植物油解卡劑的研制

王金利，張敬輝，單振虎，李 朋

中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017

黏附卡鉆是鉆井中經常遇到的事故之一，使用油基解卡劑浸泡解卡是最常用的方式，油基解卡劑通過滲透、潤濕、潤滑、去水化等機理，能有效地降低摩阻和扭矩，總解卡成功率大于 95%。然而油基解卡劑是以柴油和原油為基液配置的，對環境污染嚴重，難以滿足環保要求[1-3]。為了解決油基解卡劑的污染問題，在礦物油解卡劑配方的基礎上，通過采用植物油為基液，進一步對配方進行優化，研究應用植物油解卡劑，有效降低對環境的污染。

1 基本配方性能研究

以現有礦物油解卡劑配方為基本配方，通過植物油替代礦物油初步建立植物油解卡劑基本配方并進行性能評價。植物油解卡劑的基本配方為：320 mL植物油+80 mL水+12 g陰離子乳化劑A+12 g有機土+12 g氧化鈣+8 g滲透劑。植物油解卡劑的性能見表1。

表1 植物油解卡劑的性能

由于植物油與礦物油性質的差異，根據礦物油解卡劑配方形成的植物油解卡劑配方存在黏切較低、濾失量偏大、穩定性較差等問題，需進一步優化配方。

2 配方優化研究

通過優選乳化劑的種類和加量，提高體系的穩定性，并通過優化有機土加量調整體系的流變性。

2.1 乳化劑優選

在油水體積比為4∶1，乳化劑加量為3%的條件下，根據基本配方，通過改變乳化劑的類型優選乳化劑配方。配方組成：320 mL廢棄植物油+80 mL水+乳化劑+12 g有機土+12 g氧化鈣。選用陰離子乳化劑A，非離子乳化劑B和C，通過測定配方破乳電壓進行研究，試驗結果見表2。陰離子乳化劑A與非離子乳化劑B以質量比1∶1復配時具有更高的破乳電壓。

表2 乳化劑類型優選

根據配方進一步優選乳化劑的加量，結果見圖1。隨著乳化劑加量的增加，破乳電壓逐漸升高。當乳化劑加量達到4%時，已具有較高的破乳電壓，能夠滿足體系穩定性的需要。乳化劑的加量繼續增大，破乳電壓的增幅較小。因此確定乳化劑的加量為4%。

圖1 乳化劑加量優選

2.2 有機土用量優選

在配方中加入不同量的有機土，配方組成：320 mL植物油+80 mL水+有機土+16 g乳化劑+8 g滲透劑+12 g氧化鈣，用六速黏度計測量不同配方的表觀黏度、塑性黏度、動切力，同時用中壓濾失儀測定濾失量，試驗結果見表3。

表3 不同有機土加量下的流變性及濾失量

當有機土的加量為5%或6%時，解卡劑的濾失量均顯著減小，尤其是有機土的加量為6%時，漿液的濾失量僅為9 mL，但是配方黏度很大，流動性差。由于配方中還需要添加處理劑，會使此體系的黏度進一步增大，所以選取有機土的加量為5%。

2.3 配方優化

在優選有機土加量、乳化劑類型及加量的基礎上，通過改變配方中的油水比和降濾失劑用量，對不同配方解卡劑的流變性、濾失量及破乳電壓進行測量，以形成具有較強穩定性和解卡能力的植物油解卡劑的配方。配方組成：植物油+水+20 g有機土+8 g乳化劑A +8 g乳化劑B+8 g滲透劑+降濾失劑，試驗結果見表4。

油水體積比為19∶1時，解卡劑的黏切低，不滿足指標要求，同時濾失量也較大，即使配方中添加了降濾失劑，濾失量仍然比較大。油水體積比為5∶1時，含水量增加，黏切有所提高，但仍達不到指標要求，同時濾失量明顯降低，說明加水量的改變不僅影響了此體系的乳化效果，而且對降濾失劑的作用效果也造成了一定的影響。加水量的增加提高了降濾失劑的作用效果，降低了植物油解卡劑的濾失量。油水體積比為4∶1時，含水量最大，配方中添加了降濾失劑后，濾失量低，黏切也滿足指標要求，破乳電壓較高，穩定性強。

從表4可以看出，按配方6配制的植物油解卡劑的流變性和濾失量均優于其他配方，破乳電壓也比較高，所以選擇配方6作為植物油解卡劑的配方。

表4 不同配方解卡劑的性能

3 植物油解卡劑性能評價

3.1 抗溫性能

按2.3中配方6將配制好的解卡劑高速攪拌20 min后裝入老化罐，在120 ℃下老化16 h，試驗結果見表5。解卡劑老化后依然保持均一穩定的特性，且沒有沉淀分層現象。對比老化前后解卡劑的流變性、濾失量及破乳電壓，性能變化較小，表明研制的植物油解卡劑具有良好的抗溫性能。

表5 老化前后的流變性和濾失量

3.2 解卡性能[4-5]

3.2.1 解卡效果

基漿配方：預化水漿(130 mL 8%的基漿+220 mL水)+22 g評價土+140 g重晶石粉。基漿配制完后高速攪拌20 min，在690 kPa的壓力下，測量30 min基漿的濾失量，制得泥餅。

按2.3中配方6配制解卡劑，在690 kPa的壓力下，對用基漿制備的泥餅進行浸泡，30 min后取出泥餅，并除去上部的乳狀液，觀察泥餅的開裂情況，結果見圖2。可以清楚地看見泥餅上有細小的裂紋。研究結果表明，植物油解卡劑具有優良的解卡性能。

圖2 30 min解卡效果

3.2.2 時間對解卡性能的影響

采用3.2.1中的基漿和解卡劑的配方，研究浸泡時間對解卡劑解卡效果的影響，結果見圖3。

圖3 浸泡不同時間后泥餅開裂的狀況

泥餅經過解卡劑浸泡30 min后，泥餅上有很細密的網狀裂紋。泥餅經過解卡劑浸泡45 min后，出現的裂紋較多且深，解卡劑的作用深度已局部到達泥餅的厚度。泥餅經過解卡劑浸泡90 min后，裂紋明顯較深也較粗，泥餅破裂程度高。泥餅經過解卡劑浸泡120 min后，泥餅上并沒有出現任何明顯的網狀裂紋，可能是解卡劑將泥餅破壞后，泥餅出現深而稠密的裂紋，但是隨著時間的增加，泥餅在環境壓力的作用下又被重新壓實，裂隙重新閉合。試驗結果表明植物油解卡劑對泥餅作用90 min就能達到良好的破裂效果。

3.3 生物毒性

采用發光細菌法，測得EC50值大于100 000 mg/L，無毒，滿足環保要求。

4 結論

1)在礦物油解卡劑配方的基礎上，以植物油為基礎油，通過進一步優選乳化劑的類型及加量、有機土用量、油水比等，研制了穩定性強、流變性優良、濾失量低的植物油解卡劑。

2)性能評價結果表明，研制的植物油解卡劑的抗溫性能優良，120 ℃老化前后性能變化小，解卡速度快，對泥餅浸泡90 min就能取得良好的效果。同時解卡劑以植物油為基液，生物毒性EC50值大于100 000 mg/L，對環境污染小，可以代替礦物油解卡劑進行應用。