油基钻井液用抗高温乳化剂的合成及性能

采用有机胺、有机酸和第三单体合成了抗高温油基钻井液用乳化剂,考察HLB值、胺值、酸值和黏度对乳化剂在高温下乳化能力的影响,并确定了合成条件。评价了合成乳化剂在高温下不同油水比基液的乳化能力,并与现有抗高温乳化剂进行对比。结果表明,在210℃下,不同油水比基液的乳化率为100%,油水比7∶3时,破乳电压为651 V,流变性能好且乳液稳定;高温老化48 h后,钻井液性能无变化,乳化性能优于现有抗高温乳化剂,说明合成乳化剂配制的乳状液及乳化钻井液具有良好的稳定性和抗高温能力。     

油包水钻井液用乳化剂的研制

为提高油包水钻井液的稳定性,采用有机酸、烷醇酰胺和聚醚羧酸盐3种表面活性剂制备了一种新型抗高温乳化剂YJR-1。采用破乳电压法和近红外扫描法评价了YJR-1的乳化性能,并考察了YJR-1的抗高温老化性能和油水比对其乳化效果的影响,分析了YJR-1的作用机理。实验结果表明,YJR-1的乳化性能良好,能抗200℃高温陈化;随油水比的减小,其乳化性能未明显降低,所配制的油水体积比为6∶4的钻井液在150℃下老化16 h后,破乳电压仍达302 V。YJR-1主要通过大幅度降低油水界面张力,并在油水界面形成高强度的界面膜来维持钻井液体系的稳定性。     

油基钻井液用粉状乳化剂性能评价

采用2,6-二氨基吡啶、有机胺、有机酸合成了油基钻井液用固体粉状乳化剂,该乳化剂熔点为120℃,HLB值为1.7,为玻璃态固体,易于粉碎。通过红外光谱对该乳化剂分子结构进行表征,从—CONH2吸收峰看出,合成过程中发生了酰胺化反应。对乳化剂在不同油水比钻井液中的乳化能力和柴油基、白油基钻井液配制效果进行了性能评价。结果表明,乳化剂的加量为3%时,其在不同油水比钻井液中具有良好的乳液稳定性,当油水比为7∶3时,乳液破乳电压大于600 V,乳化率为100%;抗温达180℃,钻井液破乳电压为625 V,提高黏度和切力效果好,动塑比在0.30 Pa/m Pa·s以上;热稳定性好,在150℃下连续老化48 h,流变性基本无变化,破乳电压大于700 V,表明该固体粉状乳化剂具有良好的乳化和抗高温性能。     

油基钻井液用固体乳化剂的研制与评价

为解决油基钻井液常用液态乳化剂黏度高、流动性差,而常见固体乳化剂乳化效果差、制备步骤复杂的问题,通过简单的酰胺化反应制备了乳化能力强的油基钻井液用固体乳化剂EmuL-S。利用红外光谱分析了其结构,通过电稳定性、乳化率、析液量以及光学显微镜等手段考察了其乳化性能,并评价了以该乳化剂为基础配制的油基钻井液的性能。结果表明:固体乳化剂EmuL-S中含有设计要求的基团;当油水比为80∶20、固体乳化剂EmuL-S加量为3.3%时,形成的油包水乳状液的破乳电压大于1 000 V,乳化率大于90%,析液量小于0.7 mL,而且能抗180℃的高温;以固体乳化剂EmuL-S为基础配制的油基钻井液,密度最高可达到2.0 kg/L,抗温能力达到180℃,沉降稳定性高、流变性能优异,动塑比在0.21以上,破乳电压大于800 V,能抗15%水、15%劣质土、9%岩屑以及9% CaCl2的污染。研究表明,固体乳化剂EmuL-S具有优异的乳化能力和抗高温能力,并且具有制备简单、易于工业化生产的特点,可以解决现有乳化剂存在的问题。      

油基钻井液高温乳化剂的制备与性能评价

为了提高油基钻井液用乳化剂的抗温性,以植物油酸、二乙烯三胺、马来酸酐为主要原料,制备了油基钻井 液高温主乳化剂（PF-EMUL HT）和辅乳化剂（PF-COAT HT）。利用红外光谱和热重分析表征了2 种乳化剂的分 子结构及耐温性。通过测定动态界面张力、乳化效率和乳液电稳定性,分析了2 种乳化剂的乳化能力及抗温能 力,提出了可能的乳化机理。同时,研究了乳化剂加量、油水比、温度和密度对所配制钻井液的影响。结果表明, PF-EMUL HT具有酰胺化基团,PF-COAT HT具有酰胺基、羧基等多官能团结构。2 种乳化剂均能有效降低油水 界面张力,二者复配制得的乳液经232 ℃高温老化后的破乳电压大于370 V,乳化效率为96%。配制的油基钻井 液在150～232 ℃、油水比为60∶40～90∶10 的条件下老化后均具有良好的稳定性,可满足高温高压井、定向井等 的作业需求。     

无黏土高温高密度油基钻井液

针对塔里木盆地山前构造带井深高温以及地层裂缝发育的特点,研发了油基钻井液关键处理剂,其包括主乳化剂HT-MUL、辅乳化剂HT-WET、提切剂ZNTQ-1。乳化剂通过抗高温的亲水亲油官能团,在油水界面形成具有很强黏弹性的界面膜来提高乳化能力;基于超分子原理,提切剂通过在油水界面的氢键作用提高乳状液的凝胶强度,达到替代有机土的效果。以乳化剂和提切剂为核心处理剂配制的无黏土高温高密度油基钻井液,抗温达220℃,密度达2.50 g/cm3,老化后乳化稳定性好,不出现分层现象,高温高压滤失量小于10.0 m L,具有极好的滤失性,可通过柴油配制得到。无黏土高温高密度油基钻井液克服了以往有机土油基钻井液高温易降解失效和高密度下流变性差的缺点;同时提切剂取代有机土,除了能进一步加快钻速外,还能降低储层损害程度,是目前油基钻井液技术的领先技术,具有极好的应用前景。     

无土相油基钻井液的研究与应用

为解决无土相油基钻井液电稳定性差、油水极易分层的问题,研发出一种兼具润湿作用的新型复合型乳化剂G326-HEM,该剂以由高分子量脂肪酸、有机伯胺为主要原料合成的脂肪酸酰胺作主剂,该主剂具有亲油及亲水2个基团,可以在油水界面形成具有一定黏弹性的界面膜,显著降低界面张力;辅助增效剂为优选出的天然植物脂肪酸,可与体系中过量的石灰反应,生成的产物可在油水界面锲行排列,配合主剂形成油包水乳状液。以G326-HEM 为乳化剂配制的无土相油基钻井液性能稳定,抗温可达180 ℃,密度可达2.50 g/cm3,可抗10%NaCl 盐水或15% 岩屑的污染,乳化稳定性好,用矿物油或合成油均可配制。在ZT-21 井获得了成功应用,解决了以往含土相油基钻井液在高密度条件下暴露出的流变性差、起下钻不畅、易发生压差卡钻、易诱发井漏等难题。指出,无土相油基钻井液由于当量循环
密度低,在高密度条件下相对于含土相油基钻井液更具优势,尤其在高压易漏地层具有更好的应用效果。      

抗高温油包水型乳化剂的研制与应用

提高乳化剂的抗温能力是目前抗高温油基钻井液发展面临的技术难题之一.通过对表面活性剂的优选和复配,研制出了一种适用于白油的抗高温油包水型乳化剂,其中的主乳化剂由多元醇酯类与长链烷基脂肪酸类等3种表面活性剂组成,辅乳化剂由2种脂肪酸盐类表面活性剂组成,主、辅乳化剂的复配比例为4∶1.通过电稳定性评价法、乳化率评价法、离心评价法、高温老化实验以及显微镜技术,系统考察了该乳化剂的性能及其乳状液的稳定性.研究结果表明:由该乳化剂配制的乳状液,在60/40～90/10的油水比范围内、在120～220℃的温度范围内,破乳电压值高(＞850V),乳化率高(＞87.0％),析液量低(＜1.0 mL),而且乳状液液滴尺寸分布均匀.以该乳化剂为基础配制的抗高温白油基钻井液,在150～220℃范围内具有流变性良好、破乳电压值高、滤失量低、高温老化前后性能稳定的特点.     

抗高温油基钻井液主乳化剂的合成与评价

以妥尔油脂肪酸和马来酸酐为主要原料合成了一种油基钻井液抗高温主乳化剂HT-MUL,并确定了妥尔油脂肪酸单体的最佳酸值及马来酸酐单体的最优加量。对HT-MUL进行了单剂评价,结果表明HT-MUL的乳化能力良好,配制的油水比为60:40的油包水乳液的破乳电压最高可达490 V,90:10的乳液破乳电压最高可达1000 V。从抗温性、滤失性、乳化率方面对HT-MUL和国内外同类产品进行了对比,结果表明HT-MUL配制的乳液破乳电压更大、滤失量更小、乳化率更高,整体性能优于国内外同类产品。应用主乳化剂HT-MUL配制了高密度的油基钻井液,其性能评价表明体系的基本性能良好,在220℃高温热滚后、破乳电压高达800 V,滤失量低于5 mL。HT-MUL配制的油基钻井液具有良好的抗高温性和乳化稳定性。      

抗温抗污染油基钻井液乳化剂的研制及在阳101区块的应用

针对页岩气地层埋深不断增加和其它工作液因施工不当侵入油基钻井液体系中导致其性能下降,且目前市场上的乳化剂不能很好的解决此问题,开展抗温抗污染乳化剂的研究。 以天然松香酸、多烯多胺、马来酸酐为主要原料,通过酰胺化、Diels-Alder 两步法反应合成一种抗高温抗污染乳化剂NY-4。对NY-4进行结构表征、性能评价及机理分析。红外图谱分析表明松香酸、多烯多胺及马来酸酐均参与了反应,使乳化剂具有抗高温抗污染结构基团。乳化剂加量为3% ~ 5% 时可配制出油水比为 60∶40 至 90∶10、密度为1.50 ~ 2.71 g /cm³ 的油基钻井液,该剂配出的油基钻井液抗温可达230℃ ;密度为 2. 3 g /cm³ 时,在230 ℃ 下静置5 d,沉降因子SF小于0. 51;抗岩屑污染为 10% ,抗现场水基钻井液、水泥浆前置液和水泥浆侵污为8%。通过在阳101 H2-8 井的应用,该乳化剂能够在 185 ℃温度下保持钻井液性能的稳定,协助钻井工程刷新了当时中国石油页岩气井深、储层埋深4 000 m 以深水平位移最长两项记录。     

钻井液用有机硅消泡剂的制备与评价

研究了以有机硅为主体的乳液型钻井液消泡剂。通过实验确定了淡水泥浆中有机硅消泡剂最佳配方及制备条件为：有机硅质量分数15％,乳化剂质量分数5％,乳化温度80℃,乳化时间30min;盐水泥浆中有机硅消泡剂最佳配方及制备条件为：有机硅质量分数18％,乳化剂质量分数7％,乳化温度80℃,乳化时间30min。性能评价表明,该消泡剂具有用量少、与钻井液配伍性好、抗盐、抑泡能力强等特点,消泡效果优于传统钻井液消泡剂。     

pH刺激响应型抗高温可逆转乳化剂研制与评价

针对油基钻井液在应用后期存在的滤饼难以清除和含油钻屑不易处理难题,基于pH刺激响应型乳化剂对乳状液类型的智能调控机制,以1-溴代长链烷烃R和二乙醇胺为原料,通过霍夫曼烷基化反应合成了一种pH响应可逆转乳化剂RE-HT,并以其为核心研制了一种抗高温可逆乳化钻井液。红外光谱分析和乳状液酸/碱触变实验结果表明,合成产物分子结构中含有pH响应性叔胺基团,可在酸/碱刺激下于油包水型乳化剂和水包油型乳化剂之间灵活切换,性能优于其余3种pH响应可逆转乳化剂。热重分析和电稳定性测试结果显示,RE-HT在空气氛围下的初始热分解温度高达257 ℃,含5%RE-HT的基础乳状液在220 ℃高温热滚后破乳电压达1098 V,表明其具有良好的热稳定性和乳化性能。研制的可逆乳化钻井液基础性能良好,在15%饱和盐水侵和15%泥页岩钻屑侵后依然可保持良好的流变与滤失性能,破乳电压高于850 V。同时酸洗后的滤饼清除率达98.98%,岩屑含油量低于1%,EC₅₀为2.05×105 mg/L,满足钻屑排放标准,在复杂深井钻井中有较好的应用前景。      

节能环保型重油乳化技术的研究开发

以不同种类的乳化剂复配制成节能环保型乳化剂,考察了不同条件对重油乳化效果的影响。结果表明:加水量为15%,乳化剂的加入量为0.5%,乳化温度80℃,乳化时间30 min为较佳乳化条件,所得乳化重油稳定性好、热值高,具有良好的应用前景。     

塔里木油田库车山前高压盐水层油基钻井液技术

塔里木山前深层盐膏层钻井时,高压盐水侵入会导致高密度钻井液性能变差,引发阻卡等井下复杂情况,通常采用排水降压的方式来降低高压盐水层透镜体的压力,对油基钻井液的抗盐水侵能力要求较高。为此,研发了单链多团的新型乳化剂,通过增加乳化剂分子结构上亲水基团的数量,提高其乳化效率,从而提高了油基钻井液的抗盐水侵容量限。室内评价结果表明,采用新型乳化剂形成的油基钻井液密度最高可达2.85 kg/L,抗盐水污染能力达60%以上,高温稳定性良好。克深1101井等多口超深井应用了油基钻井液,钻井过程中钻井液性能稳定,未出现卡钻或其他井下故障。研究表明,该油基钻井液具有良好的流变性、沉降稳定性和抗盐水污染能力,能够解决深井巨厚盐膏岩层或高压盐水层污染的问题,可在塔里木油田库车山前钻井中推广应用。      

高密度无土相油基钻井液

高密度油基钻井液高温下重晶石易沉降,导致体系稳定性变差,传统方法采用高浓度有机土来解决,但其会引起钻井液黏度过高,造成ECD升高而引发井漏等复杂情况。针对以上问题,研发了一种具有强电稳定性能、增黏效果的小粒径乳化剂DEMUL,并开发了一种高密度无黏土相油基钻井液体系,通过加入DEMUL、苯乙烯-丁烯/丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与提切剂的协同作用,达到提高高密度油基钻井液的稳定性能,且配方简单、处理剂加量少。研究结果表明,该钻井液在200 ℃下老化160 h也能保持良好的流变性能,160 ℃恒温静置336 h后沉降因子为0.5074,表现出良好的稳定性,且具有良好的抑制性能和极压润滑性能。该钻井液体系在川渝页岩气某高密度水平井进行了应用,钻井过程中该体系流变性能稳定,携砂性能良好,抑制性能强,未出现井下复杂情况。      

一种环保油基钻井液体系

针对目前油基钻井液存在因所含矿物油和处理剂的生物毒性大,而被限制或禁止排放的问题,制备出生物毒性低的油基钻井液基油,合成高效低毒的一体化乳化剂和新型高凝胶改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了一套环保型油基钻井液体系。该钻井液体系的生物毒性LC₅₀达到15 000 mg/L以上,生物可降解性好;体系的流变性良好,破乳电压达到800 V以上,高温高压滤失量小于6 mL;钻井液体系能抗5%石膏、5%钻屑和15%盐水污染;该油基钻井液应用性良好,油水比可在60/40～90/10的范围内调节,密度可在1.25～2.0 g/cm3范围内调节,抗温可达220 ℃,高温稳定性良好。研究结果表明,环保型油基钻井液具有低毒环保、可降解等优势,抗污染、抗高温、稳定性强、可调节范围广,完全可满足较复杂地层和环境保护要求高区块对钻井液的要求。      

抗高温泡沫排水用起泡剂的研究与性能评价

以分子结构上含有磺酸基团、主链碳链较长的甜菜碱为主要成分,复配少量具有协同作用的直链烷烃磺酸盐,研制出了一种抗高温起泡剂。该起泡剂能显著降低地层水的表(界)面张力,具有良好的表面活性,利于泡沫产生,且起泡能力、泡沫稳定性以及携液能力均较好,在150℃下具有良好的热稳定性,表现出了较强的抗高温能力。采用高温气井泡沫排水室内模拟实验装置,较真实地模拟了高温气井的泡沫排水过程,评价了该起泡剂在150℃下的泡沫动态性能。模拟实验结果表明:该起泡剂在150℃下仍具有良好的泡沫携液能力。     

生物柴油包水钻井液体系

生物柴油主要成分是脂肪酸烷基酯,其闭杯闪点高不易着火,且不含或含少量硫和芳香烃,其性能稳定、毒性低、无荧光性,对测井无影响,是良好的酯基钻井液基液。因常规油基钻井液处理剂与生物柴油配伍性较差,笔者针对生物柴油包水钻井液的处理剂进行了优选,优选出主乳化剂TC-PEM、辅乳化剂TC-GSEM、提切剂UP-GEL和降滤失剂UPGEL,并通过对生物柴油包水钻井液性能评价实验,研制出3种不同密度的生物柴油包水钻井液体系。该体系具有良好的抗温性,抗温为120℃,抗淡水侵能力为15%、抗CaO能力为2%;生物柴油包水钻井液体系生物降解性评级为容易,是一种环境友好型钻井液体系。现场应用表明,该钻井液具有良好的流变性能,提高了机械转速,大幅度缩短了建井周期。