引言
有機(jī)土是油基鉆井液中的最基本親油膠體,在油基鉆井液中既可提高泥漿的粘度和切力,又能降低油基鉆井液的濾失量,因此有機(jī)土是油基鉆井液中不可缺少的添加劑｡目前有機(jī)土的制備方法普遍使用陽(yáng)離子表面活性劑和高度分散的親水粘土發(fā)生離子交換吸附而制成,根據(jù)文獻(xiàn)記載,在井溫超過(guò)
我國(guó)南海西部的鶯—瓊盆地是一個(gè)很有開發(fā)潛力的油氣田,這個(gè)地區(qū)的地質(zhì)條件惡劣,地溫梯度高,異常壓力大,預(yù)測(cè)井底最高溫度高達(dá)
1 現(xiàn)有有機(jī)土的制備方法[3]
有機(jī)土是高度分散的親水粘土與陽(yáng)離子表面活性劑(季胺鹽)發(fā)生了離子交換吸附而制成的｡典型的有機(jī)土反應(yīng)如下:粘土—Na++C12H25—N+—(CH3)3Br+———→
粘土—[C12H25—N+—CH3]3+NaBr
由于季胺鹽陽(yáng)離子在粘土表面的吸附,使親水的粘土轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油的有機(jī)土,保證在油基泥漿中很好地分散｡
有機(jī)土的質(zhì)量主要取決于粘土的種類,陽(yáng)離子表面活性劑的類型､碳鏈長(zhǎng)短和在粘土上的覆蓋程度以及制造的外部條件,如溫度､PH等｡有機(jī)土在油中的分散性與有機(jī)胺離子碳鏈長(zhǎng)短和覆蓋率有密切關(guān)系｡試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),有機(jī)土在有機(jī)液體中的膨脹體積與碳鏈數(shù)目呈函數(shù)關(guān)系｡當(dāng)碳原子數(shù)超過(guò)10達(dá)到12時(shí),體積膨脹達(dá)到最大值｡
目前,普遍使用的陽(yáng)離子表面活性劑是十二烷基三甲基溴化銨,由此得到的有機(jī)土在柴油中分散性良好;但抗溫能力有限,在高溫下會(huì)發(fā)生分解｡傳統(tǒng)的有機(jī)土是粘土與季銨鹽反應(yīng)而成,這種有機(jī)土有兩方面的缺點(diǎn):季銨鹽與粘土的結(jié)合力不夠強(qiáng),導(dǎo)致在高溫下季銨鹽解析;季銨鹽多采用十二烷基三甲基溴化銨或十二烷基芐基二甲基溴化銨,根據(jù)形成乳狀液的定向楔型理論,形成并穩(wěn)定W/O乳狀液,要求表面活性劑極性基團(tuán)截面積與非極性基團(tuán)截面積之比應(yīng)小于1,也就是要求d極/d非<1｡而十二烷基三甲基溴化銨或十二烷基芐基二甲基中極性基半徑與非極性基半徑之比大于1,它從粘土表面的解吸進(jìn)入W/O乳狀液中不利于乳狀液穩(wěn)定｡
2抗高溫有機(jī)土XNORB的研制
2.1 研制思路
為了克服有機(jī)土抗溫能力有限的問(wèn)題,1993年,俄羅斯鉆井技術(shù)研究院提出了制備有機(jī)土的新方法,該方法從以下兩方面進(jìn)行改進(jìn):
(1)優(yōu)選使用有利于W/O乳狀液穩(wěn)定的季銨鹽,季銨鹽具有如下分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn):d極/d非=0.53~0.74｡
(2)引入螫合劑｡在粘土親油化過(guò)程中,螫合劑吸附在粘土粒子表面和季銨鹽的親油端,起螯合,加固季銨鹽和粘土之間結(jié)合的作用｡由于螫合劑的作用提高季銨鹽在粘土上的吸附穩(wěn)定性,削弱季銨鹽在高溫下的解吸作用,保證在高溫下吸附量｡
采用這種方法制成的有機(jī)土在油中的分散性進(jìn)一步提高,并提高W/O乳狀液的電穩(wěn)定性｡影響產(chǎn)品性能因素有粘土的水化分散性､螫合劑種類加量､季銨鹽的種類和加量以及加入方式和反應(yīng)條件等｡
2.2 制備方法
制備XNORB的關(guān)鍵是優(yōu)選使用有利于W/O乳狀液穩(wěn)定的季銨鹽和螫合劑｡根據(jù)形成乳狀液的定向楔型理論,形成并穩(wěn)定W/O乳狀液,要求表面活性劑極性基團(tuán)截面積與非極性基團(tuán)截面積之比應(yīng)小于1,即d極/d非<1｡據(jù)此所選用的季胺鹽具有d極/d非=0.53~0.74分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)｡螫合劑選用一種兩親的胺化合物｡XNORB的制備步驟如下:
(1)粘土充分分散于水中配制成粘土懸浮體,水溫60~
(2)在攪拌狀態(tài)下緩慢向粘土懸浮體中加入螯合劑和季銨鹽水溶液,攪拌60min待離子交換吸附反應(yīng)充分進(jìn)行,形成有機(jī)土｡
(3)分離有機(jī)土､干燥､研磨即得產(chǎn)品｡
3有機(jī)土的性能對(duì)比評(píng)價(jià)
收集了兩種國(guó)產(chǎn)有機(jī)土(有機(jī)土､有機(jī)陶土)和美國(guó)M—I泥漿公司的有機(jī)土(VG—69),對(duì)它們?cè)谟椭械脑鞚{能力和對(duì)W/O乳狀液穩(wěn)定性的影響進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)和分析｡
3.1 有機(jī)土在白油中的造漿能力
基油是廣東茂名石化廠出產(chǎn)的5#白油｡在白油中加入6%的有機(jī)土,在高速攪拌器中攪拌20min,室溫下測(cè)性能;懸浮體在
注:有機(jī)土加量6%,
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,四種有機(jī)土在白油中的造漿能力不強(qiáng),表現(xiàn)在表觀粘度比純白油略高,動(dòng)切應(yīng)力小,無(wú)靜切力,濾失量特大｡相對(duì)而言,XNORB在白油中的增粘效果最好,VG—69效果次之,說(shuō)明XNORB､VG—69在白油中的分散效果最好｡
3.2 有機(jī)土在柴油中的造漿能力
按同樣的方法評(píng)價(jià)各種有機(jī)土在0#柴油中的造漿能力｡實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2｡通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),有機(jī)土和有機(jī)陶土在柴油的造漿能力比VG—69要差｡突出的表現(xiàn)在經(jīng)過(guò)
對(duì)比表1和表2,能明顯看到同一種有機(jī)土在白油和柴油中相差極大,在柴油中各種有機(jī)土的分散性比白油中好得多｡柴油中有機(jī)土的懸浮體在粘度切力等方面明顯大于白油的懸浮體;而在濾失量方面,柴油懸浮體則小得多｡主要是白油的芳烴含量低,有機(jī)土在其中分散效果不良造成的｡只有XNORB在兩種油中相差不大｡
3.3 有機(jī)土對(duì)油包水乳狀液的影響[4]
把有機(jī)土加入油包水乳狀液中考查乳狀液性能的變化｡乳狀液配方為270ml柴油+3%有機(jī)土+4%乳化劑XNEMUL+30mlCaCl2鹽水;陳化條件是
注: 表示陳化后有泥球且攪不散
從表3可知,國(guó)產(chǎn)有機(jī)土和有機(jī)陶土加入乳狀液中高溫陳化后破乳電壓很低,國(guó)產(chǎn)有機(jī)土和有機(jī)陶土所配油包水乳化泥漿經(jīng)高溫陳化后有泥球形成,攪拌泥球不能分散,說(shuō)明國(guó)產(chǎn)有機(jī)土的抗溫性能較差,高溫下發(fā)生嚴(yán)重解吸,并且對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響｡而VG—69在W/O乳化泥漿中形成很小的泥球,但攪拌易分散,說(shuō)明VG—69在高溫下只有少量解吸,對(duì)乳狀液穩(wěn)定性影響不大｡XNORB則基本上沒有泥球,表明XNORB在
泥球形成的主要原因在于,乳狀液在高溫陳化過(guò)程中,季銨鹽從土上解吸,導(dǎo)致兩方面的惡果,一方面使親油性有機(jī)土變?yōu)橛H水性;另一方面,解吸出來(lái)的季銨鹽不利于乳狀液的穩(wěn)定,加快甚至直接破壞乳狀液,使水珠變大析出｡析出的水與親水性土發(fā)生水化作用產(chǎn)生水化膨脹,但又不能分散在油中,從而形成泥球｡
4結(jié)論
(1)優(yōu)選d極/d非=0.53~0.74的季銨鹽,采用螯和技術(shù),合成了一種新型的抗高溫有機(jī)土XNORB｡
(2)在白油和柴油中XNORB的增粘和降濾失效果好,且在兩種油中相差不大,其性能明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)有機(jī)土､有機(jī)陶土,與美國(guó)產(chǎn)品VG—69的效果相當(dāng)｡
(3)能在
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