废旧轮胎精细胶粉改性及在钻井液中的应用研究

崔云海

（中石化江汉石油工程有限公司，湖北 潜江433124）

唐善法，姚逸风，田磊，谢齐平

（长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

随着海油深冷精细胶粉有限公司20000t／年废旧轮胎深冷精细胶粉生产线的调试完成与正式工业化生产，其产品的销售与市场定位已成当务之急。由于所生产的精细胶粉（80～200目）受加工成本制约，其在沥青、防水材料等低端应用领域，与常温生产胶粉相比并无优势［1，2］，因此探索其在油田化学品、热塑性弹性体等高端应用领域的应用已成必然。

现有研究表明，常温生产橡胶粉通过适当改性可直接应用于石油钻采生产领域［3～7］，如用于钻井液中防止钻井液在裂缝型、孔隙型地层漏失［8，9］，或作为油气层储层保护剂等［9，10］，但废旧轮胎深冷精细胶粉应用于钻井生产领域尚未见文献报道。为此笔者对废旧轮胎深冷精细胶粉改性及其在钻井液中的应用进行了初步探讨，以期为海油深冷精细胶粉在油田化学品领域的应用及销售市场拓展、提高产品附加值奠定试验基础。

1 试验方法

1.1 试验原材料与试剂

80目、120目和200目废旧轮胎深冷精细胶粉，对应粒径中值分别为138.9、88.9、88.7μm（海油深冷精细胶粉有限公司）；钠搬土、OCMA级膨润土（山东潍坊龙凤膨润土有限公司）；水解聚丙烯酰胺（HPAM）和超细碳酸钙粉（600～1200目）（荆州嘉华科技有限公司）；油溶性树脂（BPA－1），60～200目（汉科科技有限公司）；表面改性剂B1～B7分别是疏水碳链碳数为12、10、8、20、14、16、18的甜菜碱两性离子表面活性剂（长江大学石油工程学院）。

1.2 试验仪器及化玻器皿

1）仪器 ZNN－D6型旋转黏度计（青岛神宇石油机械有限公司）；ZNS型中压失水仪（青岛百瑞达石油机械制造有限公司）；JA2003电子天平（精度0.001g）（上海上天精密仪器有限公司）；CEC科迪电子台秤（精确度1g）（福州科迪电子技术有限公司）；GJS－B12K变频高速搅拌机（1000～12000r／min）（青岛海通达专用仪器厂）；JJ／1－200W电动搅拌器（上海双捷试验设备有限公司）。

2）器皿 量筒（100ml和500ml），容量瓶（500ml和1000ml），烧杯（250、500ml和1000ml）。

1.3 钻井液基浆及聚合物钻井液配制

1）聚合物溶液配制 用电子天平准确称取5g水解聚丙烯酰胺，置入含900ml蒸馏水烧杯（1L）中，恒温（50℃）搅拌24h，至聚合物完全水化溶解，然后转入1000ml容量瓶中，定容得0.5%聚合物溶液母液，备用。

2）钻井液基浆配制 用电子台秤称取钠膨润土400g，然后在配浆桶中放入10L水温80℃自来水，开启电动搅拌机，加入适量NaOH，使pH值≥9；随后缓慢加入400g钠膨润土，继续搅拌24h，得密度为1.025g／cm3的基浆，备用。

3）聚合物钻井液配制 量取适量的基浆及所需的聚合物溶液，在高速搅拌机（8000r／min）上搅拌5min，然后根据需要添加适量的精细胶粉或碳酸钙、油溶性树脂，继续髙搅2～3min，可分别配制试验所需1.02g／cm3基浆＋（0%～0.3%）聚合物＋（0～3%）精细胶粉／碳酸钙／油溶性树脂等不同类型的钻井液，以备试验研究及相关性能检测。

1.4 深冷精细胶粉改性

基于胶粉表面的疏水性，要将其应用于水基钻井液中，必须对其进行适当改性，以增强其与钻井液的相容性和亲合力。分别采用化学反应法（A）、表面改性法（B）及直接加入法（C）对深冷精细胶粉进行了改性，所得改性胶粉系列分别A、B、C。

1.5 钻井液性能测试

1）钻井液流变性测试 按SY／T6613－2005石油行业标准（CN－SY）进行。

2）钻井液失水性能测试 按国标GB／T 16783.1－2006进行。

2 试验结果及讨论

2.1 深冷精细胶粉改性研究

初步探讨了3种改性方法化学反应法、表面改性法和直接加入法，其不同改性方法所得胶粉产品（A、B、C）对钻井液的相容性和亲合力以其对钻井液降滤失效果为评价依据。降失水率（相对于未加改性胶粉时钻井液失水下降%）越高，则其改性胶粉对钻井液亲合能力越强，相容性越好。试验结果如图1所示。图1结果表明，在深冷精细胶粉类型及加量不变的条件下，表面改性法更有利于提高深冷精细胶粉对钻井液的相容性和亲合力，能使之具有更好的降失水效果（降失水率高于20%）。因此，该研究拟采用表面改性法对不同规格深冷精细胶粉进行改性处理。

图2是不同表面改性剂对同种类型深冷精细胶粉改性效果对比结果。图2试验结果表明，7种表面改性剂中，B1、B6、B7对深冷精细胶粉改性效果较好，其中B1效果最优，可以大幅提高深冷精细胶粉对钻井液的降失水效果。因此笔者以B1对不同类型深冷精细胶粉实施表面改性，并探讨其改性深冷精细胶粉在钻井液中的应用及其对钻井液性能的影响。

2.2 改性深冷精细胶粉对钻井液流变性的影响

试验研究了相同加量、不同规格（80目、120目、200目）表面改性深冷精细胶粉对聚合物钻井液流变性及其相关流变参数的影响，结果分别如图3和表1所示。

表1 不同规格改性深冷胶粉对钻井液流变性参数的影响

图3和表1试验结果表明，向聚合物钻井液加入不同规格的改性胶粉，在加量相同的条件下，胶粉对聚合物钻井液流变曲线形状及流变参数值影响不大。

图1 不同改性方法对深冷精细胶粉降失水效果的影响

2.3 改性深冷精细胶粉对钻井液滤失性能的影响

1）改性深冷精细胶粉类别的影响 试验发现，改性胶粉可以有效降低钻井液的滤失量，尤其是对不分散聚合物钻井液降滤失效果好（见图4）。且加量相同时，胶粉目数越高，即其粒径越细，聚合物钻井液降滤失效果越好。

图3 不同规格表面改性深冷精细胶粉对聚合物钻井液流变曲线的影响

图4 改性深冷精细胶粉类别（不同目数）对聚合物 钻井液降失水效果的影响

2）改性深冷精细胶粉加量的影响 试验表明，在相同改性胶粉粒径（200目）条件下，当胶粉加量为2%时，聚合物钻井液降失水效果相对更好、更经济（见图5）。

3）改性深冷精细胶粉与惰性降失水剂（CaCO3）降失水效果对比 对比研究发现，与超细碳酸钙（600～1200目，一种惰性降滤失剂或储层暂堵保护剂）相比，在试验使用浓度范围内，改性深冷精细胶粉（200目）对聚合物钻井液降滤失效果更好（见图6）。

4）改性深冷精细胶粉与油溶性树脂降失水效果对比 就改性深冷精细胶粉与油溶性树脂（一种储层暂堵保护剂）对比而言，当胶粉加量大于2%后，其降滤失效果明显优于油溶性树脂（见图7）。

3 主要结论与认识

1）化学反应法、表面改性法及直接加入法中，表面改性法对深冷精细胶粉改性效果最好；在7种表面改性剂中，B1对深冷精细胶粉表面改性最优，可使改性胶粉降失水率提高20%以上。

图5 改性深冷精细胶粉（200目）加量对聚合物钻井液降失水效果的影响

图6 改性精细胶粉与碳酸钙对聚合物钻井液 降失水效果对比

2）经B1表面改性深冷精细胶粉对聚合物钻井液流变性曲线变化趋势及相关流变参数值影响不大。

3）表面改性深冷精细胶粉对聚合物钻井液滤失性能影响明显；随胶粉粒径变小，降失水效果愈好；相同粒径（200目）下，存在最佳使用量限（2%）；在相同用量下，其降失水效果优于超细碳酸钙；加量高于2%时，降失水效果优于油溶性树脂。显示其在钻井液降失水、储层保护等方面应用前景广阔。

图7 改性精细胶粉与油溶性树脂对聚合物钻井降失水效果对比

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