复合金属两性离于聚合物泥浆的研究和应用.pdfVIP

SPE 50932 复合金属两性离子聚合物泥浆的研究及应用 牛亚斌 张达明 肖红章 吴木希 郑远渭 李 健 (北京石油勘探开发科学研究院) (西南石油学院) 摘 要 近几年来，两性离子聚合物和正电胶在油田得到广泛地应用，并取得了较好的应用效 果，表现出了各自的忧缺点。我们在分析和研究这两种处理荆分子结构和在泥浆中的作用机理的 基础上．通过分子设计，研制成功并生产出了复合金属两性离子聚合物PMHA、JMHA。该聚合物 兼具两性离子聚合物和正电胶的性能和特征，抑制性强，剪切稀释能力强，流变性能稳定，良好的 失水造壁性和保护油气层产能等特点。在中原油田．江苏油田和辽河油田应用，取得了提高机械 钻速，减少井下复杂事故，缩小井径扩大率等技术效果，处理剂配伍性好，泥浆性能稳定，泥浆成本 低。目前．在全国几个油田推广应用，并成功地应用于直井、斜井、深井及小井眼中，形成了普通淡 水轻泥浆，高含盐高比重泥浆，小井眼钻井液及保护油气层的完井液。 引 言 两性离子聚合物钻井液和混合金属氢氧化物(MMH)钻井液是新一代的钻井液。由阳离 子、阴离子和非离子乙烯基单体聚合而成的高分子量两性离子聚合物FA367在钻井液中用着 包被剂，而低分子量的两性离子聚合物XY27用着解絮凝剂，两性离子聚合物分子链上的阳离 子基团，通过静电引力吸附在带负电的粘土表面上，静电引力比氢键引力要强得多。因此，两 性离子聚合物包被剂FA367能迅速地和强烈地吸附在粘土颗粒或钻屑表面．同时，两性离子 聚合物中的阴离子基团能在粘土或钻屑周围形成水化层来阻止或限制自由水的浸入，水化层 也能起到稳定钻井液流变性和降滤失性能的作用，基于相同的机理，低分子量的两性聚合物 XY27能解除絮凝或聚合物与粘土颗粒间的桥接，降低钻井液粘度，同时也能保持钻屑不分 散。总之，两性离子聚合物能增加钻井液的抑制性，维持优良的流变性和降滤失性能。MMH 钻井液表现出较高的动切力和静切力及较低的塑性粘度，这些性能都有利于携带大井眼中的 钻屑到地面，在停止钻井时，能有效地悬浮钻屑。 上述两种钻井液都表现出较好的钻井液性能，但同时也存在一些不足，新研制成功的复合 金属两性离子聚合物具有上述两种钻井液优良性能，克服了上述两种钻井液存在的不足，复 合金属两性分子聚合物钻井液表现出类似MMH钻井液特殊的流变性和类似于两性离子聚合 物的强抑制性和低的滤失量，复合金属两性离子聚合物由复合金属，例如铝丙烯酸复合物，金 属氢氧化物和乙烯基单体，如丙烯酸胺，阳离子单体，聚合而成。由复合金属两性离子聚合物 包被剂PMHA和降滤失剂JMHA配制而成的钻井液已广泛而成功地应用于中国各油田。 两性离子聚合物作用机理 1无机盐对两性离子聚合物在粘土表面吸附的影响 任何处理剂要在泥浆中发挥效能，对泥浆起稳定作用，必须首先吸附在粘土表面上，具有 不同分子结构的聚合物在粘土表面应该有不同的吸附量和相对应的吸附特点。而无机盐的作 用，一方面影响着聚合物的溶解性、水化性能和分子构象，另一方面还影响着粘土颗粒的电动 电位和胶体性质，这样势必影响着聚合物在粘土表面的吸附规律，必须直接影响着泥浆的性 能。 (1)不同阳离子化度条件下的吸附特性 在较低盐浓度下，阳离子化度增加，聚合物在粘土上的吸附量随之增加，这表明有机阳离 子基团仍是主要吸附基团。随着NaCl浓度提高，吸附量呈显著上升趋势，尤其当阳离子化度 较高时，在粘土表面的饱和吸附量增加量更为显著(见表1)。 表1在盐水中不同阳离子化度的聚合物在粘土表面上的饱和吸附量(r。 L(mg／g粘土)＼＼阳离刊{二度(％) 10 15 20 —Na忑CI浓度————～≥3FF～j∑ 5％ 114 136 218 15％ 22l