聚合醇钻井液体系的研究与应用

论文题目：聚合醇钻井液体系的研究与应用班级：应化S131

学号：201371247

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聚合醇钻井液体系的研究与应用

[摘要]：综述了聚合醇作为水基钻井液处理的开发背景，国外现有聚合醇主要剂种的化学结构及推荐用途，聚合醇的主要物化性质溶解性和浊点，聚合醇的抑制机理（浊点效应，协同效应，渗透机理，吸附机理）。以及国外几种应用效果良好的聚合醇钻井液体系。

[关键词]：聚合醇；钻井液处理剂；抑制润滑剂；水基钻井液；抑制机理；聚合醇钻井液体系聚合醇钻井液自80年代末提出，至今已得到了较大的发展和广泛的应用，最早主要用于钻井液防泥包、润滑防卡等。通过对其特性的研究，其在稳定井壁、保护油层、协调钻井液与环境之间的矛盾方面也发挥了作用。美国贝克·休斯INTEQ公司认为，聚合醇钻井液的作用效果与其浊点有直接关系，要充分发挥聚合醇钻井液的特性，必须根据不同井深及地层特性优选出不同浊点温度的聚合醇，配制相应的钻井液体系。在我国，江汉石油学院于90年代初研究开发出聚合醇产品和聚合醇钻井液体系，在渤海油田得到广泛应用，在安全快速钻井、保护油层和保护环境等方面均取得良好的效果，继之在南海油田得到了推广应用。到目前为止已成功钻成各类深井、大斜度大位移井及水平井数百口。随着石油勘探开发区域的拓宽，深井、大斜度大位移井及环境敏感地区和低压低渗油藏的钻井数量大幅度增加，钻井液技术所面临的安全快速、油层保护等问题更加突出。针对河南油田深井、大斜度井、水平井钻井的井壁稳定、润滑防卡问题，河南油田研究出聚合醇一两性聚合物钻井液体系和聚合醇一钾基聚磺钻井液体系，针对低压低渗油藏的油层保护问题，研究出聚合醇一KCI聚合物钻井液体系，先后在两口不同井型的生产中进行了先导性试验，对安全快速钻井，减少井下复杂情况，保护油层方面发挥了积极作用，初步取得了良好的效果。

聚合醇也被称为多元醇、复合醇，是90年代初发展起来的一种新型水基钻井液添加剂，兼具易维护、易降解、无荧光、与其他处理剂配伍性好等特点，被看作是协调钻井工程技术、储层保护技术与环境保护需要之间矛盾的产物，是逆乳化钻井液和高电解质体系的取代产品，是钻井液水基处理剂研究中的新秀。为进一步扩展该处理剂的应用，国外科研人员对聚合醇的应用机理和体系进行了探索；我国也在近年来开展了研究，有一些产品投入实际应用，取得了良好的技术效果和经济效益。本文介绍聚合醇用作水基钻井液处理剂的由来、种类、机理以及现有体系。

1 聚合醇用作水基钻井液处理剂的背景

自上世纪90年代以来，随勘探领域逐渐向恶劣地区扩展，钻探地区日趋复杂，井壁失稳造成的钻井速度下降、钻井成本升高的现象屡见不鲜。同时期发展起来的水平井、定向井、大位移井等新型钻井技术又对钻井液体系的抑制性、润滑性提出了更高的要求。这使得常规水基钻井液体系的应用受到了限制，不得不采用油基钻井液完成深井、海洋井、大位移井的钻探。油基钻井液对环境污染大。荧光级别高，配制维护要求严格，易着火，在环境保护日益严格的情况下，逐渐丧失其竞争优势。为此．科研人员将开发重点转移至研制新型水基钻井液体系，使该体系具备油基钻井液良好的抑制性和润滑性，同时具备水基钻井液与环境友好、易维护、价格低的长处，即开发一种集抑制性、润滑性、环境友好性、油层保护性等多

种功能于一身的新型水基钻井液体系。1940年Cannon首次用30％的乙二醇和丙三醇成功地解决了水敏地层的页岩膨胀问题，使我们对多羟基物质的抑制机理有了初步的认识。事隔50年后科研工作者重新对羟基、氢键在抑制页岩水化分散中的作用进行了研究。在减少用量、降低成本思路的指导下，把关注的焦点移向与乙二醇和丙二醇具有相似化学结构的乙氧基或丙氧基齐聚物，即低聚的聚氧乙烯醚和聚氧丙烯醚。近年来又扩展至以多种功能团为起始基的环氧乙烷环氧丙烷共聚物，产品形式和用途日益广泛，成为一类新型水基钻井液添加剂。作为处理剂，聚台醇的优势在于：在抑制粘土水化分散的同时，对钻井液流变性影响较小，便于钻井液的日常维护(而常用的无机盐抑制剂或阳离子抑制剂对钻井液流变性影响较大)，在赋予体系以较好的润滑性的同时不显荧光，对地质录井、测井不造成干扰(而常用的油基润滑剂荧光较强)，还可抑制天然气水合物的形成并具有保护油气层的功效。

2 聚合醇及钻井液特性

聚合醇是低碳醇与环氧烷的低聚物，是一类非离子表面活性剂，常温下为乳状浅黄色液体，溶于水，其水溶性受温度的影响很大，当温度升到一定程度时，聚台醇从水中析出，这时的温度称为聚合醇的浊点温度，当温度低于浊点时，聚台醇又恢复其水溶性。聚合醇钻井液的设计主要是利用它的浊点特性。在钻井过程中，随着井深的增加，井下温度逐步上升，由于温度的变化，聚合醇钻井液发生了如下变化：①低于浊点温度时，呈水溶性，其表面活性使它吸附在钻具和固体颗粒表面，形成憎水膜，阻止泥页岩水化分散，稳定井壁，改善润滑性，降低钻具扭矩和摩阻，防止钻头泥包，稳定钻井液性能并能有效控制压力传递。②当高于其浊点温度时，聚合醇从钻井液中析出，粘附在钻具和井壁上，形成类似油相的分子膜，从而使钻井液的润滑性大大增强；同时由于泥饼的形成，封堵岩石孔隙，阻止滤液渗入地层，实现稳定井壁的作用。钻井液从井底返至地面时，因温度逐步降低(从高于浊点温度降到低于浊点温度)，聚合醇又恢复其水溶性，避免被震动筛筛除。聚合醇与氧化沥青处埋剂复合可用于防塌，它们的作用方式是：低于聚合醇浊点温度时，聚合醇可使氧化沥青充分分散在钻井液中；当高于聚合醇浊点温度时，聚合醇从钻井液中析出，此时，失去了对氧化沥青的乳化分散作用，氧化沥青与聚合醇同时从钻井液中析出，吸附在井壁上，起到封堵、填充微裂缝的作用，起到了协同防塌的作用。聚合醇钻井液之所以具有好的保护油层效果，主要源于以下几点：1聚合醇能提高滤液的液相粘度，使滤失量降低；2达到浊点温度时，聚合醇具有封堵微孔隙的作用；3与钾离子的协同作用，增强对粘土的水化抑制能力。

2.1聚合醇特性

聚合醇为非离子型低分子聚合物,为乙二醇-丙二醇嵌段共聚物,其性能显著受各链段长度的影响,具有一般聚合物的特性,也具有非离子型表面活性剂的一般特征.

2．1．1浊点效应

浊点（CPT）是指非离子型表面活性剂质量百分数为1.0%的水溶液受热变浑浊或冷却变澄清时对应的温度.浊点受聚合醇质量百分数、无机处理剂、有机高分子处理剂等的影响.研究表明：随聚合醇质量百分数增大,浊点降低。随无机盐加量增加,浊点逐渐降低,随有机处理剂质量百分数增加,浊点先升高而后逐渐降低.

2．1．2对粘土的吸附特性