vispac-12钻井液增黏剂反相乳液的性能研究

陈 林，李 炜，张 品，曾晓武，吴宝祥，武 文.

(延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安 717600)

在钻井过程中，为保证低固相下的钻井液具有较高的黏度及良好的流变性，通常需添加增黏剂来提高钻井液的黏度，这样不仅可以改善钻井液的流变性，而且有利于稳定井壁。

聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，简称PAM)是丙烯酰胺均聚或与其他单体共聚而成的质量分数在50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称[1-4]。由于其结构单元中含有酰胺基，易于形成氢键，因此具有良好的水溶性。PAM相对分子量高(103～107)，水溶性好，可以通过调节分子量或引进各种基团得到具有特定性能的多种分子。钻井液用PAM为线形高分子量产物，具有很强的增黏能力，且由于分子链上含有易与水形成氢键的酰胺基，亲水性强，水化后具有较大的水动力学体积。由于分子链不具有刚性，很容易受溶液中的盐、溶液的温度等条件的影响，故PAM及部分水解PAM在实际应用时会存在一些缺陷，比如：超高分子量聚合物难溶解，且易剪切降解；高温降解严重；长期放置易老化。这些缺陷影响了PAM的广泛应用[5-7]。

PAM反相乳液韦斯派克-12(简称vispac-12)是以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)为单体，通过反相微乳液聚合合成的性能良好的钻井液增黏剂。

本文主要研究工业用PAM反相乳液vispac-12在钻井液中的滤失量、表观黏度、塑性黏度、动切力等流变性参数，观察其流变性，并对其在钻井液中的耐温耐盐性能进行测定[7-10]。

(1)在淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆、复合盐水基浆中分别加入1%、2%、3%的vispac-12，测其流变性。

(2)在淡水基浆中测vispac-12的耐温性，分别经过130 ℃、150 ℃热滚后，观察去流变性和滤失量，判断聚合物是否破坏。

(3)在盐水基浆、饱和盐水基浆、复合盐水基浆中分别加入1%、2%、3%的vispac-12，并分别经过130 ℃热滚后，观察去流变性和滤失量，判断聚合物是否破坏，测其耐盐性。

1 试验部分

1.1 基浆的配制

量取400 mL蒸馏水置于杯中，加入0.96 g无水碳酸钠及16 g钻井液试验用的钙膨润土。用高速搅拌器搅拌20 min后，于25±3 ℃下密闭养护24 h，在高速搅拌5 min后，按SY/T 5621《钻井液现场测试 第1部分：水基钻井液》的规定测定基浆性能[11]。

1.2 在淡水基浆中的性能测定

1.2.1 常温下的性能测定

取4杯基浆，分别向基浆中加入0、1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

1.2.2 高温下的性能测定

取3杯基浆，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12。用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，然后放入滚子炉中，在130 ℃恒温滚动16 h后，取出样品放至室温，再高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

改变滚子炉中的温度为150 ℃，重复上述试验。

1.3 在盐水基浆中的性能测定

1.3.1 常温下的性能测定

取3杯基浆，加入16 g氯化钠，高速搅拌20 min，于室温下养护24 h，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

1.3.2 高温下的性能测定

取3杯基浆，加入16 g氯化钠，高速搅拌20 min，于室温下养护24 h，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，然后放入滚子炉中，在130 ℃恒温滚动16 h后，取出样品放至室温，再高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

1.4 在饱和盐水基浆中的性能测定

1.4.1 常温下的性能测定

取3杯基浆，加入130 g氯化钠，高速搅拌20 min，于室温下养护24 h，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

1.4.2 高温下的性能测定

取3杯基浆，加入130 g 氯化钠，高速搅拌20 min，于室温下养护24 h，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，然后放入滚子炉中，在130 ℃恒温滚动16 h后，取出样品放至室温，再高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

1.5 在复合盐水基浆中的性能测试

1.5.1 复合盐水基浆的配制

复合盐水基浆：在1 L蒸馏水中加入45 g氯化钠、5 g无水氯化钙、13 g氯化镁、150 g钙膨润土和9 g无水碳酸钠，高速搅拌20 min，于室温养护24 h。

1.5.2 常温下的性能测定

取3杯复合盐水基浆，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

1.5.3 高温下的性能测定

取3杯复合盐水基浆，分别向基浆中加入1%(4 g)、2%(8 g)、3%(12 g)的vispac-12，用电动搅拌器搅拌4 h后，于25±3 ℃下密闭养护24 h。之后高速搅拌5 min，然后放入滚子炉中，在130 ℃恒温滚动16 h后，取出样品放至室温，再高速搅拌5 min，按SY/T 5621的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力及滤失量。

2 试验结果与讨论

2.1 vispac-12在淡水基浆中的性能测定

表1 淡水基浆中流变性和滤失量随vispac-12加量的变化Table 1 The changes of rheological properties and filtration loss in freshwater base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—滤失量；AV—表观黏度；PV—塑性黏度；YP—动切力。热滚为130 ℃。

由表1可知，在淡水基浆中，基浆的表观黏度是11 mPa·s，加入1%的vispac-12后其表观黏度增加为25 mPa·s，表现出良好的增黏效果。当vispac-12的加量为2%时，基浆的表观黏度增加到48 mPa·s，已经满足增黏剂用钻井液所需。当vispac-12的加量为3%时，基浆的表观黏度已经达到62.5 mPa·s，这说明vispac-12的增黏效果很好，具有很好的增黏能力。热滚130 ℃，vispac-12加量为2%的基浆就能达到基本要求，说明vispac-12在淡水基浆中有良好的耐温效果。而滤失量由vispac-12加量1%的22 mL到vispac-12加量2%的13 mL，滤失量减少，说明该基浆的降滤能力较好，基本上已经达到钻井液用增黏剂所需。

2.2 vispac-12在盐水基浆中的性能测定

表2 盐水基浆中流变性和滤失量随vispac-12加量的变化Table 2 The changes of rheological properties and filtration loss in saltwater base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—滤失量；AV—表观黏度；PV—塑性黏度；YP—动切力。热滚为130 ℃。

由表2可知，在盐水基浆中，加量1% vispac-12的基浆的表观黏度为10 mPa·s、塑性黏度为8 mPa·s、动切力为2 Pa；加量2%vispac-12的基浆的表观黏度为20 mPa·s、塑性黏度为11 mPa·s、动切力为9 Pa。由于基浆的表观黏度比较小，因此没有进行热滚和滤失量的测定。加量3%vispac-12的基浆已经达到钻井液的性能要求，其表观黏度为28 mPa·s、塑性黏度为20 mPa·s、动切力为8 Pa，热滚130 ℃后基浆的表观黏度为21 mPa·s、塑性黏度为17 mPa·s、动切力为4 Pa，滤失量是24 mL。

2.3 vispac-12在饱和盐水基浆中的性能测定

表3 饱和盐水基浆中流变性和滤失量随vispac-12加量的变化Table 3 The changes of rheological properties and filtration loss in saturated saltwater base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—滤失量；AV—表观黏度；PV—塑性黏度；YP—动切力。热滚为130 ℃。

由表3可知，在饱和盐水基浆中，加量1%vispac-12的基浆的表观黏度为19 mPa·s、塑性黏度为13 mPa·s、动切力为6 Pa；加量2%vispac-12的基浆的表观黏度为29 mPa·s、塑性黏度为11 mPa·s、动切力为7 Pa；加量3% vispac-12的基浆的表观黏度为39 mPa·s、塑性黏度为30 mPa·s、动切力为9 Pa。3种加量均基本达到钻井液性能所需。热滚130 ℃后，基浆的表观黏度为20 mPa·s、塑性黏度为11 mPa·s、动切力为9 Pa，仍达到钻井液性能所需，说明vispac-12具有较好的耐温耐盐效果。

2.4 vispac-12在复合盐水基浆中的性能测定

表4 复合盐水基浆中流变性和滤失量随vispac-12加量的变化Table 4 The changes of rheological properties and filtration loss in the composite brine base slurry with the increasing amount of vispac-12

注：FL—滤失量；AV—表观黏度；PV—塑性黏度；YP—动切力。热滚为130 ℃。

由表4可知，在复合盐水基浆中，基浆的表观黏度为10 mPa·s、塑性黏度为4 mPa·s、动切力为6 Pa；加量1% vispac-12的基浆的表观黏度为19 mPa·s、塑性黏度为9 mPa·s、动切力为10 Pa，说明在复合盐水基浆中，vispac-12加量少许就有很好的增黏效果。加量2%vispac-12时，基浆已经达到钻井液性能要求，其表观黏度为36 mPa·s、塑性黏度为27 mPa·s、动切力为9 Pa。这说明vispac-12具有较好的增黏效果和耐温耐盐性。

2.5 vispac-12耐温性的测定

由表5可知，在淡水基浆中，加量1%vispac-12的基浆的表观黏度为25 mPa·s，已达到钻井液性能所需。加量2%vispac-12的基浆在130 ℃热滚后的表观黏度为31 mPa·s，已达到钻井液性能基本要求；热滚150 ℃后，vispac-12的加量仍然使基浆基本达到钻井液性能所需。加量3% vispac-12，热滚前，基浆的表观黏度为63 mPa·s、塑性黏度为34 mPa·s、动切力为29 Pa；热滚130 ℃时，基浆的表观黏度为45 mPa·s、塑性黏度为36 mPa·s、动切力为9 Pa，滤失量为12 mL；热滚150 ℃时，基浆的表观黏度为37 mPa·s、塑性黏度为28 mPa·s、动切力为9 Pa，滤失量为15 mL，表观黏度下降很少，而滤失量下降较多，这说明vispac-12确实有很好的耐温效果。

表5 淡水基浆中不同热滚温度下流变性和滤失量随vispac-12加量的变化Table 5 The variation of rheological properties and filtration loss in freshwater under different hot rolling temperature with the increasing amount of vispac-12

注：FL—滤失量；AV—表观黏度；PV—塑性黏度；YP—动切力。热滚为130 ℃。

3 结论

(1)本文通过对含不同加量的反相乳液vispac-12的基浆的流变性和滤失量的测定及其耐温、耐盐性的研究，得出了vispac-12的增黏好，有利于调整合适的钻井液流变性，提高钻井液携带岩屑、清洗井眼的能力；其耐温耐盐效果好，抗高温稳定性强，可用于深井勘探开发。

(2)在淡水基浆中，随加入的反相乳液vispac-12的量的变化，滤失量明显变化，说明vispac-12的降滤能力较好，有利于保持和提高黏土颗粒的含量，形成致密的泥饼，巩固井壁和防止卡钻事故发生。

(3)反相乳液vispac-12在盐水基浆、饱和盐水基浆、复合盐水基浆中也有很好的增黏效果，基本上加量3%vispac-12的基浆的表观黏度都能达25 mPa·s以上。

这些结果表明，反相乳液增黏剂具有较好的增黏、降滤失能力，耐温耐盐性能好，反相乳液在实际油田应用中会有很好的效果，满足更多复杂情况下钻井用钻井液的要求。

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