钻井液处理剂受CO_(2)及盐膏污染机理研究.pdf

总第2 13期2023年第8 期科研与开发摘要：针对钾聚磺钻井液体系受CO2及盐膏污染后性能无法满足现场施工要求的问题，本文针对其污染机理展开室内模拟研究。以“基浆+处理剂”体系为研究对象，研究污染前后的流变、滤失性能，结果表明KPAMJD-6、LS-2较差,RSTF较为稳定；对处理剂水动力学半径及处理剂在黏土上的吸附情况进行分析,结果表明CO2及盐膏污染机理在于压缩了处理剂的扩散双电层，影响与黏土结合，进而使得处理剂有效浓度降低，导致体系性能变差。KPAMJD-6、L S-2 因耐盐性能较差导致抗污染能力弱,RSTF因其优异的抗盐性能使其抗污染能力强。通过以上研究，为钾聚磺钻井液体系配方的构建及优化提供了参考。关键词：钻井液处理剂；CO,污染；盐膏污染；水动力学半径；竞争吸附中图分类号：TE254.3开采过程中，由于地层条件的复杂导致钻井液体系经常会不同程度地受到盐膏、CO2等多种介质污染，污染介质侵人钻井液体系内会导致钻井液流变性能和滤失性能变差,无法满足开采要求，延长钻井周期、增大钻井成本。面对钻井液受盐膏污染,许多学者展开了研究2-8,但多数学者采用体系替换的方法，如舒义勇等采取更换钻井液体系的方法，在ZQ2井高压盐膏层采用水基钻井液相关技术有效地解决当地问题2 ;李志勇等发明了一套盐膏层强抑制高密度钻井液体系，结合现场维护技术措施，将盐膏层钻井成功率提高至95%以上3;王磊磊等针对伊拉克区块的地层高盐的特点,研发出BH-WEI和BH-KSM两套抗盐膏污染能力强的钻井液体系并成功应用,创下了多项纪录4。面对钻井液受CO2污染等问题,不同学者针对不同的方向展开研究9-13,吴俊等从污染来源等方面总结了相关维护方法，在新疆塔河TP263井中通过额外加人处理剂来解决污染问题9；陈馥、艾加伟等根据污染机理提出了处理建议并在XX46-X1等受CO2污染井进行维护处理，满足了工程需要10-1;杨勇等分析CO,污染钻井液的影响因素及受CO2污染钻井液的特点,提出若钻井液被严重污染时可使用 CaCl,进行处理12 。通过调研文献发现，在钻井液体系受盐膏及CO2污染时，绝大多数学者都是针对钻井液体系进行优化2,5,很少有人单独对“基浆+处理剂 体系展开研究，因此为解决钻井液抗污染性能差的问题，本文通过对“基浆+处理剂”体系的黏土水化程度、处理剂水动力学半径变化及处理剂在黏土上的吸附情况进行收稿日期：2 0 2 2-11-0 2基金项目：中国博士后科学基金（2 0 18 M631100）；四川省科技计划项目（2 0 2 1YFG0112）作者简介：李茂森，男，196 4年出生，毕业于重庆科技学院，高级工程师，从事钻井液技术研究相关工作。*通讯作者：范劲，男，198 9年出生，毕业于中国石油大学（北京），工程师，从事钻井液技术研究相关工作。山西化工Shanxi Chemical Industry钻井液处理剂受CO2及盐膏污染机理研究李茂森，徐晨阳，范劲，郑存川（1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司，四川成都6 10 0 51；2.西南石油大学化学化工学院，四川成都6 10 50 0）文献标识码：A分析,得到钻井液处理剂受CO2及盐膏污染机理，1实验部分1.1实实验原料及仪器1.1.1实实验药品膨润土;RSTF、JD-6、L S-2、K PA M;配浆水,取自钻井现场;NaCI、Ca Cl 2、Na z CO 3、Na O H、K Cl,成都市科隆化学品有限公司。1.1.2实验仪器高速搅拌器、六速旋转黏度计、中压失水仪、高温高压滤失仪、滚子加热炉，青岛恒泰达有限责任公司；高速离心机，湖南凯达科学仪器有限公司；激光散射系统，美国美国布鲁克海文仪器公司；紫外可见漫反射分光光度计，美国铂金埃尔默仪器有限责任公司。1.1.3实验配方基浆预水化：40 0 g配浆水+12 g膨润土+0.7 2 gNa2CO30钻井液配方：膨润土浆+NaOH+KPAM+LS-2+RSTF+JD-6+KCl+加重剂。钻井液老化：16 0 下热滚16 h。模拟污染量：Cl为10 0 0 0 0 mg/L;C0为50 0 0 mg/L;Ca2+为10 0 0 mg/L。（其中,盐膏污染采取 NaCl、Ca Cl 模拟,CO2污染采取Na2CO3模拟）。1.2实验方法1.2.1“基浆+处理剂 体系抗污染能力实验研究首先配制“基浆+处理剂”体系，水化完成后进行污染并高速搅拌40 min，测试污染及老化前后该体系流变、滤失性能。流变、滤失性能的测试方法参考GB/T16783.1一2 0 14钻井液现场测试第1部分：水Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.001文章编号：10 0 4-7 0 50(2 0 2 3)0 8-0 0 0 1-0 3山西化工第43卷基钻井液14。1.2.2处理剂水动力学半径实验研究首先将处理剂按配方中加量并溶解，高速搅拌20min充分溶解后进行污染并继续高速搅拌2 0 min，污染后制备样品通过激光散射系统(DLS)测试处理剂的水动力学半径。1.2.3处理剂在黏土上的吸附影响研究首先按照要求配制“基浆+处理剂”体系，水化完成后进行污染并高速搅拌40 min，然后使用紫外分光光度计对污染前后体系中压滤失的滤液进行测试。2结果与讨论2.1“基浆+处理剂 体系抗污染性能实验研究本实验采取模拟污染进行研究，通过分析“基浆+处理剂”体系污染及老化前后流变、滤失性能的变化情况,以研究CO,及盐膏的影响。2.1.1“基浆+处理剂 未受污染性能研究由表1可知，“基浆+处理剂 体系未被污染时，3种降滤失剂的降滤失能力为RSTFLS-2JD-6,降滤失剂JD-6的抗温性能较差，老化后滤饼虚厚导致失水较高。表1“基浆+处理剂 体系未被污染时的性能测试结果种类条件PVI(mPa/s)老化前3基浆老化后8老化前6基浆+KPAM老化后5老化前4基浆+JD-6老化后8老化前10基浆+LS-2老化后8老化前6基浆+RSTF老化后62.1.2“基浆+KPAM体系抗污染性能研究由表2 可知，“基浆+KPAM”体系面对污染时的抗污染能力均较差,受NaCl、Na C l+Na z C O,以及 NaCl+CaCl2污染后抗温、滤失性能变差导致滤饼虚厚、蓬松,失水增加。2.1.3“基浆+JD-6体系抗污染性能研究由表3可知，“基浆+JD-6”体系中,NaCl的污染对体系老化前的性能影响较大，会导致滤饼上产生针眼以至于污染前后滤失失控;NazCO,污染过后动切力变化太大，产生的滤饼虚厚导致滤失过大。2.1.4“基浆+LS-2”体系抗污染性能研究由表4可知，“基浆+LS-2体系面对污染时，体系受NaCl污染后抗温性能的变差，导致老化后降滤失剂降滤失性变差，泥饼虚厚，滤失失控。表22“基浆+KPAM体系抗污染性能测试结果污染介质条件PVIYP/Pa(mPa/s)(mPa/s)切力老化前6无老化后5老化前4NaCl老化后3老化前6Na,CO,老化后3老化前4CaCl2老化后3老化前7NaCl+Na,CO;老化后2老化前10NaCl+CaCl2老化后3表3“基浆+JD-6体系抗污染性能测试结果PVI初终污染介质条件(mPa/s)YP/Pa(mPa/s)切力FLAn/mL老化前4无老化后8老化前1NaCl老化后1老化前4NaCO,老化后5老化前5CaCl2老化后4老化前3NaCl+Na,CO;YPIPaAVI(mPa/s)2521039044408414081706AVI390426031703261429134.41403AVI4808342348611494824初终FLAr/mL切力2/3140/035.51/2150/0145/618.50/079.61/87.50/020.81/14.70/06.4初终FLAn/mL1/2150/0140/164.51/097.51/112.50/020.51/210.50/016.51/1401/11221/121.61/1755/618.50/079.62/244.51/180.57/11173/1417/101815/5251/193老化后3老化前3NaCl+CaCl2老化后2表4“基浆+LS-2体系抗污染性能测试结果污染介质条件(mPa/s)PVIYP/Pa(mPa/s)AVI初终切力FLAn/mL老化前10无老化后8老化前11NaCI老化后9老化前9Na.CO,老化后8老化前10CaCl2老化后4老化前15NaCl+Na,CO;老化后6老化前10NaCl+CaCl老化后42.1.5“基浆+RSTF体系抗污染性能研究由表5可知，“基浆+RSTF体系被污染后体系较为稳定，滤失在可控范围内。2.2CO2及盐膏对处理剂的水动力学半径影响实验研究由图1可知,KPAM为聚丙烯酸钾，抗污染性能最差,这是因为遇到污染时其分子链受到不同程度的影响导致其卷曲,性能大幅降低;JD-6为改性酚醛树脂,性能较差,这是因为污染介质的加入压缩了树脂分子的双电层，降低了树脂分子之间产生的斥力，导11240716541796645414818101513145221516101/21/11/22/80/04/61/15/163/31/91/63/36/62/35/5819668.57.520.85.3655.5296.515.51823.517.2202023年第8 期李茂森，等：钻井液处理剂受CO2及盐膏污染机理研究表5“基浆+RSTF体系抗污染性能测试结果PVI初终污染介质条件(mPa/s)老化前6无老化后6老化前5NaCl老化后3老化前5NazCO;老化后3CaCl2老化前7老化后3老化前7NaCl+NaCO;老化后3NaCl+CaCl2老化前5老化后4900719800600200100600500100清水NaCINa.Co,Cacl.NaCl+Na.Co,Nacl+Cacl.污染类型1-31.S-2 污染前后图1处理剂水动力学半径受污前染后的实验数据图致分子聚集颗粒变大，直观表现为水动力学半径变大,降滤失效果降低;LS-2抗污染性能稍差,在污染离子的加入后中双电层会被压缩，分子链之间斥力变弱,从舒张变为蜷缩,导致水动力学半径增大,降滤失效果变差;RSTF抗污染性能较好,这是因为其本身由腐殖酸、丙磺酰胺改性而来,分子链上分布的磺酸基拥有较好的抗温抗盐性能,使其在面对单一污染和复合污染时所受影响较小，因此水动力学半径变化较小。2.3CO2及盐膏对处理剂在黏土上的吸附影响研究由图2 可知,在“基浆+JD-6中污染后与清水相比吸光度变化幅度较大，这是因为污染后离子压缩树脂分子的双电层，分子间斥力变差导致其聚并、颗粒变大,与黏土之间引力变差，与黏土结合量迅速降低，体现为处理剂有效浓度降低，未结合的JD-6无法发挥作用,从而影响了该体系的滤失及抗温性能；在“基浆+RSTF”中加人对应的污染介质发现与清水相比吸光度变化较小，这是因为RSTF分子链上分布的磺酸基相较污染离子在与黏土结合时拥有较好的吸附性，极大地降低了污染介质对处理剂有效浓度的影响,进而验证了在测试滤失性能时“基浆+RSTF体1.81.6AVIYP/Pa(mPa/s)切力1706490316031803411142715900800700u/600400300200100清水NaClNa,CO,Cacl,NaCl+Na.co,Nacl+Cacl,污染类型1-1KPAM污染前后1.41.2FLAp/mL141.21/64.70/06.45/640/011.50/64.80/05.20/450/042/580/1223/414.80/222清水NaCl1-2JD-6污染前后250200100501.00.80.60.60.40.40.20.0图2 CO,及盐膏对处理剂在黏土上的吸附影响数据图系拥有较为优异的抗污染性能的结果。3结论通过对以上研究的总结，得到以下结论：1)通过对流变滤失性能进行测试,实验发现“基浆+处理剂”体系在面对CO2及盐膏污染时，“基浆+KPAM体系、“基浆+JD-6体系及“基浆+LS-2体系污染较为严重，“基浆+RSTF体系则较为稳定；2)通过对“基浆+处理剂”体系的处理剂水动力Na.Co,Cacl.NaCl+Na.CO,Nacl+Cacl.污染类型清水NaCI1-4RSTF污染前后0.2清水Na.co,Cacl:NaCl+Na:00,NaClCacl;NaCI污染类型2-1JD-6污染前后学半径变化及处理剂在黏土上的吸附情况进行分析，实验发现CO2及盐膏污染的机理是污染介质的加人是压缩了处理剂的扩散双电层,进而显著地降低了处理剂在黏土上的吸附能力，使得处理剂有效浓度降低,导致体系性能变差。3)通过对处理剂水动力学半径研究，实验发现“基浆+KPAM体系、“基浆+JD-6体系及“基浆+LS-2”Na.co,Cacl,Naci+Na.Co,Nacl-Cacl体系抗污染性能差的原因是在于其中的处理剂耐盐污染类型性能较差,而“基浆+RSTF体系抗污染性能强是因为其中的处理剂腐殖酸丙磺酰胺共聚物(RSTF)优异的抗盐性能，保证分子在面对污染时能够很好地保持原性能。参考文献1鄢捷年.钻井液工艺原理M.东营：中国石油大学出版社，2 0 14.2舒义勇，孙俊，祝学飞，等.中秋区块ZQ2井盐膏层水基钻井液技术J.石油钻采工艺,2 0 19,41(6)：7 0 3-7 0 7.3李志勇，李春季，蓝强，等.大段盐膏层高密度盐水钻井液维护技术J.山东化工,2 0 2 0,49(17)：112-114.4王磊磊，董殿彬，刘云，等.伊拉克强抑制水基钻井液研究与应用C.2016年度全国钻井液完井液技术交流研讨会论文集，北京：石油工业出版社，2 0 16.5班和，郭杨栋，牛晓宁.吐哈油田雁木西大井眼盐膏层水平井钻井技术应用J.西部探矿工程，2 0 2 1,33（1)：42-44.6黄伟，王晓亮，杨晓榕，等.一种适于盐膏层大井眼固井的抗盐高强水泥浆：以巴西Libra油田为例J.长江大学学报（自然科版)，2020,17(5):42-48.7祝学飞，孙俊，舒义勇，等.ZQ2井盐膏层高密度欠饱和盐水聚磺钻井液技术J.钻井液与完井液，2 0 19,36(6)：7 16-7 2 0.8赵素娟.页岩油井深部膏盐层钻井液技术J1.石化技术，2 0 19,2 6(11):80-81.9吴俊，武虎彪，杨龙龙，等.钻井液受CO-、H C O;污染处理技术J.长江大学学报（自科版），2 0 16，13（2 6)：39-42.(下转第19 页)0.0清水NaCl2-2RSTF 污染前后Na.co,Cacl,Nacl+Na.Co,NaCl+Cacl.污染类型2023 年第 8 期张林庆，等：Mg-Mn牺牲阳极材料电流效率快速测定方法研究19Rapid Measurement of Current Efficiency of Mg-Mn Sacrificial Anode MaterialsZhang Linqing,Xue Huili(Shanxi Wenxi Yinguang Huasheng Magnesium Co.,Ltd.,Wenxi Shanxi 043800,China)Abstract:Through simple immersion test,the current efficiency of anode materials can be quickly determined according to the macroimmersion corrosion morphology.The results show that the current efficiency of Mg-Mn sacrificial anode material to be measured is morethan 50%,when both surfaces to be measured are bright.On the contrary,if one or two surfaces to be tested have white dots,the currentefficiency of Mg-Mn sacrificial anode material to be tested is less than or equal to 50%.This has successfully solved the technical problemthat the current efficiency of existing Mg-Mn sacrificial anode materials is relatively slow,improved the production efficiency,and promotedthe batch production of high potential Mg-Mn sacrificial anode materials.Key words:Mg-Mn;sacrificial anode;current efficiency;immersion(上接第3页）10陈馥,杨媚,艾加伟,等.水基钻井液CO,污染的处理J.钻井液与完井液,2 0 16,33(6)：58-6 2.11艾加伟.水基钻井液CO,污染机理及处理技术研究D.成都：西南石油大学,2 0 15.12杨勇,赵娜.钻井液CO,污染的预防及处理J.中国石油和化工标准与质量,2 0 12,32(Supple1):41-42.Research on the Mechanism of CO2 and Salt Paste Pollution on Drilling Fluid Treatment(1.Drilling Fluid Technology Service Company of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co.,Ltd.,Chengdu Sichuan 610051,China;2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Southwest PetroleumAbstract:In response to the problem that the performance of potassium polysulfonate drilling fluid system cannot meet the on-siteconstruction requirements after being contaminated by CO,and salt paste,this article conducts indoor simulation research on its pollutionmechanism.Taking the base slurry+treatment agent system as the research object,the rheological and filtration properties before and afterpollution were studied.The results showed that KPAM,JD-6,and LS-2 were poor,while RSTF was relatively stable.The analysis of thehydrodynamic radius of the treatment agent and the adsorption of the treatment agent on the clay shows that the mechanism of CO,and saltpaste polution lies in compressing the diffusion double layer of the treatment agent,affecting its binding with the clay,thereby reducing theeffective concentration of the treatment agent and leading to poor system performance.KPAM,JD-6,and LS-2 have weak anti pollutionability due to poor salt resistance,while RSTF has strong anti pollution ability due to its excellent salt resistance.The above researchprovides a reference for the construction and optimization of the potassium polysulfonate drlling fluid system formula.Key words:driling fluid treatment agent;CO2 pollution;salt paste pollution;hydrodynamic radius;competitive adsorption13向朝纲,陈俊斌，王龙.CO,对高密度水基钻井液性能影响规律及机理分析J.钻井液与完井液,2 0 18,35(5)：2 6-30.14中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.石油天然气工业钻井液现场测试第1部分水基钻井液：GB/T16783.12014/ISO10414-1:2008S.北京：中国标准出版社，2 0 14.AgentsLi Maosen,Xu Chenyang,Fan Jin,Zheng Cunchuan?University,Chengdu Sichuan 610500,China)(上接第16 页）Study on the Process Parameters of Preparing Titanium Dioxide Powder for Decorative Paperwith Phosphorus Aluminum Double Layer CoatingWang Liping,Xu Ran(Longbai Group Co.,Ltd.,Jiaozuo Henan 454006,China)Abstract:The process parameters of preparing titanium dioxide for decorative paper using phosphorus aluminum double layer coating werestudied.Determine the optimal treatment agent phosphate C+sodium metaaluminate,the optimal process parameters are:1.0%PO,addition,1.0%first layer coated aluminum addition,5.0%total coated aluminum addition,and 6.0 second layer coated aging pH.Theretention rate of titanium dioxide prepared under this process is 90.02%,and its light resistance is excellent/E 0.33,SEM a n d s u r f a c eelement analysis show that the phosphorus aluminum double-layer coating titanium dioxide has a large coating thickness and good coatingintegrity,making it an ideal titanium dioxide for decorative paper.Key words:titanium dioxide;phosphorus aluminum coating;retention rate;light resistance