鉆井液用表面活性劑的研究與運用

陸楊洋

摘要：石油產品是一種重要的現代工業原料，表面活性劑廣泛用于石油勘探和開發，包括在許多方面，如鉆井、石油開采、石油輸送、采油等。其中以鉆井液表面活性劑為主，用量約占60%。，具有重要的經濟價值。本文討論了不同功能表面活性劑的種類及其在鉆井液中的應用價值。

關鍵詞：表面活性劑；乳化劑；研究；應用

1引言

隨著全球石油資源的深度利用，油氣田開發逐漸進入深度階段，這就加大了表面活性劑性質化工產品的消耗。其中，用于鉆井的表面活性劑用量最高，鉆井液技術的發展直接受其質量影響。因此，近年來國內外表面活性劑的研究與應用面臨著激烈的競爭，涉及乳化劑、發泡劑、消泡劑、抑制劑等。

2鉆井液用表面活性劑的類型分析

目前，鉆井液中使用的表面活性劑從疏水基結構有直鏈、支鏈、芳香鏈和含氟長鏈。從親水性基團可分為羧酸鹽、硫酸鹽、季銨鹽、PEO衍生物、內酯等，根據表面活性劑溶于水后是否產生離子及其電性能可分為非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型。從相對分子質量大小考慮。它可以分為兩類：相對較小的分子量和相對較大的分子量。一是表面活性劑一端具有典型的親水性、疏水性的簡單結構，通常相對分子質量較小，二是分子結構是復雜的，一側不典型的親水、疏水結構，通常具有較大的相對分子質量。無論分類如何，分子整體都由疏水性和親水性基團組成，形成不對稱的極性結構。

3鉆井液用表面活性劑的應用特性

表面活性劑獨特的兩親性結構使其在鉆井液中起到潤濕、減阻、乳化、發泡、消泡、解卡、降濾失等多種作用。如易于吸附在金屬鉆桿的水、巖石水的界面上，將金屬鉆桿和巖石表面間的直接摩擦變為表面活性劑憎水端間的吸附摩擦，從而有效地降低摩阻，發揮降低濾失量、提高膠體穩定性及加重劑懸浮能力等，如此一來能夠有效地保障鉆井液性能發揮[4]。由于表面活性的不同，在鉆井液中起到乳化、分散、增溶、潤濕、發泡、消泡、殺菌的作用，可用作起泡劑、消泡劑、乳化劑、潤滑劑、抑制劑、降濾失劑、降粘劑、釋卡劑、緩蝕劑等。其中，發泡劑、消泡劑、乳化劑、潤滑劑等處理劑主要是以表面活性劑的結構和特性為主要成分。具有典型的兩親性結構，一端親水，一端疏水分子整體具有親水性和親油性，屬于表面活性劑的廣義概念。

4鉆井液中不同作用的表面活性劑

4.1 起泡劑、消泡劑研究與應用

發泡劑和消泡劑的作用是反向的。其中，在鉆井液中加入發泡劑可形成良好的發泡效果，保持泡沫的穩定性。消泡劑用于破壞鉆井液中的泡沫，防止泡沫再次形成。理想狀態下的親水性和疏水性平衡值為1～3，其組成主要為聚氧乙烯、高碳醇脂肪酸和有機硅。

近年來，隨著國內油氣田開采深度的不斷增加，油氣藏質量也在下降。高溫底層下的開采環境比較復雜，要求鉆井液不斷提高對高溫、高鹽的適應性，尤其是起泡和消泡能力。圍繞各自的作用，我國研究和應用有兩大趨勢。一是將單一或多種表面活性劑直接加入鉆井液中，充分發揮其綜合作用。二是重新開發研制，從原材料入手，創新合成制備方法，獲得了較高性能的單一試劑；在應用層面，我國主要側重于“直接應用”層面，如硼特種表面活性劑RDEB發泡劑，以及不同發泡劑、穩定劑復合耐鹽耐溫發泡劑的使用。消泡劑的研究主要集中在制備方面的研究與開發，如以二甲基硅油為原料合成硅膏，采用復合乳化技術，如采用烯丙基聚醚、低氫硅油聚醚改性硅油、乳化劑、增稠劑等。

4.2 潤滑劑研究與應用

無論是定向井和水平井的石油勘探開發，井斜角度增大，鉆具與井壁之間的摩擦力增大，扭矩增大，同時對地下勘探深度增大，鉆井液密度增大，所形成的阻力也在增大，如果不涉及潤滑劑，容易發生卡滯、產生高溫等現象。

國內鉆井液潤滑劑還包括直接在兩個方向上的應用和合成準備，直接應用類型潤滑劑，通過在潤滑效果中添加新的活性成分，如從植物油中提取硼、硫、磷等有效元素，被稱為鉆井液中加入極壓抗磨添加劑，可有效提高表面活性，同時提高溫度適應性。以植物油為原料制成的水包油鉆井液潤滑劑，經實際檢驗效果良好。在合成和制備方面，主要包括改性植物油與多羥基胺反應形成的親水性脂，以及多元醇、長鏈脂肪酸和礦物油合成的潤滑油產品。

4.3 抑制劑研究與應用

抑制劑的主要作用是減緩化學反應，這與“催化劑”作用相反，但不能阻止聚合反應。鉆井液中強調使用環保的抑制劑，如烷基糖苷，是降低水活性的常用抑制劑。烷基糖苷還具有良好的潤滑性，可以通過與其他水溶性聚合物反應來降低過濾損失。在我國抑制劑的研究和應用方面，最突出的技術是以乙基糖苷、甲醛和亞硫酸氫鈉為原料制備磺甲基烷基糖苷，保持了烷基糖苷的優點，降低了起泡，提高了耐溫性和抗起、抑制塌陷。

4.4 乳化劑研究與應用

乳化劑是保證鉆井液有效性的重要保證，由于我國水基鉆井液乳化劑研究較少，主要用于油基鉆井液與乳化劑的研究，在直接應用方面，更先進的技術包括高溫乳化劑YJR-1、陰離子、非離子表面法等[2]。以及白油抗高溫油包水型乳化劑PF-MO-MULHT。近年來，為了突破國外的技術限制，越來越多的乳化劑自發地發展起來，如三聚酰胺非離子表面活性劑AM-1[1]，它可以提高油包水乳液的耐溫性和耐鹽性。

5結語

隨著石油勘探開發行業的不斷發展，表面活性劑的重要性越來越突出，直接關系到石油勘探開發的順利進行，對研究和應用提出了更高的挑戰。本文分析了發泡劑、消泡劑、潤滑劑、抑制劑、乳化劑的作用，重點針對乳化劑的研制與評價展開研究，通過不斷提高鉆井液表面活性劑的水平，促進了我國石油工業的穩定發展。

參考文獻

[1]馮建建，王茂仁，王軍，等.一種雙子表面活性劑及其在油基鉆井液乳化劑中的應用….化工管理，2014（15）：73—74.

[2]閆晶，劉永貴，張坤，等.一種新型油包水鉆井液乳化劑的研究與應用L¨.鉆井液與完井液，2013，20（2）：12—17.

[3]王中華.2013～2014年國內鉆井液處理劑研究進展[J].中外能源，2015，20（2）：29—39.

[4]任立偉.鉆井液用表面活性劑的研究與應用進展[J].中外能源，2016，21（04）：34-39.

（作者單位：中海油服油田化學事業部塘沽作業公司）