聚醚多元醇在鉆井液中的研究進展論文

新型聚醚多元醇研究進展

　　1國外鉆井液用聚醚多元醇研究進展

　　20世紀90年代初，國外有關商業公司爭先恐后地開發多元醇類添加劑，目前，多元醇添加劑的商品牌號已達上百種。如Anchor公司生產的ANCO2001、AVA公司生產的AVAGLYCO抗高溫多元醇系列、BHInteq公司生產的AQUA-COL多元醇系列、BP公司生產的DCP聚丙烯多元醇系列、Briod公司生產的GEM系列、M-I公司生產的GLYDRIL系列，等。國外對多元醇的研究始于1940年CannonG.E.等人[2]使用30%的乙二醇和丙三醇成功地解決了水敏地層的頁巖膨脹問題，隨后發展了與乙二醇和丙二醇具有相似化學結構的聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚、脂肪醇聚氧丁烯醚、以及以多羥基官能團為起始基的聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物，近年來又擴展至在聚氧烯共聚物上引進不同基團，形成一些新型的聚醚衍生物。美國亨斯邁化工公司KleinHR等人[3]為解決使用無機鹽抑制劑造成的鉆井液絮凝、濾失量變大，有毒性等問題，研究了1種聚氧乙烯聚氧丙烯醚胺，作為一種良好的黏土抑制劑，且不影響鉆井液流變性能，其分子結構為H2N—X—（OCH2CH2）x—（OCH2CH（CH3））y—NH2。M-I公司的BaileyL[4]為解決使用油基鉆井液產生的環保問題，從ICI化學工業公司BRIJ系列表面活性劑中優選出了一種脂肪醇聚氧乙烯醚，其分子結構為RO-（CH2CH2O）nH，將其與無機鹽協同作用，具有更好的防止黏土水化膨脹作用。伊朗Pars鉆井液公司的ChegnySJ等人[5]研究出了一種乳液多元醇鉆井液體系，用其替代油基鉆井液，解決了油基鉆井液給伊朗低滲油氣田鉆井帶來的環境影響、儲層傷害、高成本問題，其多元醇分子結構為：RO—（CH2CH2O）m（CH2CHO（CH3））n。RutgersOrganics公司的LochelFP等人[6]優選了RutgersOrganics公司的BP261產品和巴斯夫公司Pluronic系列產品，分子結構為HO—（EO）x—（PO）y—（EO）z，并和脂肪酸混合，合成了性能優良的適用于水基、油基鉆井液的潤滑劑，且具有良好的井眼穩定作用。貝克休斯公司MelearS等人[7]研究了一系列來自Olin化學公司、巴斯夫公司、貝克公司、聯合碳化學公司和殼牌公司的水溶性濁點為33.3～100℃的聚醚多元醇，產品分子結構主要為PEP三嵌段制：RO—（PO）x—（EO）y—（PO）z。NorfleetJE等人[8]研究了聯合碳化學公司UCON50HB、UCON75H以及陶氏化學公司的DOW15系列環氧乙烷環氧丙烷共聚物，作為一種鹽水鉆井液的黏度調節劑和頁巖抑制劑。Shell公司的HaleAH等人[9，10]研究出了一種聚1，4二噁烷二羥甲基醇，用于改善深水低溫鉆井液流變性、抑制天然氣水合物生成、以及作為一種井眼穩定劑。

　　2中國研究進展

　　中國于20世紀90年代初由江漢石油學院向興金等人成功研制出JLX系列多元醇產品，并開發出了一套多元醇鉆井液（PEM）體系，在海上油氣田安全快速鉆井、保護油氣層、潤滑與環境保護等方面取得了很好的效果，奠定了海洋環保型水基鉆井液基礎[11]。隨后中國研究學者又對多元醇進行了改性，如肖穩發等人[12]將聚醚多元醇加入有機硅改性劑，合成了有機硅改性聚醚多元醇潤滑劑Silicon-1；羅躍[13]以混合多羥基醇為起始劑，合成了環氧乙烷和環氧丙烷嵌段聚醚多元醇，研制了新型水基防塌潤滑劑JHG；中國石油大學（華東）呂開河、邱正松等人，以丙二醇、丙三醇為起始劑，與EO/PO共聚合成了聚醚多元醇潤滑劑SYT-2[14]；山東大學楚澤鵬[15]，為了探索不同結構的聚醚多元醇對其抑制性能的影響，選取了一些EO/PO無規共聚物和嵌段共聚物進行了實驗，優選出了分子結構合適、鉆井液性能良好的EO/PO共聚物；山東得順源石油科技公司通過聚醚多元醇引入胺基，合成了一種高性能水基鉆井液頁巖抑制劑AP-1[16]。這些產品的開發都極大程度上豐富了中國多元醇頁巖抑制劑產品的種類，促進了產品質量的改善。

　　3中國鉆井液用聚醚多元醇關鍵技術問題

　　目前，國外對聚醚多元醇產品進行持續改進，不但推出了質量更好的升級產品，還有效改善了該產品的抑制性能、潤滑性能及其與鉆井液的配伍性等各項綜合性能。但中國鉆井液用聚醚多元醇生產廠商較少、代號繁多、分子結構混亂、產品質量參差不齊及質量檢測標準不健全、在產品質量持續改進和多元醇抑制機理方面沒有深入研究，制約了中國鉆井液用頁巖抑制劑的`發展。通過聚醚多元醇的現場應用反饋和室內實驗分析，發現中國聚醚多元醇絕大部分產品不合格，不能滿足中石油企業標準《鉆井液用抑制劑聚合醇技術要求》（Q/SY1348-2010）[17]，主要存在的產品質量問題有：水溶性差，多元醇在高濃度鹽水中有不溶問題，無濁點；產品在濁點以上溫度下的頁巖抑制性能和潤滑性能不理想；引起鉆井液發泡、增黏、對鉆井液流變性能影響大，不利于現場鉆井液維護處理；熒光級別高，干擾地質錄井；有一定的毒性，難生物降解。尚未弄清的作用機理有：多元醇的分子結構對鉆井液的使用性能的影響；多元醇的濁點效應對鉆井液的頁巖抑制性、封堵性、潤滑性能的影響；多元醇與無機鹽的協同效應對抑制頁巖水化分散的影響；多元醇與黏土的吸附作用機理等。多元醇的分子結構及其在鉆井液中的作用機理的深入研究，對于分子結構改進，提高其在鉆井液中的綜合性能具有關鍵性指導作用。

在鉆井液中的應用進展

　　聚醚多元醇在鉆井液中可以作為一種性能優異的頁巖抑制劑、水溶性潤滑劑、防泥包劑，在國內外被廣泛應用于海洋及陸地油氣田深井、大位移井、水平井及水敏性地層的鉆探。同時，在環保型水基鉆井液、深水鉆井使用的低溫流變調節劑和天然氣水合物抑制劑，以及非常規能源鉆井用鉆井液，等領域都得到了良好的應用。

　　1在環保型水基鉆井液方面的應用

　　聚醚多元醇具有較低的毒性、易于生物降解，滿足環境保護的要求，尤其是在環境敏感性海域使用時達到了海洋排放標準。同時聚醚多元醇是非離子型低分子量聚合物，具有一般表面活性劑的特點，能減少油水界面張力，降低油氣滲流阻力，在井下濁點溫度以上可以提高濾液的液相黏度、封堵微孔隙、防止黏土水化膨脹。而且聚醚多元醇在儲層使用可以作為一種很好的無熒光、低毒潤滑劑，替代常規的植物油、礦物油潤滑劑或瀝青等。所以，聚醚多元醇作為一種環境友好、儲層低傷害型處理劑，有利于及時發現油氣層，提高產能，減少環境污染，被廣泛應用于儲層保護鉆井液體系。目前，常用的多元醇儲層保護鉆井液，主要技術是采用無黏土、易生物降解的聚合物、酸溶性加重劑和多元醇復配，其基本配方如下。水相（淡水、海水、鹽水）+0.2%NaOH+0.15%Na2CO3+（0.1%～0.3%）XC+（0.1%～0.5%）PAC-LV+（0.5%～2.0%）淀粉+（1%～5%）多元醇+（0.1%～0.3%）殺菌劑+超細CaCO3