低生物毒性高温聚合物钻井液体系研发及应用北大核心CSCD

海洋环境保护及高温深井钻井作业给钻井液施工及废弃物处理带来了严峻挑战。在调研分析高温聚合物处理剂及钻井液体系研究现状及存在问题的基础上,以合成的高温聚合物降滤失剂和增黏剂为主剂研发了低生物毒性高温聚合物钻井液体系,该钻井液体系配方为:2.0%~3.0%聚合物降滤失剂+0.25%~0.50%聚合物增黏剂+高温稳定剂+纳米封堵剂+聚合醇抑制剂+加重剂。性能评价结果表明,所研发的钻井液体系抗温200℃,生物毒性LC50值大于10×104 mg/L。目前该钻井液体系已在冀东油田、辽河油田、北黄海海上油田等10余口井取得成功应用,具有较好的推广应用价值。     

双保型油田水无固相钻井液体系

针对塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层开发过程中,常规聚磺钻井液体系含不酸溶固相漏失后污染储层,磺化类处理剂不符合绿色开发理念等技术难题,因地制宜地引入油田水配制无固相钻井液,避免了固相对储层的损害,并优选出了抗高温抗钙增黏剂、流型调节剂、抗高温抗钙聚合物降滤失剂等关键处理剂,开发出了双保型油田水无固相钻井液体系。室内评价数据显示,该钻井液抗温可达150℃,动塑比高达0.68～0.76 Pa/mPa·s,生物毒性指标EC₅₀高达28 600 mg/L,生物降解指标BOD₅/COD_Cr高达21.35%,为无毒易降解钻井液体系,动态渗透率恢复值高达91.8%,具有良好的储层保护性能。研发的双保型油田水无固相钻井液体系成功在10多口深侧钻井应用,应用效果显著。     

环保型聚合物钻井液抗温增效剂的研制与性能评价*

针对当前聚合物钻井液处理剂抗温性能较差,无法满足深层、超深层高温钻井要求,以及环保对部分磺化材料的使用受限等问题,以N,N-二甲基胺、草酸、CA催化剂为单体,通过优化合成单体配比、反应温度和时间,利用溶液聚合方法制备了抗温增效剂HAS,评价了HAS在包被剂聚丙烯酰胺钾盐KPAM、抗高温聚合物增黏降滤失剂driscal-D、抗温抗盐增黏剂BDV-200S等10余种聚合物溶液、低黏羧甲基纤维素钠盐LV-CMC膨润土钻井液、聚合物氯化钾钻井液体系中的抗温增效性能,并采用生物发光细菌法检测了HAS的生物毒性。研究结果表明,N,N-二甲基胺、草酸、CA催化剂摩尔比1∶3∶2、反应温度70℃、反应时间8 h的条件下制备的HAS产率最高,达98%。抗温增效剂HAS对大部分聚合物溶液具有明显的抗温增效作用,能将BDV-200S聚合物的抗温能力由180℃提高到220℃以上,将LV-CMC膨润土钻井液的抗温能力由80℃提高至150℃,聚合物氯化钾钻井液体系的抗温能力可达150℃。加入HAS后钻井液的流变性能稳定、黏度保留率高,与老化前相当,API滤失量降低了50%以上,抑制性能大幅度提高。该增效剂经过生物发光细菌法测定EC(50)为2.76×10~5mg/L,无生物毒性。表8参10。     

抗高温饱和盐水无黏土相钻井液室内研究

为满足高温盐层快速钻进和保护储层的需要,通过对增黏剂、交联剂、降滤失剂、润滑剂和防塌抑制剂优选,得到抗高温饱和盐水无黏土相钻井液配方:饱和盐水+0.2%Na₂CO₃+1.2%增黏剂SSDP+0.4%增黏剂DDL+0.4%增黏剂PAM+0.3%四硼酸钠+3%降滤失剂SL-Ⅱ+3%超细碳酸钙+1%润滑剂HL-8+2%防塌剂AP-1。室内性能评价表明,该钻井液抗温性较好,耐温达170℃;密度为1.22 g/cm³;抗劣质土污染能力较好,抗污染容量达10%:极压润滑系数为0.0388,与油基钻井液接近,润滑性能较好;钻屑在钻井液中的回收率高达96.84%,黏土在钻井液中的膨胀率远小于清水,防塌抑制性能较好;岩心渗透率恢复率>90%,储层保护效果较好.     

纳微米防塌钻井液技术的研究与应用

为了解决南堡深层泥页岩因纳微米级孔缝发育而易发生井壁失稳的问题,通过对纳微米级封堵材料的优选,确定了配方为3%膨润土浆+1.2%增黏剂DSP-2+6%降滤失剂SPNH+3%降滤失剂SMP-I+1%降黏剂SMT+0.5%聚胺抑制剂AI-1+0.8%热稳定剂Na_2SO_3+1%微米封堵剂FT3000+5%抑制剂KCl+2%防水锁剂HAR-D+2%纳米封堵剂HSM+3%亚微米固壁剂HGW的纳微米防塌钻井液体系,研究了该钻井液体系的滤失性、封堵性以及防塌抑制性等性能。结果表明,2%纳米级胶束封堵剂HSM与3%亚微米级固壁剂HGW复配使用可使基浆的膜效率从0.21提高到0.38,使纳微米级滤膜的滤失量降低35%以上,同时能降低PPT滤失量和初始滤失速率,大幅度减缓了对泥页岩的压力传递时间。该钻井液体系具有良好的降滤失性、封堵性和抑制性,在150℃下老化16 h后的API滤失量和HTHP滤失量分别为3.7 mL和11 mL,膨润土压片在该钻井液中的24 h线性膨胀率仅为13.29%,泥岩岩屑在该钻井液中150℃下热滚16 h后的回收率高达93.3%。该体系在南堡油田矿场试验中取得了显著效果,井眼质量得到有效改善,未发生垮塌、掉块等井壁失稳情况,机械钻速较邻井提高了35.29%,实现了深层泥页岩的井壁稳定与优快钻井的多重目的。     

抗高温无机/有机复合纳米降滤失剂室内研究

针对现有合成聚合物或天然改性高分子降滤失剂易高温降解而失效的难题,采用细乳化聚合方法合成了一种以无机纳米SiO2粒子为联接基、以—C—C—键为分子主链的两亲嵌段聚合物复合纳米降滤失剂NFL-2。—C—C—键分子主链上的吸附基团为酰胺基（20%~30%）,主水化基团为磺酸基（40%~50%）,次水化基团为羧基（10%~15%）,疏水基团为苯乙烯基（0.5%~5.0%）。文中评价了NFL-2在钻井液中的降滤失性能,结果表明：NFL-2在钻井液中的黏度效应小,热稳定性好,抗盐抗钙能力强,用该降滤失剂处理的钻井液在220℃高温老化后其滤失量仍然较低。最后讨论了NFL-2的高温降滤失机理,认为主要是纳米SiO2的高温稳定作用和NFL-2的成膜阻水作用。     

水溶性两性聚合物的研究及其在油田开发中的应用

综述了水溶性两性离子聚合物在钻井液处理剂(降滤失剂、增黏剂、降黏剂、包被抑制剂)、堵水调剖剂、强化采油驱油剂、固井水泥外加剂、压裂液添加剂、油田水处理剂等方面的应用现状(包括组成、制备方法和作用机理及应用情况),并展望了水溶性两性离子聚合物在油田开发中的应用前景.参62     

处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性影响

为实现废弃聚磺钻井液的高效处理,以配方3%膨润土+3%SMP-2(抗高温降滤失剂)+3%SMC(抗高温降滤失剂)+3%SPNH(降滤失剂)+0.3%FA-367(包被剂)+0.2%XY-27(降黏剂)+3%磺化沥青(抑制剂)的聚磺钻井液为基础,通过采用近红外扫描分散稳定性分析仪测试聚磺钻井液体系的分散稳定性、用稳定性动力学指数TSI值定量表征钻井液的胶体稳定性,研究了各类处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性的影响。通过测定钻井液体系表观黏度与Zeta电位,分析了各类处理剂对钻井液胶体稳定性的影响机制。结果表明:各类处理剂均会影响聚磺钻井液体系的胶体稳定性;未加抑制剂的钻井液对应的TSI增加了88.5%,表观黏度降低了74%,Zeta电位绝对值降低了9.2%;未加两性离子类包被剂和降黏剂的钻井液对应的TSI减少了46.2%,表观黏度降低了51.9%,Zeta电位绝对值增加了16.1%;未加抗高温降滤失剂SMP-2和SMC的钻井液对应的TSI减少了42.3%,表观黏度增加了10.4%,Zeta电位绝对值减少了33.3%;未加降滤失剂SPNH的钻井液对应的TSI减少了19.2%,表观黏度减少了23.4%,Zeta电位绝对值减少了8%。磺化沥青类抑制剂主要通过改变表观黏度影响钻井液体系的胶体稳定性,包被剂、降黏剂、以及稀释剂主要通过改变Zeta电位影响体系的胶体稳定性,降滤失剂则通过同时改变黏度和Zeta电位影响钻井液体系的胶体稳定性。     

阳离子烷基糖苷钻井液在长南水平井的应用

针对陕北长南地区水平井开发的地质特点与工程情况,选用新型阳离子烷基糖苷(CAPG)钻井液体系进行试验。该钻井液体系以天然改性材料和聚合物材料为主剂,具有良好的抑制和润滑性能,生物毒性低,配方如下:30~50 kg/m3CAPG+40 kg/m3烷基糖苷+聚合物增黏降滤失剂(COP-HFL)+聚合物降滤失剂(COP-LFL)+羧甲基纤维素钠+60~80 kg/m3KCl(或60~80 kg/m3硅甲基防塌剂)+10~20 kg/m3沥青类+适量Na OH。CAPG钻井液在靖南72-13H1井、高桥26-126H井和高桥46-118H1井进行了现场应用,较好地解决了造斜段和水平段钻遇泥岩、砂泥岩、碳质泥岩和煤层等地层时的井壁失稳、托压和卡钻等井下复杂问题,并有利于油气层保护和环境保护。     

不同油水比油基钻井液滤失性能的影响因素

为了揭示油基钻井液侵入地层后对钻井液滤失性的影响,通过调整油水比来模拟地层水侵入钻井液的体系,研究了有机土、降滤失剂(磺化沥青、氧化沥青、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合物降滤失剂、有机胺改性腐殖酸及其复配)和温度对钻井液体系滤失性的影响,用显微镜观察了加入有机土前后不同油水比钻井液的微观形貌。结果表明,随着油水比的降低,钻井液高温高压滤失量呈降低趋势;有机土和降滤失剂均会降低钻井液的高温高压滤失量,降滤失剂复配后的降滤失效果好于单一降滤失剂,其中聚合物类和沥青类复配降滤失剂的降滤失效果最好;随着温度的升高,钻井液的高温高压滤失量逐渐增大;比较加入有机土前后不同油水比钻井液的微观形貌可见,随着油水比的降低,有机土在油基钻井液体系中作为悬浮剂和增黏剂的降滤失效果愈加明显。通过合理选择降滤失剂及有机土种类和加量可以有效调节油基钻井液的高温高压滤失量。     

一种耐高温交联淀粉钻井液降滤失剂的制备与评价

针对常规钻井液降滤失剂耐高温性能不足的缺点,以玉米淀粉为原料,以三偏磷酸钠为交联剂,采用交联反应的方法,合成了一种耐高温的交联淀粉钻井液降滤失剂,并采用六速旋转黏度计、泥浆失水测定仪等设备评价其性能。实验结果表明:采用三偏磷酸钠为交联剂制备的交联淀粉具有良好的耐温性能,当钻井液中交联淀粉质量分数为1.5%时,在160 ℃的条件下仍具有较好的降滤失性能,API滤失量为11.0 mL,黏度为33.5 mPa·s,与羧甲基淀粉降滤失剂相比,该降滤失剂抗高温效果明显,且不增黏。在西南油田元坝区块某评价井应用结果表明,在150 ℃条件下有效降低了钻井液的滤失量,同时控制了钻井液黏度,提高了钻井液整体耐温性能,现场应用效果良好。该研究成果对交联淀粉钻井液降滤失剂的制备具有一定的参考价值。     

抗高温无黏土相钻井液体系研究与性能评价

为了使钻井液摆脱对黏土的依赖,较好地保护油气储层和提高钻井速度,通过引入磺酸基团和阳离子单体,合成了增黏降滤失剂SSDP;对增黏剂、降滤失剂、润滑剂和防塌抑制剂进行优选和复配,研制出了抗高温无黏土相钻井液,并对其进行了性能评价。结果表明:所研制的钻井液具有较好的抗温性能,耐温能力达160℃;具有较好的抗劣土污染能力,抗劣土污染容量限达到10%以上;润滑能力接近油基钻井液水平;岩心渗透率恢复率大于90%,具有较好的储层保护效果。由性能评价结果可以看出,该钻井液较好地解决了以往无黏土相钻井液在高温下聚合物降解造成的黏度下降问题,保证了钻井施工的安全进行,具有较好的经济效益。      

高效封堵性水基钻井液体系研究

渤海油田蓬莱油田群储层具有中高孔渗的储集特征,对钻井液的封堵性能提出更高的要求。室内通过对增黏剂、降滤失剂、抑制剂、封堵剂的优选及评价,研究出一套适合蓬莱油田群的高效封堵水基钻井液体系,并对体系的综合性能进行了评价。实验结果表明,该体系的承压封堵能力强,当起始压力为15 MPa时,30 min的滤失量仅为7.5 m L。体系同时具有良好的流变性能和降滤失性能。体系中加入12%的钙土后,各项参数变化幅度整体较小,具有良好的抗污染能力。天然贝雷岩心使用钻井液体系污染后渗透率恢复值在90%以上,具有良好的储层保护效果。     

超高温水基钻井液技术在超深井泌深1井的应用

针对超深井钻井中存在的高温稳定性以及流变性、滤失性控制等钻井液技术难题,通过进行分子结构设计、单体优选和制备条件优化,研制出了抗高温抗盐聚合物降滤失剂和降黏剂,对比评价结果表明,研制出的降滤失剂的抗高温、抗盐抗钙和降滤失性能均优于国内外同类产品;研制出的降黏剂在各种钻井液基浆中的高温降黏效果明显优于国外的降黏剂.结合河南油田泌深1井深层钻井,对钻井液高温稳定性和防塌技术的需求,研制出了抗温达245℃的超高温水基钻井液,其具有高温稳定性强、润滑性好以及页岩抑制能力、封堵能力及抗污染能力强等优点.应用结果表明,应用井段起钻无挂卡,下钻能顺利到底,没有发生长段划眼情况;在井底241℃超高温条件下钻井液性能稳定;钻井周期短,钻井液成本较低.     

抗高温钻井液增黏剂的研制及应用

以N-乙烯基己内酰胺为温敏性单体,对苯乙烯磺酸钠为亲水性单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用自由基胶束乳液聚合法研制出了一种抗高温钻井液聚合物增黏剂.通过正交试验确定了最佳合成条件,借助元素分析、凝胶色谱分析、热重分析和急性生物毒性实验分别表征了该增黏剂的元素组成、相对分子质量、热稳定性和EC₅₀值,研究了其在水基钻井液中的增黏性能及温敏特性,探讨了增黏机理,优化出了一套适用于环渤海湾地区的可排放水基低密度抗高温钻井液体系,并进行了现场试验.结果表明:该聚合物增黏剂具有优异的增黏性能、热稳定性及温敏特性,在淡水基浆和盐水基浆中经220℃、16h老化后的表观黏度保持率分别为90.81% 和95.95%,EC₅₀值为15.529×10⁴mg/L,满足可排放海水基钻井液技术要求;新研制出的聚合物增黏剂在环渤海湾地区冀东油田深部潜山储层现场的成功应用表明该处理剂能够在深部超高温地层、低膨润土含量及低密度钻井液体系中有效发挥增黏作用,同时也有效地解决了以大量消耗常规磺酸盐共聚物等钻井液处理剂为代价的钻井液日常性能维护问题.     

甲酸铯盐水与钻井液处理剂配伍性研究

甲酸盐钻井液体系早已在国内外广泛使用,目前我国主要使用甲酸钾和甲酸钠钻井液体系,而对甲酸盐的另一种稀有金属盐——甲酸铯体系则尚未见到进行现场应用以及与钻井液中增黏剂、降虑失剂等处理剂配伍性研究的报道。为研制甲酸铯钻井液体系,并为优选合适的甲酸铯钻井液处理剂提供依据,进行了一系列甲酸铯盐水与钻井液的增黏剂、降滤失剂配伍性实验研究;考察了甲酸铯盐水与增黏剂、降滤失剂的配伍效果并对配伍后的性能进行了实验评价。结果表明:黄原胶、Antisol FL-10、Dristemp及ExStar HT与甲酸铯盐水具有较好的配伍性,可用于甲酸铯钻井液体系;而Driscal-D在甲酸铯盐水中发生交联成片状,配伍性较差。     

控流管路中降滤失剂的合成与性能研究

针对高压喷射钻井时,传统阴离子降滤失剂不能克服水眼黏度的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和丙烯酸钾（AA）为原料,在控流管路中共聚得到钻井液降滤失剂AMPS/AM/AA,确定AM与AMPS、AA与AMPS之间的最优投料比为7:6:1,总单体浓度为17%。考察了共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液和饱和盐水钻井液中的降滤失及流变性能。结果表明:在控流管路中合成的聚合物黏度低于同条件下釜式反应中合成的,解决了传统阴离子降滤失剂使水眼黏度过高的问题;AMPS/AM/AA能使高矿化度水基钻井液的滤失量降低94%,在淡水基浆、盐水基浆和饱和盐水基浆中,共聚物均表现出较强的降滤失性能和较弱的增黏性能;热稳定性分析及高温老化评价表明,AMPS/AM/AA可抗330℃的高温,满足现场对高温钻井液的要求。      

一种新型油基钻井液用高温降滤失剂的研制

本研究采用C5石油树脂和EVA树脂(乙烯-乙酸乙烯共聚物)为主要原料,制备新型油基钻井液用降滤失剂。相对于传统沥青类材料,其在环保和油基钻井液流变性和稳定性方面有明显提升。实验评价了新型降滤失剂油基钻井液体系的性能:包括流变性能、电稳定性、HTHP滤失量、沉降稳定性、滚动回收率、抗污染性和生物毒性实验等。实验结果表明:新型降滤失剂在油基钻井液体系中温度可达240℃、最高密度满足2.4 g/cm3;水相浓度范围(10%~30%)条件下,流变性能稳定;电稳定性良好;HTHP滤失量10 m L,且可调性较高。     

超高温钻井液体系研究(Ⅰ)——抗高温钻井液处理剂设计思路

在分析抗高温钻井液处理剂研制的难点及高温对聚合物的要求的基础上,提出了抗高温(≥220 ℃)聚合物处理剂的分子设计思路,并通过引入主导官能团和非主导官能团的概念,形成了超高温聚合物处理剂的分子设计思路.根据分子设计提出了用自由基聚合合成烯基单体聚合物处理剂(包括降滤失剂、增黏剂、解絮凝剂和分散剂),通过分子的化学修饰合成抗盐抗高温高压降滤失剂,并对合成超高温处理剂原料的选择进行了探讨.     

控制水基钻井液高温高压滤失量的方法及途径

高温高压滤失量是钻井液性能的重要指标之一,该指标对现场井下安全、稳定至关重要。如何有效、合理地降低高温高压滤失量,通过合适的方法和途径把高温高压滤失量降到8 mL以下,值得思考和研究。在调研了近几年报道的低高温高压滤失量钻井液体系相关文献的基础上,提出降低钻井液高温高压滤失量的综合措施,分析了高温降滤失剂和封堵剂的现状,探讨了控制高温高压滤失量的方法和途径,包括研究高温高压降滤失剂和封堵剂的作用机理及其配伍性,达到处理剂种类尽量少且高效,从而降低成本和工作量的目的;合理使用酚醛树脂、褐煤类处理剂、磺化沥青、高温抗盐降滤失剂SPX树脂或含有AMPS单体的聚合物降滤失剂及含有有机、无机成分的较低成本的聚合物降滤失剂,来控制高温高压滤失量。