木质素磺酸盐Mannich碱钻井液处理剂的合成与性能研究

采用木质素磺酸盐与甲醛、伯/仲胺通过Mannich反应制备了一系列木质素磺酸盐Mannich碱钻井液处理剂,利用红外光谱对其结构进行了表征,通过室内实验考察了木质素磺酸盐Mannich碱对水基钻井液黏度、切力和滤失量等因素的影响。结果显示,该类化合物在水基钻井液中具有增黏和降滤失作用,并且其性能与Mannich碱结构单元中胺甲基上的取代基链长密切相关,呈现出了一定的规律性变化,部分木质素磺酸盐Mannich碱具有一定的抗温性。     

聚糖-木质素钻井液处理剂作用效能评价

通过木质素磺酸钙LS与甲醛、伯/仲胺的Mannich反应制备了一系列木质素磺酸钙Mannich碱LM,再与杂聚糖SJ反应制备出系列聚糖-木质素SL.利用红外光谱对其进行结构表征,室内考察了SL作为钻井液处理剂对水基钻井液的黏度、切动力和滤失量等性能的影响.结果表明,常温下多数聚糖-木质素在水基钻井波中具有增黏作用和弱的降滤失作用,在高温热处理(180℃×24小时)后,对钻井液大多有一定的稀释作用,塑性黏度都比较适中,可明显改善塑性黏度和动塑比,且具有一定的降滤失作用.与基浆相比,SL水不溶物处理的钻井液的塑性黏度PV、切动力YP、表现黏度AV、静动力G均有所增加,但明显低于SL水溶物处理的钻井液的相应指标;与LS、SJ钻井液相比,sL水不溶物处理的钻井液.动塑比显著提高,滤失量小于SL水溶物处理的钻井液,降滤失性能优良,其中水不溶物SL1-2(合成原料中的胺为二甲胺)处理钻井液的降滤失性效果最好,高温处理后滤失量仅为127 mL.     

硝化—氧化木质素磺酸盐的制备及其在钻井液中作用效能研究

以木质素磺酸盐为原料,用硝酸处理制备硝化—氧化木质素磺酸盐(NOLS),优化了反应条件,并采用红外光谱对产物进行了表征,将产物作为水基钻井液添加剂评价其作用效能。实验结果表明,在低温(0℃～15℃)、硝酸用量较低时(10%～15%),合成的产物与木质素磺酸盐相比其低温增黏作用、高温降黏作用、降滤失作用和对黏土膨胀的抑制作用增强。     

钻井液用降粘降滤失剂MGBM-1的研制

以木质素磺酸盐为主要原料，通过甲醛缩合反应，烯类单体接枝共聚合反应，金属离子络合反应及磺化剂磺化反应等一系列化学改性处理工艺，合成了兼具降粘，降滤失作用的新型钻井液处理剂MGBM－1，室内性能评价结果表明，MGBM－1具有明显的降粘和降滤失效果，在其加量为0．5％时，表面粘度下降50％，滤失量下降51％，动切力下降80％，静切力下降幅度更大；抗盐能力优于FCLS，具有较好的热稳定性，岩心滚动回收率高于FCLS。并从分子作用基团角度对MGBM－1的作用机理进行了探讨。     

新型抗高温降粘剂JN-1研究

以十二烷基磺酸钠、甲醛、丙烯酰胺、马来酸酐为原料,通过缩合反应、接枝共聚、金属络合与磺化处理,室内合成了新型的水基钻井液处理剂JN-1。并对其进行室内钻井液性能评价,结果表明,0．5％的该降粘降滤失剂可使淡水膨润土基浆的表观粘度下降42％,API滤失量下降49％,动切力下降80％;可抗NaCl达5％,可抗CaCl2达1．0％;在室温-200℃下24hD态老化试验中,该降粘降滤失剂的抗温性能均较优。     

木质素磺酸盐接枝共聚物的合成及应用

以亚硫酸盐法造纸废液为主要原料 ,进行缩合反应 ,在一定条件下通过接枝两烯类单体合成出木质素磺酸盐接枝共聚物 ,采用IR对其接枝物进行分析。在此基础上 ,通过进行金属离子络合反应及磺化反应等一系列改性反应 ,对接枝共聚物进行改性合成出油田用钻井液处理剂MGBM - 1。试验结果表明 ,MGBM - 1具有降粘、降滤失双重功效 ,降失水效果和热稳定性好 ,抗盐钙污染能力强等优点 ,性能优于铁铬木质素磺酸盐。     

环保型生物质合成树脂降滤失剂

绿色高性能钻井液已经成为发展趋势,降滤失剂作为核心处理剂,不仅要求其抗温、抗盐和降滤失性能好,还要求其易生物降解。以木质素为原料,经生物降解和化学反应得到生物质合成树脂降滤失剂LDR-501。性能测试结果表明:LDR-501的BOD₅/COD_Cr为0.26,可生物降解;EC₅₀为440 000 mg/L,无毒;浊点盐度为160 g/L,用其处理的基浆在180℃老化16 h后的高温高压滤失量为18.6 mL,抗温、抗盐、降滤失性能好。环保型生物质合成树脂降滤失剂的成功研发,为促进生物质资源在钻井液领域的应用,提高水基钻井液绿色环保性奠定了基础。      

造纸废液接枝改性处理及其应用

以亚硫酸盐法造纸废液为主要原料,先进行甲醛缩合反应,然后在一定条件下通过接枝丙烯酸胺单体合成出木质素磺酸盐接枝共聚物,采用红外光谱法对其接枝物进行分析。在此基础上,通过金属离子络合反应及磺化剂磺化反应等一系列改性反应对接枝共聚物改性,合成出油田用钻井液处理剂MGAC－1,结果表明,MGAC－1兼具降粘,降滤失双重功效,具有降粘切和降失水效果好,热稳定性好和抗盐钙污染能力强等优点,性能优于木质素磺酸铁铬（FCLS）。     

木质素-聚糖固相合成物在钻井液中作用效能研究

通过实验考察了不同固相化学合成条件下所得木质素-聚糖复合物SPS-LCC在钻井液中作用效能,并与固相物理混合的木质素-聚糖复配物SM-LCC进行了对照.结果显示:SM-LCC在钻井液中具有弱增黏作用和一定降滤失作用,抗温性差且未改善钻井液剪切稀释性;SPS-LCC在钻井液中作用效能随固相合成条件变化而有所不同,大多数SPS-LCC具有比SM-LCC更显著的增黏、降滤失作用,部分SPS-LCC表现出降黏、降滤失作用和一定抗温性并改善了钻井液剪切稀释性;SPS-LCC在钻井液中比SM-LCC作用效能更好.     

橘子皮制备绿色水基钻井液处理剂及其作用效能研究

考察了橘子皮粉末在钻井液基浆中的作用效能,评价其抗温性、抑制性以及与改性淀粉和聚丙烯酰胺配伍性。实验结果表明,橘子皮粉末具有较好的降滤失作用;随着老化温度的升高,橘子皮粉末处理水基钻井液黏度逐渐升高,橘子皮粉末在水基钻井液中降滤失作用逐渐减弱,大于140℃之后失去降滤失作用;橘子皮粉末水提取液对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,优于4.0%氯化钾溶液;随着老化温度的升高,橘子皮粉末与改性淀粉体系钻井液配伍表现出较好的增黏和降滤失作用。基于橘子皮在钻井液中良好的作用效能,在此基础上做一些化学改性,进一步改善其作用效能,橘子皮有望作为绿色、环保、高效的水基钻井液处理剂。     

钻井液固相和滤液侵入储层深度的预测模型

对于中高渗透砂岩,导致储层损害的主要因素是钻井液固相和滤液的侵入。为了确定钻井液固相和滤液侵入深度,根据质量守恒方程和径向摩阻公式,在考虑内泥饼的情况下,建立了钻井液固相和滤液动态侵入储层的深度模型。并将室内API滤失实验和动态岩心污染实验的结果应用到该模型中。预测结果表明,随着岩心渗透率的增加,钻井液固相侵入深度也逐渐增加,利用理想充填暂堵技术能减小钻井液固相的侵入深度。影响钻井液滤液侵入深度的主要因素有压差、滤液黏度、外泥饼渗透率、外泥饼厚度、内泥饼渗透率以及储层渗透率变化。     

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。      

纳米技术在钻井液中的应用进展

纳米材料添加剂是当前钻井液领域的研究热点之一。在钻井液中添加纳米材料可以实现控制流变性、提高抗温性能、降低滤失量、提高润滑性等效果。通过分析纳米SiO2、纳米CaCO3、C 纳米材料、纳米乳液等纳米材料的物质结构、物理性质和化学性质，简述了它们在钻井液中的作用机理、使用效果、现场实例及应用现状。提出了根据材料独特理化性质针对性使用、构建数学模型预测纳米添加剂效果以及通过复配降低纳米添加剂成本等建议。     

环保型钻井液用降滤失剂研究进展

解决环境污染问题是改善钻井液的关键,开发环保型抗高温降滤失剂是当前研究的重要领域之一。概述了国内外环保型降滤失剂的研究进展,对国内外在环保型降滤失剂研制中所使用的原材料及产品性能,以及中国抗温改性天然高分子降滤失剂的发展近况进行了介绍。天然高分子降滤失剂是通过对淀粉、纤维素及木质素等天然高分子材料进行改性以提高其抗温、抗盐能力,使其可以应用于井温更高的深井钻探中。目前,中国环保型降滤失剂普遍可以应用到150℃的高温中,部分抗温能力可达到180℃却未能推广使用。通过对现有降滤失剂的研究,分析其抗高温的作用机理,探寻能有效提高抗温能力的单体分子结构及发挥作用的功能基团,例如磺酸基团、内酰胺基团等,以期对环保型抗高温降滤失剂的研制起到一定的指导和参考作用,加快环保型抗高温降滤失剂的发展。      

加重剂对抗高温超高密度柴油基钻井液性能的影响

在塔里木盆地库车山前钻遇库姆格列木群盐膏地层时,要求采用抗高温超高密度油基钻井液,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动、静沉降稳定性。研讨了不同类型加重剂对抗160℃超高密度柴油基钻井液性能的影响;采用重晶石（ρ=4.2 g/cm3）、重晶石（ρ=4.3 g/cm3）、氧化铁粉、Microdense等单一加重剂配制超高密度柴油基钻井液,钻井液性能无法全面满足钻井工程的需要;采用具有超微细、高密度、球形等特点的MicroMax加重的超高密度柴油基钻井液拥有非常好的流变性能和良好的沉降稳定性,但无法控制钻井液的高温高压滤失量;当重晶石和MicroMax按60∶40比例复配时,可配制出性能良好的超高密度（2.4～3.0 g/cm3）抗高温柴油基钻井液,能满足库车山前钻进高压盐水层与易漏地层的需求。      

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。      

Application of silica (SiO2) nanofluid and Gemini surfactants to improve the viscous behavior and surface tension of water-based drilling fluids

Further studies into drilling fluids especially to reduce the use of oil and synthetic-based drilling fluids are ever-growing due to their contributions to environmental pollution. This study, therefore, attempts to evaluate the thermal, viscosity, surface tension, and filtration loss properties of water-based drilling fluids (WBDFs) upon the addition of Gemini surfactant-silica nanofluid. This surfactant-nanofluid was formed by dissolving silica nanofluid in the surfactant solution, and ultra-sonication was used to attain homogeneity. Characterization of the Gemini surfactant-silica (SiO₂) nanofluid was done by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The viscosity, surface tension, and filtration loss properties were studied using the rheometer, tensiometer, and low-pressure, low-temperature (LPLT) filter press respectively. The experimental results showed that Gemini surfactants contributed to the highest increase in drilling fluid viscosity compared to a conventional surfactant. Also, when combined with silica-nanoparticles showed better thermal stability with an 11% average change in viscosity with increasing temperature and a decrease in surface tension and filtration loss both showing a 17% and 12% decrease respectively.     

聚合糖与硅酸盐钻井液的配伍性评价

为拓宽硅酸盐钻井液使用范围,用HV-CMC、XC、SJ三种聚合糖类材料与硅酸盐钻井液进行配伍性研究。实验结果表明：HV-CMC、XC和SJ三种聚合糖类材料在硅酸盐钻井液中的适宜添加量分别为0.3%、0.1%和0.6%时,HV-CMC和XC具有增黏兼降滤失作用,SJ则具有降黏兼降滤失作用,聚合糖类材料的种类及添加量对硅酸盐钻井液的抑制性影响不大;HV-CMC、XC和SJ在硅酸盐钻井液中的抗温极限温度分别为160 ℃、120 ℃、80 ℃。为保护油气层又找到了一类新的调节硅酸盐钻井液流变及滤失性能的有效处理剂。     

环保型水基钻井液在胜利油田的研究与应用

废弃钻井液一直是钻井工程的主要污染物之一,而研发环保型水基钻井液体系,从源头上控制废弃钻井液环境污染,已成为现阶段实现“绿色钻井、清洁生产”的重要途径。针对胜利油田环保型水基钻井液技术需求,自主研发了基于改性淀粉的抗高温环保降滤失剂HBFR,其在淡水、盐水中均具有良好的降滤失性能,抗温达150℃,形成了环保型水基钻井液系列配套处理剂,构建了综合性能良好的抗高温（150℃）环保型水基钻井液体系（SLHB）。评价结果表明,SLHB体系具有良好的流变、滤失、抑制页岩水化及抗污染性能,高温高压滤失量为10.2 mL,EC50值大于1×105 mg/L,BOD5/CODCr为16.2%,可达到国家污水排放二级标准。SLHB已在胜利油田现场应用10余口井,较好地满足了胜利油田环保钻井液技术需求。