表面具有不同官能团的可分散二氧化硅纳米微粒对钻井液滤失性能的影响*

目前不同类型的硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅在水基钻井液中的降滤失性研究尚不十分充分,其与商用降滤失剂的配伍性也有待进一步研究。因此,本文通过API滤失实验分别研究了带有氨基、双键和环氧基团的纳米二氧化硅(分别记作SiO_2-A、SiO_2-D和SiO_2-E)与商用降滤失剂(酚醛树脂、磺化沥青、低黏度CMC和腐殖酸钾)复配后对水基钻井液滤失量的影响及它们的配伍性。借助红外光谱仪、透射电子显微镜和接触角测量仪分别研究了3种表面修饰剂的分子结构、二氧化硅纳米微粒的形貌及纳米微粒的亲/疏水性能。研究结果表明,SiO_2-D与低黏度CMC和腐殖酸钾分别按质量比2∶1和1∶1复配后钻井液滤失量较单独使用商用降滤失剂分别减少41%和29%。180℃老化后,SiO_2-D与腐殖酸钾之间仍具有较好的配伍性,其滤失量与单独使用腐殖酸钾相比减少28%。SiO_2-D与腐殖酸钾之间较好配伍性的原因在于腐殖酸钾含有的极性基团(如—OH、—OCH_3、=CO等)能与SiO_2-D表面的羟基进行氢键吸附,能够较好地稳定钻井液黏度,合理保持钻井液中固相粒子的粒径分布,在滤失过程中形成薄而致密的泥饼,从而有效地控制钻井液的API滤失量。图24表2参30     

高温无机/有机复合纳米降滤失剂NFL-1研究

采用细乳化法合成的降滤失剂NFL-1是一种以无机纳米二氧化硅粒子为联接基,以-C-C-键为分子主链的两亲嵌段聚合物无机/聚合物纳米复合材料。-C-C-键分子主链上吸附基团为酰胺基(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%)。对其在钻井液中的降滤失性能进行了评价,结果表明,NFL-1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最高在220℃高温老化后其滤失量仍然较低。讨论了NFL-1的主要高温降滤失机理是纳米SiO2的高温稳定作用和NFL-1成膜阻水作用。     

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。     

一种新型抗温抗盐聚合物降滤失剂的室内研究

为了解决现阶段降滤失剂在高温、高盐条件下的降滤失效果差等问题,室内采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC),N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)等单体为原料,合成并优选了一种聚合物降滤失剂PAA-330。通过红外表征可知产物满足设计要求,并在室内评价了其各项性能。结果表明:其在淡水浆、盐水浆和饱和盐水浆中,API失水量均在5 mL以下,HTHP滤失量在16 mL以下,表明该剂在高温、高盐条件下均具有良好的降滤失效果。该降滤失剂的热分解温度为304℃,热稳定性良好,能够满足井下较高的井底温度。在复合盐水钻井液中加量2%,经200℃老化后滤失量仍在15.8 mL,且对钻井液流变性无明显影响,表明其耐温性能优异,与钻井液配伍性良好,未来前景广阔。     

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。     

新型高温抗盐降滤失剂RSTF的研究

深井钻井要求钻井液具有抗高温、抗可溶性盐污染的能力。研制了高温抗盐降滤失剂RSTF,该剂是由两种以上的聚合物单体与腐殖酸接枝共聚制成。对RSTF在不同钻井液体系中的HTHP降滤失性能,抗盐、石膏、水泥污染性能及与其它处理剂的配伍性进行了评价。RSTF能显著降低水基钻井液在各种条件下的HTHP滤失量,具有较强的抗盐、钙污染能力,抗温达220℃。     

钻井液用β-环糊精聚合物微球降滤失剂的制备

针对现有环保型降滤失剂高温下易失效的问题,以β-环糊精为原料,ECH为交联剂,采用反相乳液聚合法合成一种环保型高温降滤失剂β-环糊精聚合物微球。分别采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、粒度分布等测试方法对产物进行结构表征,并对高温降滤失性能进行评价。研究表明,β-环糊精聚合物微球粒径较为均匀,圆球度较好,平均粒径为42.88 μm,热稳定性较β-环糊精显著提高。180、200℃热滚后,有效降低膨润土基浆的滤失量,优于典型的抗高温降滤失剂;200℃热滚后高温高压降滤失效果突出。此外,β-环糊精聚合物微球对钻井液的流变性能影响很小。β-环糊精聚合物微球可以吸附大量水分子形成可变形的弹性微球,降低体系自由水含量,提高泥饼的压缩性。更重要的是,β-环糊精聚合物微球在高温下发生一定程度的降解,生成纳米颗粒,封堵泥饼孔隙,有效降低滤失量。β-环糊精聚合物微球高温降滤失性能优良,作用机理独特,显示出良好的应用前景。      

成膜性聚合物钻井液降滤失剂的研制及评价

通过乳液聚合制备出一种两亲性聚合物,配合宏观和微观搭桥剂,构成了一种聚合物基成膜性钻井液降滤失剂,介绍了该处理剂的作用机理.红外光谱分析结果表明,该两亲性聚合物具有大量的羟基,这为形成分子有序体提供了良好的基础,同时高密度羟基能够对页岩产生抑制作用;扫描电镜观察表明,该聚合物可以在滤纸及砂石表面形成坚韧薄膜;宏观搭桥剂的粒径分布集中于160～247μm,微观搭桥剂的重均分子量约为4.0×10<'5>,其与数均分子量的比值为2.3.室内以淡水钻井液和胜利油田现场钻井液为研究对象,考察了该聚合物的降滤失性能.结果表明,该成膜性降滤失剂的降滤失效果明显,当其加量为2%时,钻井液的中压、高温高压及可视砂床中压滤失性能均优于现有的工业化产品.     

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     

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。      

钻井液用耐高温降滤失剂FRT -2的合成及性能研究

由丙烯腈(AN)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N,N'-二甲基丙烯酰胺(DMAM)聚合制备了水基钻井液用耐高温聚合物降滤失剂FRT -2,分别在评价土基浆、淡水基浆、盐水基浆、海水基浆和聚磺钻井液中评价了其性能.结果表明,加入1％ FRT-2后,淡水基浆、盐水基浆、海水基浆的高温高压(HTHP)滤失量明显下降;在海上油田使用的聚磺钻井液中加入1％ FRT-2,HTHP滤失量(205℃,3.45 MPa)可控制在35 mL左右,表现出较好的耐温性能和降滤失性能.     

一种强吸附疏水改性纳米SiO2封堵剂

钻井过程中钻遇稳定性较差的地层和承压能力较弱的地层时,经常出现井壁失稳和井下漏失等问题,为此开展了新型纳米封堵剂的研究与评价。合成了强吸附疏水纳米封堵剂,对其粒度分布、吸附性、润湿性和砂床封堵性能进行了测试。测试结果表明,该封堵剂粒度分布在100～150 nm,吸附性强,高温下能够将页岩表面水的润湿接触角增大到80.7°;加量为2.5%时,实验浆的砂床滤失量降低到5.0 mL;对钻井液流变性影响较小,API滤失量从4.4 mL降低到1.0 mL,高温高压滤失量从16.2 mL降低到6.2 mL;加量超过3.0 %时,渗透率降低到2.81 μD;PPA封堵率测试表明,该封堵剂能在陶瓷过滤盘内部形成封堵,钻井液的滤失速率降低到0.45 mL/min1/2,瞬时滤失量降低到2.58 mL。研究表明,强吸附疏水纳米封堵剂能够提高钻井液的封堵能力,降低钻井液对地层的侵入量,对保护井壁稳定有较好的作用。      

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。      

抗高温降滤失剂的制备与性能研究

为满足深层油气资源勘探开发钻井施工的需要,提高钻井液的抗温、抗盐抗钙等能力,采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和4-羟基苯磺酸钠（SHBS）为单体,辣根过氧化物酶（HRP）为催化剂,采用酶促反应方法,制备了分子主链中具苯环的新型钻井液降滤失剂PAANS,基于相同反应条件合成未含苯环结构的对比聚合物PAAN,并借助核磁共振光谱（1H NMR）进行了结构表征。流变和滤失性能测试结果表明,220℃老化16 h,加量为2.0% PAANS的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力、常温中压滤失量和高温高压滤失量分别为16.5 mPa·s,10.5 mPa·s、6.0 Pa、12.4 mL和24.0 mL,抗盐可达饱和,具有一定的抗钙能力,性能明显优于PAAN钻井液。通过对吸附量、粒径分布和滤饼微观结构的测试等,揭示了分子主链含有苯环结构的刚性抗高温降滤失剂的作用机理。      

莺琼盆地抗高温高密度水基钻井液

莺琼盆地地温梯度高,压力系数大,安全密度窗口窄,抗高温高密度钻井液技术是其高温高压地层钻井面临的主要技术难题之一。对该区块现用水基钻井液进行性能分析,通过对钻井液性能进行优化,构建了莺琼盆地高温高压段水基钻井液。该钻井液体系在200℃热滚16 h后的黏度为39 mPa·s,动切力为7 Pa,高温高压（200℃、3 MPa）沉降因子为0.512,高温高压滤失量为8.6 mL,高温高压砂床滤失量为14.4 mL,在4 MPa被CO₂污染后黏度为43 mPa·s,动切力为9 Pa,API滤失量为4.5 mL,高温高压滤失量为13.6 mL。研究结果表明,该体系的流变性、沉降稳定性、高温高压滤失性、封堵性及抗酸性气体CO₂污染性能均优于莺琼盆地现有高温高压段水基钻井液体系。      

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。      

超低渗透钻井液完井液技术研究

介绍了零滤失井眼稳定剂及超低渗透钻井液完井液的组成.在水基、油基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液.对加入一定量零滤失井眼稳定剂钻井液的API滤失量、高温高压滤失量、砂床滤失量、高温高压砂床滤失量、岩心滤失量、岩心承压能力、封堵裂缝效果和岩心渗透率恢复值的变化进行了评价.实验结果表明,超低渗透钻井液的砂床滤失量不是时间平方根的函数,与API滤失量没有对应关系;超低渗透钻井液对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力,可以实现零滤失;零滤失井眼稳定剂可以防漏堵漏;通过增强内泥饼封堵强度大幅度提高了岩心承压能力;能有效保护储层,岩心渗透率恢复值大于95%.     

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。      

自交联型油基钻井液降滤失剂的研制与评价北大核心

针对传统油基钻井液降滤失剂耐温性能不足、影响体系流变等问题,基于自交联改性思路,以N-羟甲基丙烯酰胺为功能单体,与丙烯酸丁酯和苯乙烯进行乳液聚合,研制了一种自交联型油基钻井液降滤失剂(BSN)。通过红外光谱仪、激光粒度仪和透射电镜表征了BSN的主要官能团、微观形貌和自交联特征。实验结果表明,BSN含有自交联功能基团羟甲基,平均粒径为247 nm,颗粒间具有明显的交联结构。热重测试结果显示,BSN热稳定性良好,初始分解温度高达355℃,显著高于非自交联型的降滤失剂BS(278℃)。在油基钻井液体系中添加1%的BSN,不仅不影响体系流变参数而且能够提高破乳电压,180℃下的高温高压滤失量仅为4 mL,滤失控制能力明显优于非交联型的降滤失剂BS以及3%的传统油基钻井液降滤失剂有机褐煤和氧化沥青。     

新型油基降滤失剂FCL的研制及评价

采用α-烯烃与苯乙烯乳液聚合的方法,利用乙酸酐与浓硫酸进行适度磺化,得到一种亲白油的高分子量聚合物,这种高聚物经过进一步氢化反应,制得一种油基钻井液降滤失剂FCL,其在白油中以胶体形式出现,不会破坏钻井液性能,同时这种胶体尺寸能封堵泥饼中的孔隙,从而达到降滤失的效果。性能评价结果表明,其最佳加量为1.5%,在180℃、3.5 MPa的高温高压滤失量为8.4 m L,优于国外同类产品phlips D21;在密度低于1.5 g/cm3时,油基降滤失剂FCL对油基钻井液的流变性影响较小,在高密度油基钻井液中,表现出更高的降切性能,可使密度为2.0 g/cm3的油基钻井液动切力维持在15 Pa以下。