植物油解卡劑的研制

王金利，張敬輝，單振虎，李 朋

中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017

黏附卡鉆是鉆井中經(jīng)常遇到的事故之一，使用油基解卡劑浸泡解卡是最常用的方式，油基解卡劑通過滲透、潤濕、潤滑、去水化等機(jī)理，能有效地降低摩阻和扭矩，總解卡成功率大于 95%。然而油基解卡劑是以柴油和原油為基液配置的，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，難以滿足環(huán)保要求[1-3]。為了解決油基解卡劑的污染問題，在礦物油解卡劑配方的基礎(chǔ)上，通過采用植物油為基液，進(jìn)一步對(duì)配方進(jìn)行優(yōu)化，研究應(yīng)用植物油解卡劑，有效降低對(duì)環(huán)境的污染。

1 基本配方性能研究

以現(xiàn)有礦物油解卡劑配方為基本配方，通過植物油替代礦物油初步建立植物油解卡劑基本配方并進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。植物油解卡劑的基本配方為：320 mL植物油+80 mL水+12 g陰離子乳化劑A+12 g有機(jī)土+12 g氧化鈣+8 g滲透劑。植物油解卡劑的性能見表1。

表1 植物油解卡劑的性能

由于植物油與礦物油性質(zhì)的差異，根據(jù)礦物油解卡劑配方形成的植物油解卡劑配方存在黏切較低、濾失量偏大、穩(wěn)定性較差等問題，需進(jìn)一步優(yōu)化配方。

2 配方優(yōu)化研究

通過優(yōu)選乳化劑的種類和加量，提高體系的穩(wěn)定性，并通過優(yōu)化有機(jī)土加量調(diào)整體系的流變性。

2.1 乳化劑優(yōu)選

在油水體積比為4∶1，乳化劑加量為3%的條件下，根據(jù)基本配方，通過改變?nèi)榛瘎┑念愋蛢?yōu)選乳化劑配方。配方組成：320 mL廢棄植物油+80 mL水+乳化劑+12 g有機(jī)土+12 g氧化鈣。選用陰離子乳化劑A，非離子乳化劑B和C，通過測(cè)定配方破乳電壓進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果見表2。陰離子乳化劑A與非離子乳化劑B以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)具有更高的破乳電壓。

表2 乳化劑類型優(yōu)選

根據(jù)配方進(jìn)一步優(yōu)選乳化劑的加量，結(jié)果見圖1。隨著乳化劑加量的增加，破乳電壓逐漸升高。當(dāng)乳化劑加量達(dá)到4%時(shí)，已具有較高的破乳電壓，能夠滿足體系穩(wěn)定性的需要。乳化劑的加量繼續(xù)增大，破乳電壓的增幅較小。因此確定乳化劑的加量為4%。

圖1 乳化劑加量?jī)?yōu)選

2.2 有機(jī)土用量?jī)?yōu)選

在配方中加入不同量的有機(jī)土，配方組成：320 mL植物油+80 mL水+有機(jī)土+16 g乳化劑+8 g滲透劑+12 g氧化鈣，用六速黏度計(jì)測(cè)量不同配方的表觀黏度、塑性黏度、動(dòng)切力，同時(shí)用中壓濾失儀測(cè)定濾失量，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同有機(jī)土加量下的流變性及濾失量

當(dāng)有機(jī)土的加量為5%或6%時(shí)，解卡劑的濾失量均顯著減小，尤其是有機(jī)土的加量為6%時(shí)，漿液的濾失量?jī)H為9 mL，但是配方黏度很大，流動(dòng)性差。由于配方中還需要添加處理劑，會(huì)使此體系的黏度進(jìn)一步增大，所以選取有機(jī)土的加量為5%。

2.3 配方優(yōu)化

在優(yōu)選有機(jī)土加量、乳化劑類型及加量的基礎(chǔ)上，通過改變配方中的油水比和降濾失劑用量，對(duì)不同配方解卡劑的流變性、濾失量及破乳電壓進(jìn)行測(cè)量，以形成具有較強(qiáng)穩(wěn)定性和解卡能力的植物油解卡劑的配方。配方組成：植物油+水+20 g有機(jī)土+8 g乳化劑A +8 g乳化劑B+8 g滲透劑+降濾失劑，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

油水體積比為19∶1時(shí)，解卡劑的黏切低，不滿足指標(biāo)要求，同時(shí)濾失量也較大，即使配方中添加了降濾失劑，濾失量仍然比較大。油水體積比為5∶1時(shí)，含水量增加，黏切有所提高，但仍達(dá)不到指標(biāo)要求，同時(shí)濾失量明顯降低，說明加水量的改變不僅影響了此體系的乳化效果，而且對(duì)降濾失劑的作用效果也造成了一定的影響。加水量的增加提高了降濾失劑的作用效果，降低了植物油解卡劑的濾失量。油水體積比為4∶1時(shí)，含水量最大，配方中添加了降濾失劑后，濾失量低，黏切也滿足指標(biāo)要求，破乳電壓較高，穩(wěn)定性強(qiáng)。

從表4可以看出，按配方6配制的植物油解卡劑的流變性和濾失量均優(yōu)于其他配方，破乳電壓也比較高，所以選擇配方6作為植物油解卡劑的配方。

表4 不同配方解卡劑的性能

3 植物油解卡劑性能評(píng)價(jià)

3.1 抗溫性能

按2.3中配方6將配制好的解卡劑高速攪拌20 min后裝入老化罐，在120 ℃下老化16 h，試驗(yàn)結(jié)果見表5。解卡劑老化后依然保持均一穩(wěn)定的特性，且沒有沉淀分層現(xiàn)象。對(duì)比老化前后解卡劑的流變性、濾失量及破乳電壓，性能變化較小，表明研制的植物油解卡劑具有良好的抗溫性能。

表5 老化前后的流變性和濾失量

3.2 解卡性能[4-5]

3.2.1 解卡效果

基漿配方：預(yù)化水漿(130 mL 8%的基漿+220 mL水)+22 g評(píng)價(jià)土+140 g重晶石粉。基漿配制完后高速攪拌20 min，在690 kPa的壓力下，測(cè)量30 min基漿的濾失量，制得泥餅。

按2.3中配方6配制解卡劑，在690 kPa的壓力下，對(duì)用基漿制備的泥餅進(jìn)行浸泡，30 min后取出泥餅，并除去上部的乳狀液，觀察泥餅的開裂情況，結(jié)果見圖2?？梢郧宄乜匆娔囡炆嫌屑?xì)小的裂紋。研究結(jié)果表明，植物油解卡劑具有優(yōu)良的解卡性能。

圖2 30 min解卡效果

3.2.2 時(shí)間對(duì)解卡性能的影響

采用3.2.1中的基漿和解卡劑的配方，研究浸泡時(shí)間對(duì)解卡劑解卡效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 浸泡不同時(shí)間后泥餅開裂的狀況

泥餅經(jīng)過解卡劑浸泡30 min后，泥餅上有很細(xì)密的網(wǎng)狀裂紋。泥餅經(jīng)過解卡劑浸泡45 min后，出現(xiàn)的裂紋較多且深，解卡劑的作用深度已局部到達(dá)泥餅的厚度。泥餅經(jīng)過解卡劑浸泡90 min后，裂紋明顯較深也較粗，泥餅破裂程度高。泥餅經(jīng)過解卡劑浸泡120 min后，泥餅上并沒有出現(xiàn)任何明顯的網(wǎng)狀裂紋，可能是解卡劑將泥餅破壞后，泥餅出現(xiàn)深而稠密的裂紋，但是隨著時(shí)間的增加，泥餅在環(huán)境壓力的作用下又被重新壓實(shí)，裂隙重新閉合。試驗(yàn)結(jié)果表明植物油解卡劑對(duì)泥餅作用90 min就能達(dá)到良好的破裂效果。

3.3 生物毒性

采用發(fā)光細(xì)菌法，測(cè)得EC50值大于100 000 mg/L，無毒，滿足環(huán)保要求。

4 結(jié)論

1)在礦物油解卡劑配方的基礎(chǔ)上，以植物油為基礎(chǔ)油，通過進(jìn)一步優(yōu)選乳化劑的類型及加量、有機(jī)土用量、油水比等，研制了穩(wěn)定性強(qiáng)、流變性優(yōu)良、濾失量低的植物油解卡劑。

2)性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研制的植物油解卡劑的抗溫性能優(yōu)良，120 ℃老化前后性能變化小，解卡速度快，對(duì)泥餅浸泡90 min就能取得良好的效果。同時(shí)解卡劑以植物油為基液，生物毒性EC50值大于100 000 mg/L，對(duì)環(huán)境污染小，可以代替礦物油解卡劑進(jìn)行應(yīng)用。