過含陽離子聚臺物處理劑的應用提高鉆井液的應用水平,保護油氣層,提高鉆井綜合效益.參考文獻王中華油田化學.j992.9(4):28729j.297王中華石油與天然氣化工.j995.24(4):2792b2州雨晴天然氣工業(yè),992,j2<3】:4652楊振杰石油鉆探技術.l993.2j(2j4952王淀.石油鉆攆技術.995,23(j):2

16、629刷偉亮石油鉆探技術.1995,23(2):4344馬喜平油田化學j999.j6(jj:3740高錦屏石油鉆探技術.j993.21t】):58岳銑艷油田化學.j995,l2(ij:j一4何盤龍鉆采工藝.j997,(3):5659劃雨晴油田化學.1996.j3(【】:2j一2a范振中袖田化學.j999.j6<2):99101王中華油田化學.j9q6.13(4):369370.375王中華.油田化學.j993,l0(4)291295王中華.石油與天然氣化工.j995.24(【_:2225.27王中華精細石油化工,j995.(5):j921超束濱油田化學,j998.j5(4):297300

17、趙東濱油田化學,1998,j5<4):3ol一303揚小華油田化學.996,j8(3):259260王中華鉆采工藝.1993.j6(3):5587王中華河南化工.1993,(j0】:68王中華.石油與天然氣化工,994,23(3):jj48王中華.河南化工,j995,(j):j012王中華精細石油化工,2000.(4):58(下轉第49頁)246789呻把h搏妞n2001年6月崔小明.甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)及市場前景分析比并不強,同時該技術被獨家擁有,basf公司和日本旭化成公司也不會輕易轉讓其技術.異丁烯直接氧化法是生產(chǎn)mma成本低,污染小,經(jīng)濟效益好的工藝,為此建議新建mma生產(chǎn)裝置考

18、慮采用異丁烯直接氧化法工藝.原料異丁烯可以通過mtbe裂解法制得,mtbe是大宗商品,產(chǎn)量大,易采購,好運輸,在工藝上很容易裂解制得異丁烯.同時異丁烯法工藝技術成熟,在日本多家公司擁有生產(chǎn)技術,比較容易引進或尋找臺作伙伴,與其他工藝相比,異丁烯法用于規(guī)模較小的裝置時(2050kt/a),經(jīng)濟上具有很強的競爭力.加49上國內目前c資源豐富,齊魯石化公司對異丁烯直接氧化法制備mma進行了研究,異丁烯轉化率達100%,mma總收率f摩爾分數(shù))達65%.因此,根據(jù)我國市場實際情況,采用異丁烯直接氧化法對于新建mma生產(chǎn)裝置星可取的.參考文獻i李純i林石油化丁=,1992.(3j:62壬洪度浙江化工,1

19、998.(4j1【3柴國粱化工新型材料.t999,(8):74蔡杰化_1l商乩科技.999(31:85潘睫磊.石油化工技術堅濟,20.6):27productionandmarketprospectofmethylmethacrylatecuixiaoming(researchnstituteyanshanpetrochemlcaicorp,月eng102550)abstractproductionmethodsandmadvetsituationofmethylmethaclateathomeandabroadsareintroduced.thedomesticmanetdevelopmenttrendareanab,sedandforecastedsomesuggestiononthedomesticdevelopmentofmethylmethacrylateindustryareputfonvard.keywordsmethylmethacrylate,production,market,suggestion(上接第44頁)25劉盈等油田化學.1996,134j:29429826王中華石油3i王中華化