高内相逆乳化钻井液体系的室内研究

为了有效降低油基钻井液的油相比例,研制了高内相逆乳化钻井液体系。该体系具有低油、低毒、低固相、较低成本的优异特性。该体系的配方为5#白油+30%CaCl2盐水+HFGEL-120型有机土(w=1%)+石灰(w=0.5%)+脂肪胺类乳化剂(w=3.6%)+自制酰胺类稳定剂(w=1%),油水体积比为50∶50,钻井液的密度为1.20~1.85g/cm3。室内性能评价结果表明:该高内相逆乳化钻井液体系性能良好,破乳电压为400~900V,抗温性达160℃,120~150℃高温高压滤失量≤10mL,流变性与传统逆乳化钻井液相当。进一步评价表明,该体系还具有良好的抗污染性、抑制性、储层保护性能。     

新型聚合物钾盐抑制泥页岩水化的性能与机理

泥页岩水化膨胀是井壁失稳的重要原因。本文通过膨润土压片浸泡与线性膨胀实验、页岩钻屑滚动回收实验以及流变性、滤失性测试，评价了一种新型聚合物钾盐抑制剂聚阴离子纤维素钾（K-PAC）的抑制性能及其对水基钻井液流变性和滤失性的影响。评价结果表明，0.5% K-PAC的抑制泥页岩水化膨胀的性能明显优于5% KCl、2%聚醚胺-D230（PEA-D230），与0.5%聚丙烯酰胺钾盐（K-PAM）相近；0.5% K-PAC的增黏提切、降滤失性能要优于0.5% K-PAM。通过扫描电镜和X射线衍射分析了K-PAC的抑制机理，结果表明，K-PAC的阳离子部分（K⁺）能够进入膨润土晶层中并置换出水化钠离子，从而起到抑制黏土晶层膨胀的作用；K-PAC的阴离子部分吸附在黏土颗粒上起到护胶、降滤失的作用，二者协同增效，从而起到强抑制作用。由于K-PAC由聚阴离子纤维素和K⁺构成，对环境友好、成本低廉。因此，K-PAC具有成为低成本、环保型、强抑制性的水基钻井液抑制剂的巨大潜力。     

抗高温抗高钙降滤失剂DF-1 的研制与评价

为解决高钙污染下水基钻井液的稳定性及滤失性难调控问题,利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)单体合成了抗高温抗高钙降滤失剂DF-1。最佳合成条件为:AMPS、DMDAAC、AM质量比4.1∶2.9∶3.0,引发剂过硫酸铵加量0.3%,p H值=7,反应温度40℃,反应时间3h。室内评价结果表明,150℃老化16 h及40000 mg/L Ca2+污染下,添加DF-1基浆体系的表观黏度为9 m Pa·s,滤失量为16 m L,而未老化空白基浆的值分别为7.5 m Pa·s和30 m L,基浆体系的流变性和滤失性基本不受影响。采用红外光谱(IR)、TGA热重分析、滤饼扫描电镜(SEM)以及元素能谱(EDS)分析DF-1的微观作用机理。DF-1分子结构中含—CONH2和阳离子胺基,有助于其通过氢键和静电吸附在黏土表面有效吸附。分子链段热稳定性好,在300℃开始分解。Ca2+污染后,添加DF-1前后滤饼中Ca2+的相对含量分别为15.96%和3.77%;DF-1能有效阻止Ca2+在黏土表面离子交换吸附,从而阻止黏土颗粒聚并,有效形成致密滤饼。     

基于乳状液转相技术的钻井液新体系室内研究

为有效解决油基钻井液应用中存在的固井质量较差、环境污染严重等问题,采用有机胺质子化可逆原理,赋予油基钻井液以乳化相态的可逆性,研制了一套可逆乳化钻井液体系。该钻井液体系的配方为5#白油+25.0%CaCl2溶液+1.0%有机土+0.5%石灰+1.0%润湿剂RS+4.0%乳化剂ET,油水比为50:50,密度为1.2 kg/L。通过室内试验对该钻井液体系进行了全面的性能评价,结果表明,通过酸触相反转和碱触相回转,可实现W/O型与O/W型间自由转换;且转换前后的钻井液性能良好:破乳电压达500~900 V,抗温达180 ℃,高温高压滤失量小于15 mL,流变性与传统逆乳化钻井液相当,可抗10%硫酸钙、20%钻屑污染,渗透率恢复率和滚动回收率都达90%以上,泥饼和含油钻屑更易处理。这说明,研制的可逆乳化钻井液体系兼备油基钻井液和水基钻井液的优点,且各项性能均为优良,能解决常规油基钻井液应用中存在的问题。      

聚氧乙烯脂肪胺乳状液性能——不同pH值清洗条件下对硅酸盐岩储集层润湿性、渗透性的影响

通过室内岩心驱替实验、接触角测量、红外光谱分析研究了不同p H值清洗条件下聚氧乙烯脂肪胺乳状液对硅酸盐岩润湿性、渗透性的影响规律及聚氧乙烯脂肪胺在硅酸盐岩表面的吸附行为,提出了关于可逆逆乳化钻井液储集层损害特性和机理的新认识,以及可改进完井、固井效果的井眼清洗方法。研究表明:p H值为4~8的清洗条件下,聚氧乙烯脂肪胺在硅酸盐岩表面发生吸附,使岩石表面由水润湿状态转变为油润湿状态,严重损害储集层渗透性;p H值为10的清洗条件下,聚氧乙烯脂肪胺发生脱附,使储集层岩石表面恢复为水润湿状态,有利于减轻钻井液对储集层渗透性的损害。建议采用"先酸后碱"的井眼清洗方法,或者在酸清洗液中加入润湿反转剂。图2表2参21     

抗高温高密度可逆油基钻井液体系

为满足高温深井钻井需求以及弥补油基钻井液在完井固井和环境保护方面的不足，基于非离子表面活性剂CN-2构建了CO₂和HAc双响应性可逆油基钻井液体系，并比较了两种纳米颗粒(OTS-KH550/SiO₂、CTAB/SiO₂)对体系性能的影响。结果表明：所建体系在CO₂或HAc诱导下从油包水转相为水包油，该转相可由CaO或NaOH诱导回转。CN-2与OTS-KH550/SiO₂协同稳定的乳状液性能更佳，抗温达250℃。纳米颗粒OTS-KH550/SiO₂的加入不会影响钻井液体系的可逆性能，且能显著地改善体系抗高温性能，使得体系在低油水比50∶50～60∶40、高密度1.8～2.1 g/cm³及高温180～200℃条件下均具有良好的流变性能和滤失性能。含油钻屑、油基滤饼均可通过CO₂鼓泡或HAc溶液浸泡很容易地被清洗。通过红外光谱分析和微观观察揭示机理为：在CO₂或HAc诱导下，乳化剂发生盐化，亲水...     

氨基离子液体聚合物抗高温抑制剂的作用机理

为解决高温地层黏土水化所引起的井壁失稳问题，合成了含双键和氨基的离子液体单体，并将其与丙烯酰胺共聚得到了一种聚合物抑制剂PAN。采用傅里叶变换红外光谱仪对PAN的分子结构进行了表征，并通过浸泡膨胀和搅拌分散、线性膨胀、热滚回收实验评价其抑制性能。结果表明：PAN抑制黏土膨胀与分散的性能优于常用抑制剂KCl、聚醚胺D230及离子液体单体，并且抗温达250℃。通过XRD、Zeta电位、润湿性分析了PAN的抑制机理。PAN通过缠绕包覆在黏土颗粒上、压缩双电层、增加黏土颗粒间胶结性及颗粒表面疏水性而起到抑制作用，为新型抗高温强效抑制剂的研发提供理论与技术支持。