聚合醇水基鉆井液作用機(jī)理研究

聚合醇水基鉆井液作用機(jī)理研究

采用聚乙醇水提取物組合廣泛應(yīng)用，具有油基鉆的特點(diǎn)，同時(shí)具有低毒和生物分解的功能。專家稱這種類型的水基鉆為模仿油基。鉆井液上使用的聚合醇主要成分為聚乙二醇、乙二醇、丙三醇等多羥基醇,通常為粘稠狀液體,有良好的頁巖抑制性、封堵性、潤(rùn)滑性、儲(chǔ)層保護(hù)、無熒光、生物降解性等。聚合醇在鉆井液中的作用與其溶液的濁點(diǎn)有很大的關(guān)系。聚合醇溶液被加熱到一定溫度時(shí),會(huì)由透明變混濁,降溫時(shí)又由混濁變透明,混濁與透明間的平衡溫度即為濁點(diǎn)。然而怎樣確定溶液的濁點(diǎn),又怎樣根據(jù)地層使用情況調(diào)節(jié)濁點(diǎn)等問題至今還沒有解決。筆者旨在通過測(cè)量不同電解質(zhì)濃度的聚乙二醇溶液的濁點(diǎn),分析濁點(diǎn)的影響因素,并選用合適的公式對(duì)濁點(diǎn)進(jìn)行模擬計(jì)算,為確定聚乙二醇溶液的濁點(diǎn)、使用中調(diào)節(jié)聚乙二醇濁點(diǎn)提供方法。1聚乙二醇溶液的濁點(diǎn)計(jì)算模型試驗(yàn)方法稱取不等量的聚乙二醇,充分?jǐn)嚢枞苡谒?分別轉(zhuǎn)入具塞量筒,并放入水浴中加熱,直到清澈的溶液變混濁,記錄該溫度,并記錄在溫度下降過程中觀察到混濁溶液變澄清時(shí)的溫度,兩者溫度的平均值即為該濃度下醇溶液的濁點(diǎn)。此后,分別調(diào)整醇的分子量、醇的濃度,加入相應(yīng)電解質(zhì),并分不同濃度分別測(cè)定各條件下的溶液的濁點(diǎn),記錄數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn),選用合適的公式對(duì)聚乙二醇溶液的濁點(diǎn)進(jìn)行模擬計(jì)算,得出根據(jù)溶液成分計(jì)算溶液濁點(diǎn)的計(jì)算模型。并測(cè)定多組數(shù)據(jù),檢驗(yàn)計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果。試驗(yàn)藥品:分子量分別為600、1540、2000、4000、6000、10000、20000的聚乙二醇(AR);KCl(AR);NaCl(AR);HCOOK(CP)等。2影響因素研究2.1濁點(diǎn)的測(cè)定結(jié)果對(duì)不同濃度和分子量的聚乙二醇在10%的NaCl溶液中的濁點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果見圖1。由圖1看出,醇溶液的濁點(diǎn)隨著醇濃度增加而減少;濃度越小,影響越大;濃度在6%以上時(shí),增加醇濃度對(duì)溶液濁點(diǎn)影響不大。2.2最佳劑量的確定就聚乙二醇分子量對(duì)其溶液濁點(diǎn)的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果見圖2。由圖2可見,溶液的濁點(diǎn)與其分子量有很大的關(guān)系:分子量越大,其溶液濁點(diǎn)越低;分子量在6000以下時(shí),影響很大;在6000以上時(shí),影響較小。2.3電解質(zhì)液的濁點(diǎn)在分子量為20000、濃度為10%的聚乙二醇溶液中加入不同濃度、不同種類的電解質(zhì)后,對(duì)溶液的濁點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果見圖3。由圖3可見,電解質(zhì)的加入能顯著降低溶液的濁點(diǎn),電解質(zhì)濃度越大,濁點(diǎn)降低得越多。3云計(jì)算模型3.1聚乙二醇的濁點(diǎn)計(jì)算根據(jù)以上試驗(yàn),選取部分?jǐn)?shù)據(jù),畫出曲線;觀察分析曲線的形狀,選取合適的函數(shù)進(jìn)行擬合,得出模擬計(jì)算模型;利用該模型計(jì)算一些給定條件下的聚乙二醇的濁點(diǎn);再通過試驗(yàn)測(cè)定以上給定條件下的聚乙二醇溶液濁點(diǎn),通過對(duì)比計(jì)算濁點(diǎn)值與試驗(yàn)測(cè)定值,分析誤差。3.2電解質(zhì)的規(guī)定通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合確定聚乙二醇濁點(diǎn)的計(jì)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為溶液中電解質(zhì)的質(zhì)量體積濃度,kg/m3;y為聚乙二醇的在溶液中的質(zhì)量體積濃度,kg/m3;m為聚乙二醇的分子量;T為溶液的濁點(diǎn),℃;系數(shù)A和B是與電解質(zhì)種類有關(guān)的系數(shù),取值如表1。模型使用條件:①公式中電解質(zhì)的濃度取值應(yīng)小于其溶解度,若加入量大于在該溫度下電解質(zhì)的溶解度,計(jì)算時(shí)按溶液飽和濃度進(jìn)行計(jì)算;②聚乙二醇的濃度應(yīng)在1%～10%之間,小于1%由于醇含量較少,濁點(diǎn)現(xiàn)象不明顯;濃度大于10%,聚乙二醇往往不能充分溶解,若代入計(jì)算模型后可能產(chǎn)生很大的誤差。3.3聚乙二醇溶液濁點(diǎn)測(cè)定結(jié)果下面為一些特定條件下利用計(jì)算模型計(jì)算出了聚乙二醇溶液的濁點(diǎn)和根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)該條件下的濁點(diǎn)值,列表對(duì)比,分析模擬計(jì)算誤差,結(jié)果見表2、表3、表4。從表2～4數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出,建立的濁點(diǎn)計(jì)算模型計(jì)算出來的聚乙二醇溶液濁點(diǎn)與實(shí)際測(cè)量的濁點(diǎn)相差不大。試驗(yàn)中使用的水銀溫度計(jì)最小刻度為1℃,存在0.5℃的誤差。表2、表3中數(shù)據(jù)差值基本小于0.5℃;表4中HCOOK很容易吸收空氣中的水分而潮解,計(jì)算出的差值略微大一些。但總的來說,模擬計(jì)算模型計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)值基本相符,能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用。4電解質(zhì)聚乙二醇溶液的濁點(diǎn)1)研究發(fā)現(xiàn)影響聚乙二醇溶液濁點(diǎn)的因素有聚乙二醇的分子量大小、濃度的高低、溶液中加入電解質(zhì)的種類及濃度等。聚乙二醇溶液的濁點(diǎn)隨其分子量的增加和濃度的增加而減小,隨電解質(zhì)濃度的增加