硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势

产品微生物专利

ＫａｏＳｏａｐＣｏ．，ＬｔｄＤＥ２８３４１１８（１９７９，ＤＥ

２９３８３８３（１９８０）），Ｊｐｎ。

槐二糖脂昆虫生球拟酵母

ＫｏｋａｉＴｏｋｋｙｏＫｏｈｏ８１９２，７８６（１９８１）

ＥＰ０００５００４（１９８３）

耆蜡节杆菌ＡＴＣＣｌ５５９１ＫｙｏｗａＨａｋｋｏＫｏｇｙｏＣｏＬｔｄ，ＤＥ１９０５４７２糖脂（海藻糖脂）

解烃棒杆菌ＡＴＣＣｌ５５９２（１９７０），ＵＳ３６３７４６１（１９７２）

耆蜡节杆菌ＡＴＣＣｌ５５９１ＫｙｏｗａＨａｋｋｏＫｏｇｙｏＣｏＬｔｄ．，ＤＥ２４４０９４２果糖脂

解烃棒杆菌ＡＴＣＣ２１６２８（１９７５）

Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｔ，Ｔａｂｕｅｈｉ，Ｔ，ＵＳ３６２５８２６尖孢青梅酸尖孢青梅ＡＴＣＣｌ６０７１

（１９７１）

硫杆菌，芽胞杆菌，诺卡氏菌，ＰｈｉｌｌｐｓＰｅｔｍｌｅｕｍＣ．ｏｍｐ．，ＵＳ２９０７３８９生物表面活性剂

假单胞菌（１９５９）．ＵＳ３１８５２１６（１９６５）

ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＦｅｒｍｅｎｔｉｏｎＮ．Ｖ．，Ｕ￥４３１１８２９，乳聚糖不动杆菌ＡＴＣＣ３１０１２

ＵＳ４３１１８３２（１９８２）

国内外硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势

张振华（辽河石油勘探局工程技术研究院油田化学研究所盘锦１２４０１０）

Ｆ摘要本文评速了国内外硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势，提出了发展硅酸盐一聚合物钻井液的建议。

关键词钻井液硅酸盐聚合物研乒生产机謦

由于硅酸盐钻井液在稳定井壁、保证井下安全等方面比油基钻井液效果好，而且成本低、无毒、无污染，因而日益受到国内外钻井界的重视…。前苏联学者戈罗德诺夫根据硅酸盐抑制粘土膨胀和降低钻井液滤失量的室内实验结果选择硅酸盐的模数和加量，并且认为在钻不同湿度的粘土沉积层时，最有前途的预防和处理井塌、扩径或阻卡的方法之一是用滤失量较适景的硅酸盐钻井液”’。为了适应国内硅酸盐钻井液的开发应用和机理研究的需要，本文从硅酸盐钻井液的发展历程、国内外应用硅酸盐钻井液的现状、国内对硅酸盐钻井液的机理研究情况等三方面进行综述，在此基础上对该类钻井液今后的研究方向提出了建议。

１硅酸盐钻井液技术的发展历史

硅酸盐钻井液技术在石油行业中并不是一项新技术，早在二十世纪三十年代就被人们所认识，当时在钻井液中使用硅酸盐主要是为了控制硬脆性泥页岩的膨胀和剥落，钻井液中硅酸盐的含量为３０—５０％（ｖ／ｖ），其中Ｓｉ０２和Ｎａ２０比值（硅酸盐模数）为３．２，这项技术在Ｔｅｘａｓ和Ｌｏｕｉｓｉａｎａ州成功使用了１００多口井”。１９３９年美国杂志“ＯｉｌＷｅｅｋｌｙ”最早报道了用硅酸盐钻井液预防井眼失稳的成功经验”’…。液态硅酸钠含一半以上的水，运输成本较高，因此可以使用粉状的元水Ｎａ２０／２Ｓ１０２。典型的早期硅酸盐钻井液配方为：Ｎａ２０／２ｓ＜ｈ．３６９－４６７ｋｇ／ｍ３＋膨润土２２～４３ｋｇ］ｍ３十食盐８５～１０８ｋｇ／１０；其密度可以用重晶石粉加重到２．Ｏｋｇ／ｔ。但由于早期的高浓度硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能难以控制，维护处理较为困难，与许多常用的处理剂不好配伍使用，普通的磷酸盐、丹宁类降粘剂几乎没有效果，无法克服它本身的缺陷，到二十世纪四十年代中期美国就停止使用硅酸盐钻井液了。

前苏联在６０年代为提高ＣＭＣ的耐温性而进行了大量研究。在含２％ＣＭＣ５００的钻井液中加入２％一２１６—

～５％的模数为２８２－－３２２的硅酸钠或硅酸钾，使其耐温性从未加硅酸盐时的１５０℃提高到１８０－－２００。Ｃ。在１８００－－３０００ｍ井段，硅酸盐的补加速度为２～１０Ｌ／ｍｉｎ。也可在ＣＭＣ的合成过程中加入硅酸盐，结果ＣＭＣ的耐温性提高数十摄氏度，但储存中易吸收二氧化碳而降低耐温性”。。

硅酸盐能使泥饼对地层中的电解质显惰性，堵塞地层孔隙和泥饼孔隙，提高泥饼与水泥的结合强度，加快水泥固化，因而能防止在地层水作用下因泥饼发生收缩而导致套管外地层水窜槽，并避免油井提前过量产水。室内和现场试验都表明，硅酸钠若超过７％～１０％，则难以透过粘土泥饼，且所用硅酸钠的模数在２８～３．４之间时防塌效果最好。

美国在６０年代末重新认识到硅酸盐的防塌作用。Ｄａｒｌｅｙ指出，硅酸盐加量低于２０％时，仍可稳定大多数页岩，最佳加量为５％～１０％；硅酸钾防塌性能比硅酸钠好；ＫＣｌ、Ｋ２０ｑ、ＮａＣＩ等简单的盐类化台物或甘油、乙二醇等非离子溶质均可增强硅酸盐钻井液的防塌能力。三ｒｌ井的现场试验结果基本符合上述观点‘５、“。

１９９４年，在ＢＷ泥浆公司、ＢＰ勘探公司和Ｓｈｅｌｌ研究中心的协作下，硅酸钠钻井液在北海地区重新投入了商业应用，北海地区使用的典型硅酸盐钻井液中硅酸盐的浓度为５—１０％，同时在钻井液中混合使用了诸如ＫＣＩ等具有抑制功能的盐类。在Ｓｈｅｌｌ研究中心实验室的进一步测试结果表明，在钻井液中添加低模数和高浓度的硅酸盐能使该类钻井液显现出更好的稳定性，并且使用将更加方便和简单。１９９６年加拿大Ｑ’Ｍａｘ溶液公司（Ｑ’ＭａｘＳｏｌｕｔｉｏｎＣｏｒｐｏｒｔｉｏｎ）使用可絮凝水（ＦｌｏｅＷａｔｅｒ）技术为ＳｈｅｌｌＣａｎａｄａ和Ｐａｎ—Ｃａ—ｎａｄｉａｎ石油公司进行钻井作业时成功使用了硅酸盐钻井液。１９９９年，该公司进一步发展了该技术，在加拿大西部（Ａｄ呲地区。ＮＥ—Ｂｆｉｆｉ小Ｃｏｂ．ａ＇ｎｂｉａ）成功使用了一种浓度为３０％（体积比）的硅酸盐钻井液”。。

２硅酸盐钻井液的国内外现状

２．１硅酸盐一聚合物钻井液

８０年代以来，世界各国都进行了许多把硅酸盐与聚合物结合起来应用于钻井液中的试验。前苏联在卡巴科沃６２号井５４１０～５５２１ｍ井段所用的钻井液配方：粘土粉５％～７％＋硅酸盐５％～７％＋ＣＩＶＩＣ０．７％～１％＋非水解ＰＡＭ０．２％－－０．５％。其井眼规则性和钻井综合效益比用无聚合物的硅酸盐钻井液好得多‘”。

８０年代后期美国杜邦公司优选的硅酸盐钻井液配方”ｏ：基浆＋Ｏ．３５％聚阴离子纤维素＋０２％ＸＣ＋０．３３％部分水解聚乙烯乙酸酯（ＰＶＡ）＋０．３３％硅酸钾＋０．３５％碳酸钾。其指导思想是以硅酸盐为催化剂，利用硅酸根夺取ＰＶＡ羟基的质子，使ＰｖＡ的分子链上产生许多强亲核性的醇氧负离子，后者再与粘土表面的硅醇基缩合．把多个粘土颗粒胶结起来，从而大大提高井眼稳定性。

国外几家公司应用的硅酸盐钻井液配方和性能见表ｌ…。其特点是不加粘土。在北海中部浙新世、始新世的高地应力页岩层钻井过程中，在钻井液中先加入了模数为３．３的硅酸盐，但防塌作用不大，且有增稠现象；后来邻井换用模数为２的硅酸盐，结果井眼和钻井液流变性都很稳定…１。

表ｌ无粘土硅酸盐钻井液性能

密度表观粘度塑性粘度初切终切滤失量配方ｐＨ值

ｋｇ／Ｚ●ｍＰａ?ｓｍＰａ?ｓＰａＰａｍｌ１１．０６１０．０５２８１６２＿８８３８４７．６

２１．０７１２６５２６５１７１．９２３．８４５８注：配方１：０．２８５％生物聚合物＋０．４２８％ＰＡＣＲ十０２８５％ＰＡＣＲＬｖ＋１．１４％淀粉＋００７１％纯碱＋０．４１３烧碱＋５％硅酸钠

配方２：０．５７％生物聚合物＋０．２８５％ＰＡＣＲＬＶ＋１１４％淀粉＋０－－０．０５７％烧碱＋饱和ＮａＣＩ溶液＋５％硅酸钠

８０年代，我国曾用含水５４％～５６％的液体硅酸钾钠与部分水解聚丙烯酰胺作为页岩稳定剂。为了减少运输费用，制备并试用了模数为２５～２．７的固体硅酸钾钠。１９８５年在川东卧９６井１３０－－９９６米井段，使用含有粒度１５０目粉状硅酸钾钠１％～５％的聚合物钻井液，机械钻速比同地区提高１０％～３０％［１“。塔西南ＫＳ一１井在近４０ｍＰａ的井底压差下发生四次严重卡钻之后，使用了一定比例的硅酸钾与聚合物降

’‘

一２１７—

滤失剂，改善了钻井液的防塌性能和润滑性能，从而有效地解决了超高压差卡钻的难题“”。

２２硅酸盐一硼凝胶钻井液”“

用三聚磷酸钠、煤碱荆与硅酸钠（体积比７％～１５％）复配成高效的降粘降滤失剂；用硼酸与硅酸钠制成液态硅酸盐一硼凝胶，密度１．１２～１１３ｋｇ／ｌ，漏斗粘度４０～６０ｓ，ｐＨ值１０～１１，加量为０．５％～１％时也有降粘作用。这两种复配剂可单独使用，也可一起使用，对于未胶结的易塌页岩（或粉砂岩）地层，能减少洗井和扩眼所需要的时间。用硅酸盐一硼凝胶钻井液钻灰岩层或岩盐层时，未加上述含煤碱剂的降粘降滤失剂，也具有很好的防塌效果。

２３混合金属硅酸盐钻井液

在美国奥斯汀的Ｃｈａｌｋ油田白垩系裂缝性油层钻水平井时，使用含有混合金属硅酸盐、增粘剂、降滤失剂和除氧剂等处理的钻井液，其静切力高达１０～４０Ｐａ，因具有凝胶性质而对地层裂缝起了封堵作用，防止了钻井液漏失，从而保护了储层。而在向一地区用常规聚合物钻井钻井时，曾出现严重漏失和频繁井涌等问题。地层ｃＱ的侵入仅使混合金硅酸盐钻井液的ｐＨ值和粘度稍微降低；而其他钻井液在ｃｑ侵入时，会发生严重絮凝，并且粘度及滤失量大幅度增加ｕ“。

２．４植物胶一硅酸盐钻井液

把含有０．３％～１％植物胶和０．５％～５％硅酸盐的溶液称为无固相复合胶质液。在含粘土５％的基浆中加入该液体５％，配成含植物胶０．０１５％－－０．０５％，硅酸盐０．０２５％－－０．２５％的钻井液，可用重晶石将密度加重至１．１５ｋｇ／ｌ，用以顺利钻进第四系松散地层和二叠、石炭、泥盆系破碎地层等。室内常温常压浸泡试验结果表明，以０．５％植物胶及３％－－２０％水玻璃复配，对稳定膨胀性粘土岩效果最好，而对不含粘土的松散地层要提高植物胶用量，降低水玻璃用量ｕ”。

３国内硅酸盐钻井液机理研究情况

３．１硅酸盐钻井液的组成与流变性的关系

钻井液的最基本的性能是流变性，研究硅酸盐钻井液的组成与流变性的关系，有利于合理地配制和维护硅酸盐钻井液。为揭示硅酸盐在钻井液中的作用机理提供一定的试验依据。近年来，国内开始研究硅酸盐钻井液的组成与流变性的关系”“，通过对硅酸盐钻井液流变性的测试，探讨硅酸盐的品种及加入量、粘土的含量及是否水化、盐类和有机处理剂等组成因素对硅酸盐钻井液流变性的影响。试验结果表明，未水化的粘土和岩屑的积累使硅酸盐钻井液粘度和切力迅速升高，这是硅酸盐钻井液流变性变差的首要因素。较高模数的硅酸盐对各种浓度的膨润土基浆均有解絮凝和降粘作用，而对含有许多劣土和处理剂的钻井液有显著的增粘作用。硅酸盐阳离子中钾／钠值越高，对基浆的降粘作用就越小，对钻井液的增粘作用则越大。盐类对硅酸盐钻井液具有一般的常规作用；对组成基本相同、而ｐＨ值不同的钻井液，加入硅酸盐能减小其粘度差别。现场应用硅酸盐钻井液时，最好是在较低粘土含量时加入硅酸盐。如果中途转换钻井液，又不允许增加钻井液的粘度，可以先用水或处理剂溶液稀释钻井液再加入硅酸盐。

３．２硅酸盐钻井液稳定井壁的机理研究

近年来。以硅酸钾或硅酸钠为主要处理剂的硅酸盐钻井液体系开始增多，该类体系具有很强的稳定井壁能力和环境相容性，其稳定井壁的机理不同于其它常规的水基泥浆体系。梁大川…。认为硅酸盐钻井液体系稳定井壁的机理主要体现在以下四个方面：（１）硅酸盐进入地层孔隙形成三维凝胶的结构和不溶沉淀物，快速地在近井壁处堵塞页岩孔隙和微裂缝，阻止滤液进入地层，同时减少了压力穿透；（２）硅酸盐能抑制页岩中粘土矿物水化膨胀和分散；（３）硅酸盐可能与页岩中粘土矿物发生反应生成利于井壁稳定的新矿物；（４）氯化钠或氯化钾的协同稳定作用。丁锐“”通过室内试验，在一系列硅酸盐水溶液和泥浆中测定了页岩回收率和页岩稳定指数，进一步研究了硅酸盐钻井液的防塌性能，结果表明，防塌钻井液所用的硅酸盐模数以２．８－－３．２为好，加量在２％～５％左右较好；当用于含Ｋａ的泥浆时，硅酸盐的钠钾比对防塌性能的影响不显著；适量的无机盐可与硅酸盐产生协同作用而提高防塌性能，但钙离子过量会破坏泥浆性能，故不宜直接在硅酸盐钻井液中加人水溶性钙盐；有机处理剂和粘土主要影响硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能，对防塌性能基本上无直接影响。

４结论与建议

４．１国内对硅基泥浆体系的研究和应用相对较少。由于该体系具有很强的稳定井壁能力和好的环一２１８—

境相容性，有可能成为替代油基或合成基泥浆的水基泥浆体系。一些发达国家对硅酸盐钻井液的研究与应用已取得了丰富的成果，因此建议国内钻井界加强对该类钻井液体系的应用研究。

４．２硅酸盐钻井液的发展经历了硅酸盐加量从高到低的过程，它与纤维素类、淀粉类等处理剂可配成性能优异的防塌钻井液，并且具有无毒、无荧光、成本低等特性，因此比沥青类及聚合醇类防塌剂的发展应用前景广阔。

４３硅酸盐钻井液的理论的有待于深入发展。比如研究高模数的硅酸盐对含许多劣士和处理荆的钻井液的粘度和动切力的影响；硅酸盐与有机处理剂的相互作用等等．以期使该类钻井液早日大规模在国内推广应用。

参考文献

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聚氧乙烯脂肪胺的生产与应用

叶建泉（山东博兴华润油脂化学有限公司山东博兴２５６５００）

＾摘要介绍聚氧乙烯脂肪胺的生产方法、生产装备、产品质量及产品的应用

关键词聚氧乙烯脂肪胺脂肪笋胺Ｎ一烷基口铲二胺乙氧ｊ呼反应Ｅ９

聚氧乙烯脂肪胺是重要的脂肪胺衍生产品，也是非离子表面活性剂的主要品种。聚氧乙烯脂肪胺在某种程度上具有阳离子表面活性剂的特征，但随着加成的环氧乙烷数量的增加，逐渐由阳离子性向非离子

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国内外硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势

作者：张振华

作者单位：辽河石油勘探局工程技术研究院油田化学研究所(盘锦)本文链接：https://www.360docs.net/doc/f29529150.html,/Conference_4863626.aspx