环保型β-环糊精聚合物微球高温降滤失作用机理

高温高压条件下钻井液滤失性的调控是保证钻井安全顺利的关键。针对传统降滤失剂环保性与高温降滤失性能难以兼顾的问题,以β-环糊精为单体,环氧氯丙烷为交联剂,通过反相乳液聚合法制备了环境友好的β-环糊精聚合物微球（β-CDP）。评价了不同温度热滚后的API滤失性能和高温高压滤失性能,并与几种典型的抗高温降滤失剂进行了性能对比,综合探讨了其滤失控制机理。研究表明,β-CDP在温度低于160℃时,降滤失性能优良;当温度超过160℃后,降滤失性能随着温度的升高进一步增强,240℃热滚后降滤失性能仍然突出,表现出与传统降滤失剂显著不同的特征。当温度低于160℃时,β-CDP主要通过吸水膨胀、增加泥饼压缩性、提高黏土分散稳定性等作用降低滤失量;当温度高于160℃时,β-CDP发生水热碳化反应,降解生成微纳米碳球以及与黏土颗粒相互作用生成纳米复合物,能够对泥饼的微纳米孔隙进行填充,有效降低泥饼的渗透性。β-CDP特有的这种"温度响应"特征,实现了将高温破坏处理剂的不利因素转变成滤失控制的有利条件。     

抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系

设计并研制了3种聚合物类水基钻井液抗高温处理剂,即弱交联结构两性离子聚合物降滤失剂、柔性聚合物微球纳米封堵剂和梳型聚合物润滑剂,构建了能够满足深部地层钻井的抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系。研究表明：弱交联结构两性离子聚合物降滤失剂具有良好的反聚电解质效应,200℃、饱和盐环境老化后API滤失量小于8 mL;柔性聚合物微球纳米封堵剂通过改善泥饼质量降低体系的滤失量,对纳米级孔缝具有良好的封堵效果;梳型聚合物润滑剂重均相对分子质量为4 804,具有多个极性吸附位点,高温高盐条件下润滑性能优异。构建的密度为2.0 g/cm³的钻井液体系流变性能良好,200℃的高温高压滤失量小于15 mL,高温静置5 d沉降因子小于0.52,对易水化岩屑的滚动回收率与油基钻井液接近,具有良好的封堵性能和润滑性能。     

耐温抗盐聚合物微球降滤失剂的制备与性能评价*

为揭示聚合物微球在钻井液中的性能特征,制备具有优良耐温抗盐性能的降滤失剂,以聚乙二醇水溶液为分散介质,丙烯酰胺、丙烯酸、多官能团丙烯酸酯为主要单体,聚丙烯酸为分散稳定剂,采用氧化还原引发体系,通过水分散聚合方法合成了微米级亲水性阴离子型交联聚合物微球。采用粒度分析、扫描电镜等方法表征了聚合物微球的粒径大小及形貌,研究了聚合物微球对钻井液性能的影响。结果表明,制备的聚合物微球为平均粒径小于10μm的球状颗粒材料,能有效降低钻井液滤失量,对钻井液流变性的影响较小,耐温性能优良,其起始分解温度为290.3℃。组成为4%膨润土+3%聚合物微球的钻井液经200℃老化16 h后的滤失量可保持在10.5mL。该聚合物微球降滤失剂具有优良的抗盐抗钙性能,组成为4%膨润土+3%聚合物微球的钻井液在加入NaCl或CaCl_2后的表观黏度、塑性黏度以及动切力变化较小,NaCl加量为2%和CaCl_2加量为1%时的滤失量分别为11.0、14.0 mL,显示出优良的抗盐(钙)污染能力。图3表6参10     

疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂的研制及作用机理

以制备的疏水缔合聚合物聚P(AM-NaAMPS-MA-b-St)为聚合物基体,纳米二氧化硅为填料,研制了一种具有核壳结构的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅微纳米降滤失剂FLR-1。借助FT-IR、SEM、TEM、粒径分布与比表面积测试和GPC实验,表征了FLR-1的分子结构、微观形貌特征和相对分子质量。通过API滤失和HTHP滤失实验测试了FLR-1的降滤失性能,探讨了其在水基钻井液中的降滤失作用机理。结果表明:新研制的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂有优异的降滤失作用,尤其是HTHP降滤失效果显著,200℃/16h的HTHP滤失量仅为20.5mL;此外,FLR-1也可显著改善钻井液体系的流变性能,且具有优良的抗盐能力。在高温高压环境下,具有独特微交联结构的FLR-1分子通过化学吸附作用、水化作用、疏水缔合作用及微纳米粒子自组装作用,能较好地稳定钻井液液相黏度,合理保持钻井液中固相粒子的粒径分布,形成薄而致密的泥饼,从而有效控制钻井液的HTHP滤失量。     

丙烯酰胺基交联聚合物微球的制备及其对钻井液性能的影响

为揭示水分散聚合方法制备的丙烯酰胺基交联聚合物微球的结构特征及其对钻井液性能的影响规律,以硫酸铵水溶液为反应介质,丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、甲基丙酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺复配物为交联剂制备了丙烯酰胺基交联聚合物微球。采用红外光谱、粒度分析等方法表征了交联聚合物微球的结构,研究了丙烯酰胺基交联聚合物微球对钻井液性能的影响。结果表明,交联聚合物微球的合成工艺条件对产物的降滤失性影响较小,但对产物在钻井液中的增黏作用影响显著。随AM和交联剂加量增加,聚合物微球对钻井液的增黏作用增强;存在对钻井液增黏作用最小的引发剂加量和AA与DMC摩尔比。采用水分散聚合方法可制备出平均粒径8.04μm(粒径范围2.43数53.72μm)的丙烯酰胺基交联聚合物微球。该交联聚合物微球对钻井液具有显著的降滤失作用和一定的增黏作用,耐温性能优良,150℃高温老化不会降低交联聚合物微球的降滤失作用,但可降低对钻井液的增黏作用,减小其对钻井液流变性的影响。     

抗温抗盐降滤失剂乳液的制备与评价

通过反相乳液聚合方法合成了四元聚合物类降滤失剂乳液BZ-JLS。实验结果表明BZ-JLS可抗盐至饱和、抗温至200℃,明显改善泥饼质量。在KCl基浆中对其降滤失剂效果进行了评价,可明显改善滤失量。降滤失剂乳液较常规降滤失剂合成条件更温和,控制更容易,合成乳液可直接加入钻井液体系中,大大方便了现场使用。     

聚合物微球降滤失剂的制备及性能评价

针对现有降滤失剂在高温高矿化度环境下失效等问题,选择具有苯环结构和磺酸基团的对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及丙烯酰胺等水溶性单体,以失水山梨糖醇脂肪酸酯（Span 80）、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（Tween 60）和液体石蜡为油相,采用反相乳液法制备聚合物微球。通过红外光谱仪、热重分析仪、激光粒度仪和扫描电子显微镜等对产物进行表征,研究了微球的溶胀性能、抗盐性能、老化性能、耐温性能和在岩心中的封堵性能。结果表明,聚合物微球具有光滑的球型外貌,粒径为2.82～10.26μm,在270℃开始热分解。微球在达到溶胀平衡后溶胀接近5倍,在高矿化度和高温环境中表现出良好的降滤失性能,抗老化性能良好。在岩心中的封堵降滤失效果较好,微球在大孔隙聚集并有效封堵。     

新型抗高温油基钻井液降滤失剂的研制与性能

通过二乙烯三胺对腐植酸进行酰亚胺化交联反应,再利用十八烷基三甲基氯化铵对其进行亲油改性,制备了抗温达220℃的油基降滤失剂DR-FLCA。借助红外光谱、扫描电镜和热重分析,表征了降滤失剂DR-FLCA的分子结构、微观形貌和热稳定性,并通过实验评价了降滤失剂DR-FLCA对抗高温高密度油基钻井液流变性、电稳定性和高温高压滤失性能的影响。结果表明:降滤失剂DR-FLCA分子结构上有具有乳化功能的酰亚胺基、酚羟基和醇羟基等基团以及亲油长链铵,该降滤失剂微观结构为质地疏松的纤薄层片状聚集体颗粒,热分解温度为248℃。加有降滤失剂DR-FLCA的密度为2.4 g/cm3的油基钻井液在220℃老化16 h后高温高压滤失量仅为8.6 mL,破乳电压高达1154 V,塑性黏度为69 mPa·s,动切力为7 Pa,证明该降滤失剂在抗高温高密度油基钻井液中具有良好的降滤失性能、辅助乳化性能和降黏作用,高温高压降滤失性能(200℃)略优于贝克休斯和哈里伯顿降滤失剂产品(高温高压滤失量分别为5.4、8.2、6.5 mL),泥饼更薄、更坚韧,且对比体系老化后电稳定性均有不同程度的降低。      

分散聚合法制备聚丙烯酰胺降滤失剂的研究

以丙烯酰胺为单体,通过分散聚合法制备了一种聚丙烯酰胺微球降滤失剂,并与水溶液聚合法、反相乳液聚合法分别合成的聚丙烯酰胺降滤失剂进行了对比。通过优化引发剂加量等方法,合成了可溶解的聚丙烯酰胺微球降滤失剂FA-25。该方法合成过程无毒、环保,无需进行后处理。通过透射电镜分析、热重分析、粒径分析、凝胶色谱法分子量分析等手段,对FA-25进行了结构表征研究,结果表明FA-25为球形,尺寸在40～200 nm范围内,分子量可以达到104 928,初始热分解温度200 ℃。在膨润土浆中加入1% FA-25后能够将中压滤失量降至13.8 mL,优于水溶液合成的产品及反相乳液法制备的产品。此外,产品抗温性能良好,可以抵抗200 ℃的高温,具有良好的应用前景。      

基于聚合物微球的复合降滤失剂的制备与性能评价

为制备耐温抗盐性能优良的钻井液降滤失剂,以丙烯酰胺、丙烯酸和多功能团丙烯酸酯为主要原料制备了聚合物微球（PMS）,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮为主要原料制备了线性聚合物（PAAN）,采用PMS与PAAN复合的方法制备了聚合物微球复合钻井液降滤失剂（CLS）。采用热重分析、扫描电镜、Zeta电位分析和钻井液性能测试等方法评价了CLS的性能。结果表明,由PMS和PAAN复合而成的降滤失剂CLS组分间具有协同效应,降滤失作用好于任一单一组分。CLS对钻井液流变性的影响小,降滤失效果优良。对于膨润土含量为4%的钻井液,CLS加量在0-1%范围内变化时表观黏度变化幅度在±2.0 mPa·s以内,加量为0.6%时钻井液滤失量可降至6.0 mL。CLS起始分解温度为276℃,组成为4%膨润土+1.2% CLS的钻井液经180℃老化16 h后的滤失量保持在9.0 mL;在加入6%的NaCl后滤失量仅由5.5 mL增至7.0 mL,表现出优异的耐温抗盐性能。     

梳型聚合物降滤失剂的合成及其在深井盐水钻井液中的应用

针对当前抗温抗盐聚合物降滤失剂在高浓度盐、二价盐存在下降滤失性能不够好的问题,以烯丙基聚氧乙烯醚400、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,采用水溶液聚合法合成得到无色透明黏稠的液体梳型聚合物降滤失剂DMP-1,其有效含量为30%。对其进行结构表征表明,大分子单体APEG400与单体AMPS、AM参与了反应,形成了梳型聚合物,且聚合反应进行完全。热重分析表明,该聚合物热分解温度为310℃。与常见抗温抗盐聚合物降滤失剂DSP-2、Driscal D、PAMS601进行的对比评价结果表明,该降滤失剂水溶液180℃高温老化后黏度降低率小于42.0%,抗温达200℃,抗盐达饱和,抗氯化钙达3%,与DSP-2等常见抗温抗盐聚合物降滤失剂相比,其抗饱和盐、抗钙离子的效果更加显著。在涪陵地区泰来201井和永兴1井三开盐膏层段及四开高温井段钻进中的应用表明,在高温、含盐、含Ca2+情况下降滤失效果显著,降低了盐水/钙处理钻井液的API滤失量和高温高压滤失量,保证了安全施工,在深井、饱和盐水/钙盐钻井液中具有良好的应用效果。      

钻井液用淀粉微球降滤失剂的制备及性能评价

针对常规的淀粉类处理剂抗温能力不足的缺点,以可溶性淀粉为原料,N-羟基琥珀亚酰胺（NHC）为交联剂,采用乳液聚合方法,合成了一种环保型淀粉微球。采用傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、热重分析仪、Nanobrook粒度-Zeta电位测试仪等对其进行表征。实验分别评价了,其在淡水基浆、盐水基浆和氯化钙基浆中的降滤失性能,并考察其抗温能力。实验表明,新研制的淀粉微球颗粒大小较均匀,呈圆球状,粒径约为50 nm,热稳定性好;150℃热滚后,加入1%淀粉微球,可分别使4%膨润土基浆、10%盐水基浆、1% CaCl₂基浆的API滤失量分别下降70%、55%和60%。且对钻井液流变性影响较小,在降滤失能力、抗温和抗盐方面均优于常规的淀粉类降滤失剂。      

水基钻井液用抗高温降滤失剂的合成与性能评价

钻井液用降滤失剂在高温、盐水等复杂环境下失效是深井、超深井钻探开发过程中遇到的突出问题。采用丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为原料,合成了水基钻井液用抗高温降滤失剂JLS200,并对其进行了红外光谱和热重分析,评价了其在钻井液中的性能。结果表明,所合成的抗高温降滤失剂热稳定性好,抗温达200℃,抗盐至饱和;在KCl钻井液中具有良好的配伍性,滤失量低、流变性好,加入1% JLS200后,200℃老化后的API滤失量由12 mL降至3.2 mL,高温高压滤失量由54 mL降至15 mL,高温老化前后钻井液黏度和切力变化不大。该钻井液用降滤失剂具有较好的应用前景。      

基于季戊四醇的超支化降滤失剂的合成及性能评价

针对现有的降滤失剂在使用过程中存在对钻井液流变性影响大、抗温和抗盐能力不足的问题,以季戊四醇为核心结构的多烯基单体四烯丙基醚（PPTE）,与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、丙烯酰胺（AM）为原料,通过自由基聚合反应合成一种基于季戊四醇的超支化降滤失剂PPAAN-1。在正交实验的基础上,进一步考虑四烯丙基醚加量对降滤失剂的表观黏度的影响,最终确认了降滤失剂PPAAN-1的最佳合成条件:PPTE加量为17%、AMPS∶AM∶NVP=2∶6∶1、反应温度为55 ℃、引发剂（AIBN）为0.2%。在室内评价其降滤失效果、流变性能、热稳定性能以及其对滤饼质量的影响。实验结果表明,与国外降滤失剂Driscal D和DrisTemp相比,降滤失剂PPAAN-1对钻井液流变性能影响小,同时拥有良好的热稳定性能以及降滤失效果,其热降解温度高达302.29 ℃,在30%氯化钠盐水浆（1%PPAAN-1）中的API滤失量（220 ℃老化后）为9.8 mL、高温高压滤失量（150 ℃）为18.5 mL;在高温高矿化度的条件下降滤失剂PPAAN-1可形成网状结构,并吸附在黏土表面,提高钻井液中黏土颗粒粒径的分布范围,从而形成致密的泥饼,以达到降滤失的目的。      

爆聚法合成抗高温抗盐水基降滤失剂及性能评价

为了克服水相聚合法产物含量低、烘干过程分子量易增大和高能耗等问题,通过爆聚法利用单体苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸分别与丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵合成制备了抗高温抗盐降滤失剂WS-1和WS-2。借助红外光谱（FT-IR）和热重分析（TGA）,表征了降滤失剂的分子结构和热稳定性,并且进行了降滤失剂在高温高盐水基钻井液中的流变性和高温高压滤失性能的影响实验。结果表明,具有刚性苯乙烯磺酸钠分子链段的降滤失剂WS-2具有良好的高温稳定性,热分解温度为310℃,降滤失剂WS-2在220℃饱和盐水基钻井液中高温高压滤失量为7.6 mL;具有大分子支链2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸链段的降滤失剂WS-1热分解温度为270℃,200℃饱和盐水基钻井液中高温高压滤失量为1.6 mL;利用爆聚法合成的降滤失剂WS-1和WS-2均具有良好的抗温抗盐性能。      

几种新型抗高温降滤失剂对钻井液粒度分布的影响

降滤失剂作用机理的研究对高温深井钻井液的应用有着指导性的意义,对照传统钻井液降滤失剂综合评价3种新型抗高温降滤失剂Redul-200、JNJS-220以及CPF的性能。3种新型降滤失剂较传统降滤失剂SMP-1、SMP-2、SMP-3、PSC-2及SPNH有着良好的降滤失性能和流变性。通过分析钻井液体系的粒度分布来研究这3种新型降滤失剂的作用机理。降滤失剂Redul-200是一种聚合物和惰性固相颗粒的混合物,降滤失剂JNJS-220中含有亚微米级固相颗粒,降滤失剂CPF拓宽了钻井液固相颗粒粒径分布范围(亚微米级~100微米级)。通过在2口风险探井施工中的应用,这3种新型降滤失剂有效地控制了滤失量,保证盲区地层施工顺利进行。     

抗高温抑制性有机硅降滤失剂的合成与评价

为了解决高温深井井壁失稳问题,以AM、SSS、DMC、A171为聚合单体合成了抗高温抑制性有机硅降滤失剂.含有2％有机硅降滤失剂的钻井液在180℃下热滚后,其FLAPI仅为7.8 mL,降滤失剂分子中含有刚性基团(苯环)、功能基团(水化基团、吸附基团)使其具有良好的抗高温性能以及降滤失性能.页岩在含有1％有机硅降滤失剂...     

抗高温微交联聚合物降滤失剂的制备与性能评价

为提高聚合物降滤失剂耐温抗盐性和与高密度高固相深井钻井液体系的配伍性,以自制的六烯基单体TDED为交联剂,与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基共聚反应,制得微交联共聚物降滤失剂PTAPN。通过红外光谱仪表征了产物结构,研究了PTAPN的抗温耐盐性及与不同密度钻井液的配伍性。结果表明,产物分子结构与设计相符。PTAPN在高温、高矿化度环境中具备良好的降滤失性能。加入2%PTAPN后,淡水与复合盐水基浆240℃老化前后的黏度增加,滤失量大幅降低。PTAPN与不同密度水基钻井液的配伍性良好,可有效控制密度为2.30 g/cm3的加重钻井液在高温环境中的流变性与滤失量。当老化温度为240℃时,加重钻井液的API滤失量与高温高压滤失量分别为2.6 mL和12.6 mL,远小于含常规线性聚合物降滤失剂的钻井液。PTAPN适于作为高温高密度钻井液体系的降滤失剂。     

氧化石墨烯新型抗高温降滤失剂的合成与评价

为了解决改性石墨烯产品单独作为处理剂时加量大、成本高的问题,通过氧化石墨烯（GO）与丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、醋酸乙烯酯（VAC）共聚,制备了氧化石墨烯/聚合物降滤失剂GOJ。借助红外谱图和透射电镜照片做的结构表征表明,GOJ中含有五元环结构和酰胺基、磺酸基、羟基等官能团,相对分子质量在3.63×105左右,微观下为颜色较深的平整的片状结构。性能测定结果表明,新研制的GOJ降滤失性能好,在淡水基浆中加入0.2% GOJ,可使API滤失量降低70%,降滤失能力优于聚合物类降滤失剂PAMS601和JT888等;GOJ具有较强的耐盐性能和优异的高温降滤失能力,耐盐可至饱和,同时在相同加量下,GOJ在180℃、200℃和220℃下的降滤失能力均优于国外产品Driscal-D;氧化石墨烯可以提高GOJ的耐温性能,当GOJ中氧化石墨烯含量为0.32%时,其抗高温能力提升约20℃,并且随着氧化石墨烯含量的增加,高温下的降滤失能力逐渐增强。GOJ可以用作水基钻井液的抗高温抗盐降滤失剂。      

耐240℃高温水基成膜钻井液的室内研究

为解决深井井壁失稳及钻井液流变性不稳定、滤失量大的问题,通过引入无机成膜剂和有机成膜助剂稳定井壁,研发出一套耐240℃高温水基成膜钻井液体系。通过正交实验优选体系配方,利用光学显微镜观察页岩表面成膜,通过页岩热滚回收实验、泥球浸泡测试实验、高温高压滤失测试、粒度分析、扫描电镜等测试对钻井液的页岩表面成膜特性、抑制性、流变性能和滤失量进行了室内研究。结合泥饼微观形貌特征进行理论分析,完成了钻井液性能评价,获得了性能稳定的耐高温成膜钻井液配方。结果表明,在240℃下体系流变性能稳定、动切力合理,滤失量低（240℃老化后API滤失量为5.6 mL,200℃高温高压滤失量为14 mL）,泥饼薄韧,成膜性能好,且具有良好的抑制性和封堵能力,有望在深井或高温地热钻探施工中应用。