降滤失剂作用机理研究——新型降滤失剂的研制

总结了降滤失剂的主要作用机理。探讨了丙烯类共聚物和CMC类降滤失剂作用机理和改进原理。通过引入羧酸钙盐并与大分子钙盐复配改进了HPAN类,研制出新型降滤失剂S-1。对CMC类进行了氰乙基化改性。实验结果表明,S-1具有较好的降滤失效果,S-1及改性CMC的耐温性、耐盐和耐Ca~(2 )、Mg~(2 )能力均得到了提高。证实了降滤失剂作用机理的研究结论是确实可信的。     

水基钻井液用改性玉米淀粉降滤失剂的合成

以4％黏土淡水基浆50℃滤失量降低率为测定指标，用正交设计实验方法考察了制备醚化淀粉的工艺。特别是溶解NaOH用的水量和分散剂异丙醇的用量．最佳合成配方和条件如下：玉米淀粉8．1g，NaOH12g。水16mL，丝化温度40℃．丝化时间1．5h，氟乙酸11．5g，异丙醇180mL，醚化温度50℃，醚化时间3h。在该合成条件下制得的羧甲基淀粉在加量2％时降滤失率约46％，抗盐、抗钙性能较好，90～130℃抗温性测试结果表明具有一定抗温能力。 图2表4参5。     

降滤失剂 PSA-1 的研究与应用

丙烯酸类聚合物钻井液处理剂吸附基团和水化基团稳定性差,在高矿化度条件下使用受到多方面的限制。研制出一种新型降滤失剂 PSA-1,该剂是 AMPS／AM／AA三元共聚体的聚合物。经室内评价和现场应用表明,PSA-1降滤失剂热稳定性好,抗盐及抗高价金属离子污染能力强,是一种具有推广应用价值的钻井液处理剂。     

降滤失剂作用机理研究——对不同类型降滤失剂的分析

在滤饼电性质、滤饼渗透率、滤液粘度、电镜分析和粒度分布等方面研究结果的基础上,论述了非离子、阴离子型降滤失剂的作用机制。分析了不同类型降滤失剂性能差异的根本原因,即分子结构的不同导致了降滤失剂效果的不同,包括含有极性基的数量和种类、分子量、分子结构以及空间位阻。非离子型降滤失剂主要通过全方位堵塞滤饼毛细孔发挥作用;阴离子型降滤失剂则是通过增加滤饼负电荷密度,缩小毛细孔孔径来达到降滤失目的;非离子型降滤失剂没有分散作用,而阴离子型降滤失剂则有一定的分散作用;但降滤失剂都有良好的护胶作用。     

一种改进型SPNH降滤失剂

G-SPNH是以褐煤、腈纶废丝为主要原料,采用接枝共聚和磺化法制得的一种含羟基、羰基、亚甲基、磺酸基、苯环、羧基和腈基的水基钻井液降滤失剂。对G-SPNH在淡水钻井液中的性能及其抗温、抗盐、热稳定性进行了评价。研究表明,G-SPNH具有降滤失、降粘、抗高温(200℃以上)、抗盐(Cl~-达110g/L以上)、热稳定性好等特点,其作用明显优于同类磺化处理剂,能完全代替同类磺化处理剂。G-SPNH成本低,原料来源广,有一定的推广价值。     

一种新型抗高温降滤失剂的研究和应用

通过将4-乙烯基吡啶（VP）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N-乙烯基己内酰胺（NVCL）以过硫酸铵和亚硫酸氢钠作为氧化还原体系进行自由基共聚反应,合成了抗温达260℃的一种新型降滤失剂（PDANV）。通过设计正交实验确定了最优合成条件为:n_DMAA:n_AMPS:n_NVCL:n_VP=6:2:1:1,反应温度为60℃,反应时间为2 h,引发剂质量分数为单体总质量（20%）的0.5%,并利用傅里叶红外光谱（FT-IR）和核磁共振光谱（1H NMR）进一步确定了产物的分子结构。热重分析（TGA）显示PDANV热分解温度在301℃以后,表明其具有良好的热稳定性。同时,将PDANV应用于水基钻井液中,进一步评价其对水基钻井液流变和滤失性能的影响。结果显示,当PDANV加量为2.0%时,水基钻井液的滤失量仅为4.4 mL,260℃老化后滤失量为6.0 mL,高温高压滤失量为24 mL（150℃）,同时抗盐至饱和,抗钙20000 mg/L。此外,通过对黏土的粒径分析、SEM分析和Zeta电位分析以及不同浓度的PDANV对黏土颗粒的吸附量的测量,进一步揭示了PDANV在水基钻井液中的降滤失机理。      

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。      

抑制型降滤失剂AMSC的合成与应用

针对水基钻井液长期存在黏土膨胀、钻井液滤失量大等问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺氧基氯化铵及丙烯酸钾为原料合成了一种抑制型降滤失剂AMSC,用响应面法优化了反应条件,并对AMSC的黏土膨胀抑制性和降滤失性能进行了评价。结果表明:在原料单体质量比为2:1:7:1、温度为50℃、单体浓度为15%、引发剂浓度为0.5%、反应4 h时,AMSC防膨率达到84.76%。在100℃以内,AMSC的抑制性与市场同类型抑制剂相比效果相当,同时该抑制剂对钻井液和水泥浆有较好的降滤失效果。应用添加AMSC的缓速酸体系在遭受钻井液污染的碳酸盐岩区块进行了洗井作业,储层岩心的渗透率恢复率达到87%,提高了产能。      

抗高温淀粉降滤失剂的合成及其性能

以六甲基二硅氮烷、苯基有机胺、羧甲基淀粉(CMS)、3-氯-2-羟丙基磺酸钠等为主要原料,制备出抗160℃高温的钻井液用淀粉降滤失剂(HTS)。采用FTIR和DT方法分析了HTS的结构及其热稳定性。表征结果显示,CMS结构上引入了苯基阳离子、有机硅官能团及磺酸基团;HTS的热分解温度为232℃。考察了HTS的淡水钻井液性能、抗高温性能以及耐盐性能。实验结果表明,HTS具有良好的抗高温性能,含HTS的淡水钻井液在160℃滚动16 h前后降滤失性能均优良,且钻井液的流变性能变化较小,与传统的改性淀粉降滤失剂相比,抗高温能力提高近40℃;无论在NaCl含量为4%(w)还是8%(w)的盐水钻井液中,HTS的降滤失性能都较好,说明磺酸基因的引入可提高降滤失剂的耐盐性能。     

降滤失剂的耐温性研究

采用差热分析法和水溶液密封老化后的特性粘度法,全面系统地研究了国内外十种降滤失剂的耐温性。通过差热分析和水溶液老化后的特性粘度测出了各种降滤失剂的耐温次序和分解温度。所获得降滤失剂的耐温次序大体在与钻井液中的情况一致,而耐受温度的最高限却与钻井液中的情况不符,差热分析法高出甚远而特性工法则偏低。     

抗高温改性淀粉降滤失剂的制备与性能

针对改性淀粉降滤失剂抗温能力不足的问题,从提高分子刚性的角度出发,以丙烯酰胺（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）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、2,5-二羟基苯磺酸钾（PDHBS）为单体,辣根过氧化物酶（HRP）为催化剂,采用酶促反应方法,合成出一种改性淀粉降滤失剂St-AANDP,基于相同反应条件合成未含苯环结构的对比改性淀粉降滤失剂St-AAND。对降滤失性能进行测试,结果表明,140℃下老化16.0 h后,加量为1.0%的St-AANDP钻井液的常温中压滤失量仅为5.2 mL,高温高压滤失量为26.2 mL ;当老化温度高于160℃时,St-AANDP钻井液的滤失量才出现明显增大,抗盐可达饱和,降滤失性能明显优于St-AAND钻井液。通过吸附量和泥饼微观形貌测试,揭示了可通过向分子主链中引入苯环提高分子刚性的方式来提高降滤失剂抗温能力的作用机理。     

抗高温改性淀粉降滤失剂的制备与性能

针对改性淀粉降滤失剂抗温能力不足的问题,从提高分子刚性的角度出发,以丙烯酰胺（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）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、2,5-二羟基苯磺酸钾（PDHBS）为单体,辣根过氧化物酶（HRP）为催化剂,采用酶促反应方法,合成出一种改性淀粉降滤失剂St-AANDP,基于相同反应条件合成未含苯环结构的对比改性淀粉降滤失剂St-AAND。对降滤失性能进行测试,结果表明,140℃下老化16.0 h后,加量为1.0%的St-AANDP钻井液的常温中压滤失量仅为5.2 mL,高温高压滤失量为26.2 mL ;当老化温度高于160℃时,St-AANDP钻井液的滤失量才出现明显增大,抗盐可达饱和,降滤失性能明显优于St-AAND钻井液。通过吸附量和泥饼微观形貌测试,揭示了可通过向分子主链中引入苯环提高分子刚性的方式来提高降滤失剂抗温能力的作用机理。      

反相乳液聚合法制备改性淀粉降滤失剂及其性能

为克服水溶液自由基聚合制备改性淀粉降滤失剂存在的凝胶化问题,遵循钻井液抗高温处理剂的设计思路,采用反相乳液聚合法将淀粉与含有酰胺基/磺酸基/苯环的3种单体AM、AMPS、NVP进行接枝共聚,合成了一种新型高温抗盐抗钙降滤失剂ESt-g-NAA。首先,采用正交实验确定了反相乳液聚合的最优合成条件为:反应温度为60℃,单体物质的量比为n_NVP:n_AM:n_AMPS=1∶2∶3,亲水亲油平衡值为5。其次,对ESt-g-NAA在3%膨润土基浆中的抗高温、抗盐和抗钙降滤失效果进行了评价,结果显示:100～180℃老化16 h后,含3% ESt-g-NAA钻井液的滤失量可控制在7.6～15.2mL之间,且ESt-g-NAA钻井液的高温滤失量始终低于相同加量的水溶液聚合产物WSt-g-NAA。ESt-g-NAA显示了极强的抗盐和抗钙能力,在150℃老化16 h的饱和盐水钻井液中,滤失量仅为5 mL;含（0.5%～20%）CaCl₂的钻井液在150℃老化后滤失量控制在5.0～15.5 mL,170℃老化后可抗钙10%,但180℃老化后抗钙性能大大降低。最后,通过分析ESt-g-NAA对基浆中黏土粒度分布的影响,以及泥饼的显微观察,揭示了ESt-g-NAA的控制滤失机理。      

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。      

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。      

环保型复合降滤失剂的研制与应用

为从源头上控制钻井液对环境的污染,减少废弃钻井液处理难度和处理费用,实现绿色环保钻井。以生物质材料植物多酚、木质素磺酸钠和玉米淀粉为原料,通过交联改性,合成了一种复合降滤失剂PLS。其EC₅₀为7.78×10⁴ mg/L,BOD₅/COD_Cr为5.05%,无毒且易生物降解。性能评价结果表明,含2%PLS的基浆在180℃下热滚16 h后中压滤失量仅为9.6 mL,且抗盐、抗钙性能优于羧甲基淀粉CMC-LV和两性离子淀粉接枝共聚物SAP。以PLS为唯一降滤失剂,配伍键合型润滑剂、双疏纳米封堵剂和仿生固壁剂等环保友好型处理剂,研制了一套环保型水基钻井液体系,并在大港油田某预探井的泥岩水平段进行了应用。应用井段内钻井液的流变与滤失性能稳定,摩阻低,泥饼薄而韧,无复杂情况发生,施工顺利。     

共聚物钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料,采用氧化还原引发体系合成了一种四元共聚物水基钻井液降滤失剂。确定了最佳合成条件:单体配比为AM/AMPS/AA/DMC=55∶30∶10∶5(质量比),引发剂加量各为0.3%(单体浓度为1),单体总浓度为20%(质量分数),反应温度为50℃,溶液p H值为7,反应时间为4 h。对聚合物进行了红外表征,合成产品与设计结构一致。钻井液性能评价结果显示:淡水基浆中聚合物加量为0.7%时,常温中压滤失量为6.0 m L,经过180℃老化后,API滤失量为8.2 m L,高温高压滤失量为11.6 m L;聚合物加量为1.0%时的页岩相对回收率达到99.4%。说明AM/AMPS/AA/DMC聚合物降滤失能力强,且热稳定性和抑制性能好。     

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。