抗溫抗鹽降濾失劑乳液的制備與評價

張坤，王偉忠，王磊磊，郭劍梅，魏盡然，張向明，陳安亮

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司泥漿技術服務分公司，天津300280）

抗溫抗鹽降濾失劑乳液的制備與評價

張坤，王偉忠，王磊磊，郭劍梅，魏盡然，張向明，陳安亮

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司泥漿技術服務分公司，天津300280）

通過反相乳液聚合方法合成了四元聚合物類降濾失劑乳液BZ-JLS。實驗結果表明BZ-JLS可抗鹽至飽和、抗溫至200℃，明顯改善泥餅質量。在KCl基漿中對其降濾失劑效果進行了評價，可明顯改善濾失量。降濾失劑乳液較常規降濾失劑合成條件更溫和，控制更容易，合成乳液可直接加入鉆井液體系中，大大方便了現場使用。

抗高溫；抗鹽；降濾失劑；乳液；水基鉆井液

隨著世界油氣資源需求迅猛增加和鉆井技術進步，世界石油勘探逐漸向深部地層發展，深井、超深井數目越來越多，鉆井液作為鉆井的“血液”，其性能也決定了鉆井質量、鉆井成本和鉆井周期［1，2］。

地層溫度的升高，對鉆井液抗溫抗鹽性能也提出了越來越高的要求，盡管油基鉆井液擁有抗高溫、潤滑性、抑制性等優點，但其成本較高，對環境污染較為嚴重等缺點，因此開發抗高溫高性能水基鉆井液仍是目前國內外關注熱點，而各種抗溫抗鹽處理劑中降濾失的研究尤為重要［3-5］。

聚合物類降濾失劑雖然可以很好的起到降低濾失量，但存在溶解速度慢，現場不易添加的缺點。本文通過反相乳液聚合方法合成了降濾失劑乳液BZ-JLS。通過室內實驗證明，BZ-JLS可以起到明顯降低濾失量的作用，而且無需破乳干燥可直接應用于鉆井液體系，現場使用方便。

1　實驗部分

1.1主要原料

丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、氫氧化鈉、引發劑均為工業品。

1.2室內合成

將25 gAM、3 gNVP、1 gDMDAAC、6 gAMPS溶于115 mL水中，用NaOH調節pH為9；向三口瓶中加入白油200 mL和乳化劑SPAN80 10 g，室溫通氮氣攪拌10 min后加入上述水溶液，然后升溫至40℃，加入引發劑過硫酸銨0.25 g/亞硫酸氫鈉0.12 g，反應4 h，制備得BZ-JLS乳液。

1.3基漿配制

350 mL飽和鹽水于高攪杯中，加入1.00 gNaHCO3和35.00 g評價土，攪拌20 min，中間至少停兩次刮壁。

1.4產物表征

對合成的乳液用無水乙醇洗滌三次，得白色塊狀物，在100℃下干燥24 h，粉碎，用KBr壓片制樣，紅外用布魯克TENSOR27傅立葉變換紅外光譜測試。由紅外譜圖可知（見圖1）：3 186 cm-1為-C=ONH中NH伸縮振動峰，2 960 cm-1為-CH3特征吸收峰，2 923 cm-1為-CH2伸縮振動吸收峰，1 676 cm-1為-C=ONH中C=O特征吸收峰，1 460 cm-1為-CH2彎曲振動吸收峰，1 299 cm-1為-CN伸縮吸收振動峰，1 190 cm-1和1 039 cm-1為SO3-特征吸收峰。表明分子鏈上帶有所設計基團，合成方案可行。

圖1　BZ-JLS紅外圖譜

2　性能評價

2.1飽和鹽水基漿中性能評價

在飽和鹽水基漿和有機鹽體系中對降濾失劑乳液BZ-JLS進行性能對比評價。

2.1.1BZ-JLS不同加量對降濾失效果影響合成的降濾失劑乳液BZ-JLS聚合物有效濃度在25%～30%。在飽和鹽水基漿中，分別加入3%、4%、5%的BZ-JLS，評價效果（見表1）。

表1　不同加量BZ-JLS乳液降濾失效果

從表1可以看出，在飽和鹽水基漿中加入降濾失劑乳液BZ-JLS后可以明顯改善泥漿的濾失量。在加量達到4%后，180℃老化16 h后中壓失水僅為9.2 mL，高溫高壓失水可以控制到10.0 mL，加量繼續增加降失水效果也有所提高，但沒有大的變化。

2.1.2BZ-JLS在不同溫度下對降濾失效果影響選擇降濾失劑乳液BZ-JLS加量為4%，在飽和鹽水基漿中對不同溫度老化后降濾失效果進行了評價（見表2）。

表2　不同溫度抗溫抗鹽降濾失乳液效果

從表2可以看出，在加量達到4%后，200℃老化16 h后中壓失水為10.8 mL，高溫高壓失水可以控制到13.6 mL，顯示了該產品具有良好的抗溫抗鹽能力。

2.1.3BZ-JLS對泥餅質量影響泥餅質量是鉆井液造壁性的重要評價指標，好的泥餅質量有利于井下安全，減少井下復雜。在合成降濾失劑時，選擇單體含有很強的吸附基團，因此對黏土吸附能力強，加入前后泥餅質量對比（見圖2），從圖2可以看出，在加入BZ-JLS前，泥餅較厚，加入BZ-JLS后，泥餅變得薄而致密，而且乳液含有一定的白油和乳化劑，可明顯改善泥餅潤滑性。

2.2KCl基漿中降濾失效果評價

KCl基漿中考察加入降濾失劑乳液BZ-JLS前后對濾失量性能影響，KCl基漿配方為：4%膨潤土漿+8% KCl+0.5%片堿+3%封堵劑+4%細目鈣+重晶石（調整密度1.50 g/cm3），老化溫度為200℃。

從圖3實驗數據可以看出，加入自產降濾失劑乳液BZ-JLS后，可以明顯改善體系濾失量，高溫高壓濾失量由98.8 mL降至14.8 mL，這表示BZ-JLS乳液具有良好的抗鹽抗溫能力。

圖2　加入BZ-JLS前后泥餅質量對比

圖3　BZ-JLS在KCl基漿中效果評價

3　作用機理

降濾失劑乳液BZ-JLS單體中NVP含環狀剛性結構，能有效提高聚合物抗溫能力，此外，NVP含分子內酰胺基團，可以提高聚合物高溫下吸附能力；DMDAAC含陽離子基團，在高溫情況下，實現對黏土礦物的有效吸附；AMPS含磺酸基團可以提高聚合物的抗高溫抗鈣能力；AM作為降濾失劑主鏈結構，主要提供吸附基團，實現聚合物對黏土的快速吸附［6，7］。

反相乳液聚合較常規溶液聚合具有許多優點：反應條件溫和，聚合速率快，產物固相含量高，相對分子質量大且分布窄。常規聚合物類降濾失劑都是粉末，加入前都需要預先配成膠液后加入，現場使用不方便，通過反相乳液聚合方法制得的降濾失劑乳液現場可直接加入鉆井液中，無需預處理，大大簡化了現場使用工藝。

4　結論

（1）通過反相乳液聚合方法制得了新型的降濾失劑乳液BZ-JLS，制得的降濾失劑乳液可抗溫最高至200℃，加入降濾失劑乳液后可明顯改善泥餅質量，而且兼具一定的潤滑功能。

（2）通過反相乳液聚合方法制得的降濾失劑乳液現場可直接應用，與常規聚合物類粉末相比，現場應用方便。

［1］舒昌建，熊壽輝.一種抗高溫抑制型聚合物降濾失劑的合成與評價［J］.鉆采工藝，2011，34（6）：95-97.

［2］王顯光，楊小華，王琳，等.國內外抗高溫鉆井液降濾失劑研究與應用進展［J］.中外能源，2009，14（4）：37-42.

［3］鄭錕，蒲曉琳，傅偉，等.抗高溫抗鹽降濾失劑AAD的合成與評價［J］.石化技術與應用，2008，26（4）：306-311.

［4］馬貴平.AA/AM/AMPS超濃反相乳液聚合合成鉆井液降濾失劑的研究［J］.油田化學，2006，23（1）：1-4.

［5］馬誠，李鵬，蔣官澄，等.成膜性聚合物鉆井液降濾失劑的研制及評價［J］.鉆井液與完井液，2011，28（3）：9-11.

［6］王磊磊，王偉忠，張坤，等.水基鉆井液用抗高溫降濾失劑的合成與性能評價［J］.鉆井液與完井液，2016，33（2）：22-25.

［7］陳德軍，錐和敏，鐵成軍，等.鉆井液降濾失劑研究述論［J］.油田化學，2013，30（2）：295-300.

TE254.4

A

1673-5285（2016）10-0135-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.031

2016－08-08

張坤（1984-），碩士，工程師，畢業于南開大學有機化學專業，現在從事鉆井液技術研究工作，郵箱：m18653496189@163.com。