钻井液用表面活性剂的研究与运用

陆杨洋

摘要：石油产品是一种重要的现代工业原料，表面活性剂广泛用于石油勘探和开发，包括在许多方面，如钻井、石油开采、石油输送、采油等。其中以钻井液表面活性剂为主，用量约占60%。，具有重要的经济价值。本文讨论了不同功能表面活性剂的种类及其在钻井液中的应用价值。

关键词：表面活性剂；乳化剂；研究；应用

1引言

随着全球石油资源的深度利用，油气田开发逐渐进入深度阶段，这就加大了表面活性剂性质化工产品的消耗。其中，用于钻井的表面活性剂用量最高，钻井液技术的发展直接受其质量影响。因此，近年来国内外表面活性剂的研究与应用面临着激烈的竞争，涉及乳化剂、发泡剂、消泡剂、抑制剂等。

2钻井液用表面活性剂的类型分析

目前，钻井液中使用的表面活性剂从疏水基结构有直链、支链、芳香链和含氟长链。从亲水性基团可分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等，根据表面活性剂溶于水后是否產生离子及其电性能可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性型。从相对分子质量大小考虑。它可以分为两类：相对较小的分子量和相对较大的分子量。一是表面活性剂一端具有典型的亲水性、疏水性的简单结构，通常相对分子质量较小，二是分子结构是复杂的，一侧不典型的亲水、疏水结构，通常具有较大的相对分子质量。无论分类如何，分子整体都由疏水性和亲水性基团组成，形成不对称的极性结构。

3钻井液用表面活性剂的应用特性

表面活性剂独特的两亲性结构使其在钻井液中起到润湿、减阻、乳化、发泡、消泡、解卡、降滤失等多种作用。如易于吸附在金属钻杆的水、岩石水的界面上，将金属钻杆和岩石表面间的直接摩擦变为表面活性剂憎水端间的吸附摩擦，从而有效地降低摩阻，发挥降低滤失量、提高胶体稳定性及加重剂悬浮能力等，如此一来能够有效地保障钻井液性能发挥[4]。由于表面活性的不同，在钻井液中起到乳化、分散、增溶、润湿、发泡、消泡、杀菌的作用，可用作起泡剂、消泡剂、乳化剂、润滑剂、抑制剂、降滤失剂、降粘剂、释卡剂、缓蚀剂等。其中，发泡剂、消泡剂、乳化剂、润滑剂等处理剂主要是以表面活性剂的结构和特性为主要成分。具有典型的两亲性结构，一端亲水，一端疏水分子整体具有亲水性和亲油性，属于表面活性剂的广义概念。

4钻井液中不同作用的表面活性剂

4.1 起泡剂、消泡剂研究与应用

发泡剂和消泡剂的作用是反向的。其中，在钻井液中加入发泡剂可形成良好的发泡效果，保持泡沫的稳定性。消泡剂用于破坏钻井液中的泡沫，防止泡沫再次形成。理想状态下的亲水性和疏水性平衡值为1～3，其组成主要为聚氧乙烯、高碳醇脂肪酸和有机硅。

近年来，随着国内油气田开采深度的不断增加，油气藏质量也在下降。高温底层下的开采环境比较复杂，要求钻井液不断提高对高温、高盐的适应性，尤其是起泡和消泡能力。围绕各自的作用，我国研究和应用有两大趋势。一是将单一或多种表面活性剂直接加入钻井液中，充分发挥其综合作用。二是重新开发研制，从原材料入手，创新合成制备方法，获得了较高性能的单一试剂；在应用层面，我国主要侧重于“直接应用”层面，如硼特种表面活性剂RDEB发泡剂，以及不同发泡剂、稳定剂复合耐盐耐温发泡剂的使用。消泡剂的研究主要集中在制备方面的研究与开发，如以二甲基硅油为原料合成硅膏，采用复合乳化技术，如采用烯丙基聚醚、低氢硅油聚醚改性硅油、乳化剂、增稠剂等。

4.2 润滑剂研究与应用

无论是定向井和水平井的石油勘探开发，井斜角度增大，钻具与井壁之间的摩擦力增大，扭矩增大，同时对地下勘探深度增大，钻井液密度增大，所形成的阻力也在增大，如果不涉及润滑剂，容易发生卡滞、产生高温等现象。

国内钻井液润滑剂还包括直接在两个方向上的应用和合成准备，直接应用类型润滑剂，通过在润滑效果中添加新的活性成分，如从植物油中提取硼、硫、磷等有效元素，被称为钻井液中加入极压抗磨添加剂，可有效提高表面活性，同时提高温度适应性。以植物油为原料制成的水包油钻井液润滑剂，经实际检验效果良好。在合成和制备方面，主要包括改性植物油与多羟基胺反应形成的亲水性脂，以及多元醇、长链脂肪酸和矿物油合成的润滑油产品。

4.3 抑制剂研究与应用

抑制剂的主要作用是减缓化学反应，这与“催化剂”作用相反，但不能阻止聚合反应。钻井液中强调使用环保的抑制剂，如烷基糖苷，是降低水活性的常用抑制剂。烷基糖苷还具有良好的润滑性，可以通过与其他水溶性聚合物反应来降低过滤损失。在我国抑制剂的研究和应用方面，最突出的技术是以乙基糖苷、甲醛和亚硫酸氢钠为原料制备磺甲基烷基糖苷，保持了烷基糖苷的优点，降低了起泡，提高了耐温性和抗起、抑制塌陷。

4.4 乳化剂研究与应用

乳化剂是保证钻井液有效性的重要保证，由于我国水基钻井液乳化剂研究较少，主要用于油基钻井液与乳化剂的研究，在直接应用方面，更先进的技术包括高温乳化剂YJR-1、阴离子、非离子表面法等[2]。以及白油抗高温油包水型乳化剂PF-MO-MULHT。近年来，为了突破国外的技术限制，越来越多的乳化剂自发地发展起来，如三聚酰胺非离子表面活性剂AM-1[1]，它可以提高油包水乳液的耐温性和耐盐性。

5结语

随着石油勘探开发行业的不断发展，表面活性剂的重要性越来越突出，直接关系到石油勘探开发的顺利进行，对研究和应用提出了更高的挑战。本文分析了发泡剂、消泡剂、润滑剂、抑制剂、乳化剂的作用，重点针对乳化剂的研制与评价展开研究，通过不断提高钻井液表面活性剂的水平，促进了我国石油工业的稳定发展。

参考文献

[1]冯建建，王茂仁，王军，等.一种双子表面活性剂及其在油基钻井液乳化剂中的应用….化工管理，2014（15）：73—74.

[2]闫晶，刘永贵，张坤，等.一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与应用L¨.钻井液与完井液，2013，20（2）：12—17.

[3]王中华.2013～2014年国内钻井液处理剂研究进展[J].中外能源，2015，20（2）：29—39.

[4]任立伟.钻井液用表面活性剂的研究与应用进展[J].中外能源，2016，21（04）：34-39.

（作者单位：中海油服油田化学事业部塘沽作业公司）