钻井液用聚乙二醇的浊点计算模型研究

2010年12月第32眷Journator ou andGaSTectnolog 0.DDe.2010 Vol32No.qmJournal of O11 andTechnologyVol.32 Na.6， 109.钻井液用聚乙二醇的浊点计算模型研究李家学，黄进军(西南石油大学石油工程学院， 四川成都810500)李巍，张斌(川庆钻探钻采工艺研究院，四川广汉818300)[摘要]兼合醇水基钻井液具有良好的抑制、封堵、潮滑、储层保护、生物可降解等性能，使用很广泛。聚合醇在钻井液中作用的发挥与其浊点有很大的关系。试验通过测定了在不同电解质溶液中加入不同分子量和浓度的聚乙二醇溶液的浊点，发现影响聚乙二醇溶液迪点的各种因素(如醇的分子量、畔的浓度、电解质的种类、电解质的浓度等),并选用合适的公式对聚乙二酵溶液浊点进行了模教计算，得出了计算聚乙二畔溶液浊点的计算模型，为今后使用聚乙二醇和调节聚乙二醇的浊点提供了依据。[关镛调]豪乙二醇;浊点;影响因素;计算模型[中圈分类号] TE254.1[文献标识码] A[文章端号] 1000 - 9752 (2010) 06-0109-03聚合醇水基钻井液应用很广泛，其具有油基钻井液的各种优点，同时还具有毒性低、生物可降解等作用，被专家称为仿油基的水基钻井液[1~6]。钻井液上使用的聚合醇主要成分为聚乙二醇、乙二醇、丙三醇等多羟基醇，通常为粘稠状液体，有良好的页岩抑制性、封堵性、润滑性、储层保护、无荧光、生物降解性等。聚合醇在钻井液中的作用与其落液的独点有很大的关系(间。聚合醇溶液被加热到- -定温度时，会由透明变混浊，降温时又由混浊变透明，混浊与透明间的平衡温度即为独点的。然而怎样确定溶液的独点，又怎样根据地层使用情况调节浊点等问题至今还没有解决。笔者旨在通过测量不同电解质浓度的聚乙二醇溶液的独点，分析独点的影响因素，并选用合适的公式对浊点进行模报计算，为确定聚乙二醇溶液的独点、使用中调节聚乙二醇浊点提供方法。1试验原理称取不等量t的聚乙二醇，充分搅拌溶于水中，分别转人具塞k简，并放人水浴中加热，直到清澈的溶液变混浊，记录该温度，并记录在温度下降过程中观察到混浊溶液变澄清时的温度，两者温度的平均值即为该依度下醇溶液的浊点。此后，分别调整醇的分子量:醇的浓度，加人相应电解质,并分不同浓度分别测定各条件下的溶液的独点，记录数据，根据数据的特点，选用合适的公式对聚乙二醇溶液的浊点进行模拟计算，得出根据溶液成分计算溶液浊点的计算模型。并测定多组数据，检验计算模型的计算结果.试验药品:分子分别为600、1540、 2000、 4000、 6000、10000、 20000 的聚乙二醇(AR); KCl(AR); NaCl (AR); HCOOK (CP)等.2浊点影响因素研究2.1聚乙二醇浓度对其浊点的影响对不同浓度和分子量的聚乙二醇在10%的NaCl溶液中的独点进行了测定，结果见图1.由图1看出，醇溶液的浊点随着醇浓度增加而减少;浓度越小，影响越大;浓度在6%以上时，增加醇浓度对溶中国煤化工[收郴日期] 2010-06-21[蓄金项目]国家*973" 规划项目(2010CB226705)。YHCNMHG[作者简介]李家学(1979-).男, 2004年大学毕业，博士生，现主要从事油\井工作波研究工作。●110●石油天然气学报(江汉石油学院学报)2010年12月液浊点影响不大。.2 聚乙二醇分子对其浊点的影响就聚乙二醇分子量对其溶液浊点的影响进行了试验研究，结果见图2。由图2可见，溶液的独点与其分子量有很大的关系:分子量越大，其溶液浊点越低;分子量在6000以下时，影响很大;在6000以上时，影响较小。+分子量200001000[分子量1000十17.59%KCI士分子量6000 ,g980+ r 15%NaC，8707(606(50250001000015000 20000聚乙二醇的浓度%聚乙二醇分子量图1聚乙二醇浓度与其浊点的关系圈2聚乙二醇分子量对其浊点的影响2.3电解质浓度对溶液浊点的影响在分子量为20000、浓度为10%的聚乙二00- + NaCl醇溶液中加人不同浓度、不同种类的电解质后，0-★-KCI对溶液的独点进行了测定，结果见图3。由图3员70- *- HCOOK可见，电解质的加人能显著降低溶液的浊点，星60电解质浓度越大，浊点降低得越多。40 I3浊点计算模型1152025电解质浓度/%3.1计算原理根据以上试验，选取部分数据，画出曲线;圈3电解质种 类及浓度对浊点的影响观察分析曲线的形状，选取合适的函数进行拟合，得出模拟计算模型;利用该模型计算一些.给定条件下的聚乙二醇的浊点;再通过试验测定以上给定条件下的聚乙二醇溶液浊点，通过对比计算浊点值与试验测定值，分析误差。3.2 模拟计算模型通过对试验数据的拟合确定聚乙二醇浊点的计算模型如下:T= Ar2 + Bx - 33855y' + 14063y2 - 177. 79y+ f(m) .(1)0.8X 10-m'+2.0X 10-*m2 - 0.017m+ 167.92 (m≤10000)(2)|290. 85m 0.1016 (m > 10000)式中,工为溶液中电解质的质量体积浓度,kg/m2;y为聚乙二醇的在溶液中的质量体积浓度,kg/m2;m为聚乙二醇的分子量;T为溶液的浊点,C;系数A和B是与电解质种类有关的系数,取值如表1. .模型使用条件:①公式中电解质的浓度取值应小于其溶中国煤化工下电解质的溶解度，计算时按溶液饱和浓度进行计算;②聚乙二醇的浓度1%由于醇含量MH较少，浊点现象不明显;浓度大于10%，聚乙二醇往往不能儿见nmw,的以川开优ENMHG后可能产生很大的误差.第32卷第6期.李家学等:钻井液用聚乙二醇的浊点计算模型研究3.3结果检验下面为一些特定条件下利用计算模型计算出了聚乙二醇溶液的浊点和根据试验实测该条件下的浊点值，列表对比，分析模拟计算误差，结果见表2、表3、表4.喪1敷操A. B取值表2聚乙二醇分子量为2000.浓度为2%的电解质种类系敷A系敷BKC1溶液的计算油点与实测浊点值NaCl400KCl浓度/% 计算浊点/C 实测浊点/C數值差值/心KCI327. 35- 300.452548.7-0.3HCOOK560- 3862056. 356. 5-0.21565.665. 5+0.1076.67-0.489.17)0--0.9表3聚乙二醇分子为1000、 浓度为6%的表4聚乙二醇分子为4000、浓度为10%的NaCl溶液的计算浊点与实测浊点值HCOOK溶液的计算浊点与实测浊点值NaCI浓度/%计算独点/C 实测浊点/C 数值差值/CHCOOK浓度/%计算浊点/C实测浊点/C 数值差值/C50. 350.0+0.358.257.50.57.858.064.9 .64.00.967.367.574.473.51078.878.50.386, 786. 00.7592. 392.0从表2~4数据对比可以看出，建立的独点计算模型计算出来的聚乙二醇溶液浊点与实际测量的浊点相差不大.试验中使用的水银温度计最小刻度为1C,存在0.5C的误差。表2、表3中数据差值基本小于0.5C;表4中HCOOK很容易吸收空气中的水分而潮解，计算出的差值略微大一些。但总的来说，模拟计算模型计算的结果与实测值基本相符，能满足现场的使用。4结论1)研究发现影响聚乙二醇溶液浊点的因素有聚乙二醇的分子量大小、浓度的高低、溶液中加人电解质的种类及浓度等。聚乙二醇溶液的浊点随其分子量的增加和浓度的增加而减小，随电解质浓度的增加而显著减小，且电解质的加人对聚乙二醇溶液浊点影响很大。2)利用试验数据进行分析，提出了聚乙二醇溶液独点的计算模型，利用计算模型计算出来的浊点与实际测值相差不大，误差合理，能较好地满足钻井液工业的使用。[参考文献][1] Bland R G. Low salinity polyglycol wster based dilling fluids s alternatives to oil-based mud [J] . SPE/IADC29378, 1995.[2] Aston M S. Water based glycol dillig mud shale inhibitin mechanisms [J] . SPE28818, 1994.[3]王昌军，岳前声，张岩，等.秦合醇JLX防塌润捞性能研究[J] .钻井掖与完井液，2001，, 18 (3); 6~8.[4]李建山，李谦定，杨呈德.环保型钻井液技术研究与发展方向[J].西安石油学院学报，2002, 17 (2); 59~63.[5]郭东荣，高锦屏，范鹏，等.豪乙二醇抑制机理研兖[J].钻井液与究井液，1997， 14 (2): 3~5.[6] 向兴金，岳前声，肖稳发.豪合酵JLX在粘土上吸附特性研究[J] .钻井液与完井液。1999, 16 (4); 1~4.[7]李公让，薛玉志，乔军,等.豪合醇防塌润滑剂PGB-3及其钻井液的应用[J] .油田化学, 2002, 19 (2): 97~ 100.[8]边继祖，张献丰，张全明，等.聚合脖水基钻井液在文33-196井的应用[1].钻井糖与完井液，2001. 18 (4); 30~31.[9]奠小刚，刘尚营.非离子表面活性剂浊点研兖进晨[] .化学通报，200中国煤化工fYHCNMHG]萧雨