植物油解卡剂的研制

王金利，张敬辉，单振虎，李 朋

中国石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017

黏附卡钻是钻井中经常遇到的事故之一，使用油基解卡剂浸泡解卡是最常用的方式，油基解卡剂通过渗透、润湿、润滑、去水化等机理，能有效地降低摩阻和扭矩，总解卡成功率大于 95%。然而油基解卡剂是以柴油和原油为基液配置的，对环境污染严重，难以满足环保要求[1-3]。为了解决油基解卡剂的污染问题，在矿物油解卡剂配方的基础上，通过采用植物油为基液，进一步对配方进行优化，研究应用植物油解卡剂，有效降低对环境的污染。

1 基本配方性能研究

以现有矿物油解卡剂配方为基本配方，通过植物油替代矿物油初步建立植物油解卡剂基本配方并进行性能评价。植物油解卡剂的基本配方为：320 mL植物油+80 mL水+12 g阴离子乳化剂A+12 g有机土+12 g氧化钙+8 g渗透剂。植物油解卡剂的性能见表1。

表1 植物油解卡剂的性能

由于植物油与矿物油性质的差异，根据矿物油解卡剂配方形成的植物油解卡剂配方存在黏切较低、滤失量偏大、稳定性较差等问题，需进一步优化配方。

2 配方优化研究

通过优选乳化剂的种类和加量，提高体系的稳定性，并通过优化有机土加量调整体系的流变性。

2.1 乳化剂优选

在油水体积比为4∶1，乳化剂加量为3%的条件下，根据基本配方，通过改变乳化剂的类型优选乳化剂配方。配方组成：320 mL废弃植物油+80 mL水+乳化剂+12 g有机土+12 g氧化钙。选用阴离子乳化剂A，非离子乳化剂B和C，通过测定配方破乳电压进行研究，试验结果见表2。阴离子乳化剂A与非离子乳化剂B以质量比1∶1复配时具有更高的破乳电压。

表2 乳化剂类型优选

根据配方进一步优选乳化剂的加量，结果见图1。随着乳化剂加量的增加，破乳电压逐渐升高。当乳化剂加量达到4%时，已具有较高的破乳电压，能够满足体系稳定性的需要。乳化剂的加量继续增大，破乳电压的增幅较小。因此确定乳化剂的加量为4%。

图1 乳化剂加量优选

2.2 有机土用量优选

在配方中加入不同量的有机土，配方组成：320 mL植物油+80 mL水+有机土+16 g乳化剂+8 g渗透剂+12 g氧化钙，用六速黏度计测量不同配方的表观黏度、塑性黏度、动切力，同时用中压滤失仪测定滤失量，试验结果见表3。

表3 不同有机土加量下的流变性及滤失量

当有机土的加量为5%或6%时，解卡剂的滤失量均显著减小，尤其是有机土的加量为6%时，浆液的滤失量仅为9 mL，但是配方黏度很大，流动性差。由于配方中还需要添加处理剂，会使此体系的黏度进一步增大，所以选取有机土的加量为5%。

2.3 配方优化

在优选有机土加量、乳化剂类型及加量的基础上，通过改变配方中的油水比和降滤失剂用量，对不同配方解卡剂的流变性、滤失量及破乳电压进行测量，以形成具有较强稳定性和解卡能力的植物油解卡剂的配方。配方组成：植物油+水+20 g有机土+8 g乳化剂A +8 g乳化剂B+8 g渗透剂+降滤失剂，试验结果见表4。

油水体积比为19∶1时，解卡剂的黏切低，不满足指标要求，同时滤失量也较大，即使配方中添加了降滤失剂，滤失量仍然比较大。油水体积比为5∶1时，含水量增加，黏切有所提高，但仍达不到指标要求，同时滤失量明显降低，说明加水量的改变不仅影响了此体系的乳化效果，而且对降滤失剂的作用效果也造成了一定的影响。加水量的增加提高了降滤失剂的作用效果，降低了植物油解卡剂的滤失量。油水体积比为4∶1时，含水量最大，配方中添加了降滤失剂后，滤失量低，黏切也满足指标要求，破乳电压较高，稳定性强。

从表4可以看出，按配方6配制的植物油解卡剂的流变性和滤失量均优于其他配方，破乳电压也比较高，所以选择配方6作为植物油解卡剂的配方。

表4 不同配方解卡剂的性能

3 植物油解卡剂性能评价

3.1 抗温性能

按2.3中配方6将配制好的解卡剂高速搅拌20 min后装入老化罐，在120 ℃下老化16 h，试验结果见表5。解卡剂老化后依然保持均一稳定的特性，且没有沉淀分层现象。对比老化前后解卡剂的流变性、滤失量及破乳电压，性能变化较小，表明研制的植物油解卡剂具有良好的抗温性能。

表5 老化前后的流变性和滤失量

3.2 解卡性能[4-5]

3.2.1 解卡效果

基浆配方：预化水浆(130 mL 8%的基浆+220 mL水)+22 g评价土+140 g重晶石粉。基浆配制完后高速搅拌20 min，在690 kPa的压力下，测量30 min基浆的滤失量，制得泥饼。

按2.3中配方6配制解卡剂，在690 kPa的压力下，对用基浆制备的泥饼进行浸泡，30 min后取出泥饼，并除去上部的乳状液，观察泥饼的开裂情况，结果见图2。可以清楚地看见泥饼上有细小的裂纹。研究结果表明，植物油解卡剂具有优良的解卡性能。

图2 30 min解卡效果

3.2.2 时间对解卡性能的影响

采用3.2.1中的基浆和解卡剂的配方，研究浸泡时间对解卡剂解卡效果的影响，结果见图3。

图3 浸泡不同时间后泥饼开裂的状况

泥饼经过解卡剂浸泡30 min后，泥饼上有很细密的网状裂纹。泥饼经过解卡剂浸泡45 min后，出现的裂纹较多且深，解卡剂的作用深度已局部到达泥饼的厚度。泥饼经过解卡剂浸泡90 min后，裂纹明显较深也较粗，泥饼破裂程度高。泥饼经过解卡剂浸泡120 min后，泥饼上并没有出现任何明显的网状裂纹，可能是解卡剂将泥饼破坏后，泥饼出现深而稠密的裂纹，但是随着时间的增加，泥饼在环境压力的作用下又被重新压实，裂隙重新闭合。试验结果表明植物油解卡剂对泥饼作用90 min就能达到良好的破裂效果。

3.3 生物毒性

采用发光细菌法，测得EC50值大于100 000 mg/L，无毒，满足环保要求。

4 结论

1)在矿物油解卡剂配方的基础上，以植物油为基础油，通过进一步优选乳化剂的类型及加量、有机土用量、油水比等，研制了稳定性强、流变性优良、滤失量低的植物油解卡剂。

2)性能评价结果表明，研制的植物油解卡剂的抗温性能优良，120 ℃老化前后性能变化小，解卡速度快，对泥饼浸泡90 min就能取得良好的效果。同时解卡剂以植物油为基液，生物毒性EC50值大于100 000 mg/L，对环境污染小，可以代替矿物油解卡剂进行应用。