钻井液用两性离子P(AM-AMPS-DAC)共聚物反相乳液的制备与性能评价

作为钻井液处理剂,反相乳液聚合物与粉状聚合物相比,能够减少聚合物在烘干、粉碎过程中由于降解、交联等反应造成的不利影响,产品可以直接加入钻井液并快速分散,在达到同样效果的前提下,可减少用量,降低钻井液处理费用,且更容易实现绿色环保生产。以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料,采用氧化还原引发剂体系,通过反相乳液聚合,制备了两性离子P(AM-AMPS-DAC)反相乳液聚合物。研究了复合乳化剂的HLB、乳化剂用量、引发剂用量、油水体积比、AMPS和DAC用量对共聚物的水溶液表观黏度及所处理钻井液的流变性和滤失量的影响,测定了聚合物的红外光谱和TG曲线。结果表明,当油水体积比为1.0,单体质量分数为30%,复合乳化剂质量分数为5%~6%,复合乳化剂HLB值为7.1,引发剂用量为0.2%,n(AM)∶n(AMPS)∶n(DAC)=0.59∶0.35∶0.06时,能够制得热稳定性好的反相乳液聚合物,且在淡水、盐水、饱和盐水和复合盐水基浆中具有较好的增黏、降滤失能力,抗温、抗盐能力强,同时具有较强的润滑和防塌能力。     

生物质改性钻井液处理剂研究进展

介绍了淀粉、纤维素、木质素、栲胶和植物胶等生物质改性钻井液处理剂的改性方法,对国内生物质改性钻井液处理剂研究与应用情况进行了概述,生物质改性产物因来原料源丰富、价格低廉、绿色环保等,成为重要的钻井液处理剂．随着研究的不断深入,其用量将越来越大。但从周内研究进展来看,其研究深度和广度还不够,部分研究成果尚未实现工业化,生物质改性钻井液处理剂在石油勘探开发中的潜力尚待挖掘。     

国内水基钻井液降滤失剂研究现状

降滤失剂是保证钻井液性能稳定的重要处理剂,主要分为天然/天然改性高分子化合物、合成类聚合物两大类.分别对腐殖酸、纤维素、木质素、淀粉类、酚醛树脂类和乙烯基类合成聚合物降滤失剂的成分、使用条件和改性处理进行介绍,重点对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成聚合物降滤失剂研究现状进行分析.为提高天然改性产品的使用性能,常用磺化或者通过与其他单体进行接枝共聚的方法进行改性,但这些研究仍不能满足复杂条件下钻井液性能维护处理的需要.由于AMPS单体可以方便地向体系内引入强水化基团磺酸基,因此合成类降滤失剂常采用AMPS与其他一种或者几种单体共聚来制备.但受单体种类多、聚合物结构复杂、相对分子质量多变等条件的限制,聚合物的结构与性能的对应关系研究较少,加之聚合物单体价格较贵、合成条件要求复杂,AMPS类合成聚合物多局限于室内实验,现场应用的产品较少.降滤失剂的开发重点应放在研究聚合物结构和降滤失性能的对应关系、开发新型单体、提高聚合物的耐温抗盐能力、兼顾环境友好和形成工业化生产能力等方面,并注意助剂之间的复配使用,进一步提高性价比.     

国内外抗高温钻井液降滤失剂研究与应用进展

综述了国内外近期钻井液降滤失剂的研究与进展,指出了抗高温降滤失剂的发展方向。就目前来看,国内虽然有部分产品性能已经达到了国际先进水平,但在超高温钻井液降滤失剂研究方面开展的工作较少,产业化速度慢,还不能满足超深井钻井的需要。今后在抗高温降滤失剂的研发方面。应做到环保、高效、低廉,并尽可能采用简单的生产工艺,以进一步降低产品的生产成本。     

2011～2012年国内钻井液处理剂进展评述

2011～2012年度,国内在钻井液处理剂方面又取得了一些新进展,特别是胺基聚醚抑制剂的成功应用,在一定程度上推动了水基钻井液技术的进步.从天然材料改性、合成材料及其他材料方面,就2011～2012年度国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,指出钻井液处理剂存在的问题及下步发展方向.从近期的研究看,尽管在天然材料改性处理剂方面开展了不少工作,但仍然以合成材料类处理剂为主,在合成材料方面则以烯类单体聚合物处理剂研究最多,但却缺乏创新性.针对存在的问题,今后在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,在烯类单体聚合物方面,突破传统处理剂结构,设计超支化的树枝状或树形结构的处理剂,在天然材料利用方面,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂,并重视工业废料和农副产品的利用.     

2009～2010年国内钻井液处理剂研究与应用进展

随着石油勘探开发向深部和海上发展,深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多,特别是超高温、超高压地层的钻探,对钻井液提出了更高要求。针对钻井液技术发展的需要,促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。近两年,国内在钻井液处理剂方面开展了一系列卓有成效的研究工作,其中一些研究已在现场应用中见到效果,部分产品已达到或超过世界先进水平,从而为钻井液技术的进步奠定了基础。从天然材料改性、合成材料、工业废料或副产物利用,以及不同材料复合或反应产物等方面,就2009～2010年国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,并指出处理剂的发展方向。从近期的研究看,仍然以合成聚合物为主,多围绕提高产品的抗温抗盐这一方向,并逐步向超高温发展,且研究最多的是钻井液降滤失剂,其次是降黏剂、堵漏剂和润滑剂等。而在钻井液降滤失剂、降黏剂中,又以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体与其他单体的共聚物更受重视,而润滑剂、堵漏剂等则多以多种材料复配为主。今后,在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,发展低相对分子质量的聚合物处理剂,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料的深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂。     

关于胶黏剂环保问题的思考

胶黏剂,在黏合市场上被称为通用胶黏剂。目前市场上销售的胶黏剂主要是溶剂型胶黏剂。阐述了化学胶黏剂的发展趋势以及胶黏剂在各种领域的应用,进而提出了胶黏剂环保的优化措施以及胶黏剂环保问题的思考。     

分子动力学模拟表面活性剂降黏效果

目前应用于原油降黏方面的表面活性剂种类众多,宏观实验方法无法全面准确地描述降黏机理。利用计算机模拟实验过程及结果,对油田自主研发的三种表面活性剂PS-30、BS-12以及复配型表面活性剂FP1进行降黏效果对比,以分子动力学方法按照油水混相模拟分析并得到以下结论：三种加剂油水体系中,BS-12油水体系的界面生成能为-615.04kJ/mol,PS-30油水体系为-2312.42kJ/mol,FP1复配油水体系为-4156.32kJ/mol。界面生成能的绝对值越大,说明其降低油水界面张力的能力越强,降低界面张力的能力为：FP1>PS-30>BS-12。分子模拟中各表面活性剂加入体系后,FP1、PS-30和BS-12油水体系模型的密度分别降低至0.84g/cm³、0.85g/cm³和0.87g/cm³左右,降黏效果的排序为：FP1>PS-30>BS-12。根据各原油体系石油分子的径向分布函数显示,BS-12、PS-30、FP1原油体系的峰值依次为9.784、9.202、8.347,峰值越低,油水黏附力越...     

水性胶黏剂在磷酸铁锂电极制备过程中的应用研究CSCD

锂离子电池电极中的胶黏剂是其不可或缺的重要组成部分且直接影响到电池性能。水性胶黏剂有生产环保、成本低等突出优势,成为近期研究热点。本文研究了水性胶黏剂在磷酸铁锂体系中的应用,通过CV测试表明,聚丙烯酸脂类胶黏剂具有较高的氧化电位(4.65 V),适宜用作正极的胶黏剂。通过热分析仪分析了两种聚丙烯酸酯类胶黏剂LA和LB的特性,实验结果表明,LB有相对较好的热稳定性(热分解温度325℃)。用LA、LB胶黏剂制成的磷酸铁锂电池,通过EIS测试了电极锂离子扩算系数分别为6.2×10^(-14) cm^2/s和1.8×10^(-14)cm^2/s。通过电性能测试分析了LA和LB胶黏剂对磷酸铁锂电池容量、内阻、倍率等电性能的影响。研究表明,当LA胶黏剂添加量为3%时,电池性能较佳;LB添加量为2.5%,极片压实为2.25 g/cm^3时,电池具最佳的综合电性能。较低的胶含量及适中的压实密度有利于降低电池内阻,提升电池倍率性能和综合电性能。最后,本文对未来水性胶黏剂的研究方向进行了展望。     

2013~2014年国内钻井液处理剂研究进展

从天然材料改性产物、合成材料两方面,就2013~2014年度国内钻井液处理剂研制及应用情况进行了介绍,指出了钻井液处理剂存在的问题及下步发展方向。从近期的研究看,在天然材料改性处理剂方面主要为淀粉、木质素和腐殖酸改性产物,在合成材料方面则以烯类单体聚合物处理剂研究最多,且反相乳液聚合逐步受到重视。与以前不同的是,油基钻井液处理剂研究大幅度增加。但从整体情况看,研究的深度和覆盖面还不够,创新性不足,投入现场的少,缺乏经济性和可行性研究。针对存在的问题,今后在处理剂研究上,要围绕绿色环保、抗温抗盐的目标,重视生物质资源的利用,针对提高处理剂抗高价离子的需要,开发含膦基的阴离子单体及高温下水解稳定性好的非离子单体,以及支化或星形结构的聚醚和聚醚胺等化合物;探索超支化的树枝状或树形结构的处理剂合成;加大反相乳液聚合物钻井液处理剂的推广;在油基钻井液处理剂方面,重点围绕油基钻井液体系完善配套的需要,同时研制适用于油基钻井液的防漏、堵漏材料,并在室内研究的基础上,重视处理剂生产工艺及经济性研究,加快成果转化。     

Effects of Walnut Shells on the Rheological Properties of Water-Based Drilling Fluids

Abstract

In this research, three different water-based drilling fluids were prepared according to American Petroleum Institute (API) standards, and effects of walnut shells on the rheological properties of the samples were studied. The walnut shells of 2-, 4-, and 6-mm samples and their equal weight mixtures of 2–4 mm and 4–6 mm were added to the drilling fluid samples in different concentrations. The aim of this study is to determine the optimum walnut shell size, concentration and polymer concentration to minimize the fluid loss during drilling operations. It was observed that polymer (XT) has the optimum effects on the water-based drilling fluid. The optimum concentration of polymer (XT) with the 6-mm walnut shell is determined as 0.4 g/350 ml.     

国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

Extensional Viscosity of Polymer Based Fluids as a Possible Cause of Internal Cake Formation

Abstract

In this study, the effect of the rheology of viscoelastic fluids on the formation of internal filter cakes has been investigated. A series of core flow experiments have been conducted to investigate the possible relationship among the polymer concentration, fluid extensional viscosity, shear viscosity, filtration loss characteristics, and pressure drop across the core samples, and hence, any change in the original rock permeability. Results of extensional and shear viscosity measurements, API filtration loss tests, and formation damage tests conducted by using three different partially hydrolyzed polyacrylamide (PHPA) solutions (0.5, 1.5, and 3.0 lb/bbl) are shown. Comparison of the PHPA test results with the previously published xanthan gum (XG) test results is also provided.     

Effects of Polymers and CMC Concentration on Rheological and Fluid Loss Parameters of Water-Based Drilling Fluids

Abstract

Fluid loss during drilling operations has a very significant effect on both reservoir formation damage and monetary terms. There are many additives to control this unwanted phenomenon. Nevertheless, most of these substances are artificial chemicals. Thus, they are not only expensive, but also hazardous to the environment. In this article, a more natural method was applied to overcome the higher filtration problems by employing carboxyl methyl cellulose (CMC) and polymers (XT), DSHV, and MAC PR. Drilling fluids were prepared due to American Petroleum Institute (API) standards. The fluid weights were adjusted as 9 ppg. API filtration tests were applied to fluid samples including the chemicals. Tests were also conducted with non-treated bentonites + barite fluids without chemicals for comparative purposes. All of the rheological parameters including plastic and apparent viscosity and yield points were determined. Comparative graphs of shear stress vs. shear rates were plotted. The optimum CMC and polymer amounts were selected by graphical analysis of the results of rheological tests made by using shear meter and filtration tests. An optimization of the fluid loss control due to addition of the chemicals was made. The behavior of water-based fluids with CMC and polymers was examined. The accurate and sensitive industrial application of this study would reduce drilling fluid loss expenditures effectively.     

国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识

随着石油勘探开发技术的不断发展,对钻井液提出了更高的要求。国外一些公司相继研制并推广了聚合醇钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、稀硅酸盐钻井液和微泡钻井液等具有国际先进水平的水基防塌钻井液新体系,以及环保性能优良的第二代合成基钻井液和逆乳化钻井液新体系。国内在生产中结合实际情况,借鉴国外新技术,逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术,并在逐步形成高难度的超高温和超高密度钻井液体系。国内在钻井液整体水平上与国外的差距仍然很明显,特别是国内外在钻井液技术与管理方面存在的认识上的区别,主要表现在目的、设计理念、处理剂、实施过程、对泥浆工程师的要求、创新目标、环境保护等方面,这是制约国内钻井液整体水平和技术进步的主要问题。通过分析得出了一些认识,即:钻井液技术的发展依赖于新型钻井液处理剂的研制;对钻井液的维护不仅要注重过程控制,还要重视早期维护处理;提高钻井液的抑制性,确保钻井液的清洁有利于保护油气层;要通过"预防+巩固"的井壁稳定思路,进一步提高井壁稳定效果;钻井液无害化处理要从钻井液处理剂研制、生产以及钻井液设计、维护处理等全过程考虑。建议今后钻井液技术工作要注重钻井液处理剂的超前研究,深入开展超高温和超高密度钻井液研究,加大油基钻井液的研究力度,通过认识上的提高来缩小国内在钻井液技术上与国外的差距。     

关于规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识

自上世纪70年代以来,我国钻井液技术逐步趋于成熟,与国外的差距日渐缩小。特别是近年来,围绕高温、高压地层以及强水敏地层、页岩气水平井的需要,在超高温钻井液、超高密度钻井液、页岩气水平井钻井液、油基钻井液等方面又有了新进展。但在钻井液处理剂和钻井液体系规范方面还存在问题,如在命名方面,钻井液处理剂任意编代号,随便起名字,钻井液体系缺乏主题和依据,有时仅仅加入了很小量的某种处理剂,就称"某钻井液体系";标准方面,因制定中缺乏实验和应用依据,多数行业标准系由企业标准转化而来,标准中缺少表征产品本质特征的项目及指标,通用性不强;加之高纯度、高质量产品推广受到价格限制,不同程度上制约了钻井液技术的发展。从钻井液处理剂和钻井液两方面提出规范思路。基于实验和分析认为,处理剂规范应从分类、命名、指标设置和实验方法等方面出发,以保证命名的科学性和标准的准确性与适用性。在钻井液体系方面,基于处理剂、标准、质量控制和钻井液性能间的关系,提出钻井液体系的命名原则,明确了钻井液技术规范、钻井液体系或工艺规范应包括的内容。     

麻黄山区块深井钻井液技术

宁深1井是部署在麻黄山区块的一口区域深探井,该井设计井深5820m,采用三级井身结构。根据地质特征,认为该井钻井液主要技术难点为二开裸眼段长达3130m,井眼尺寸大,且地层破碎、倾角大,易发生垮塌及井漏,钻井液维护困难;山西组、太原组煤层较为发育,井壁容易失稳;预计井底温度高达185℃,高温对钻井液流变性、滤失量控制影响大。根据各开次的需求,室内形成配套钻井液体系,一开选用钾铵基聚合物钻井液体系;二开采用聚合物防塌及聚磺防塌钻井液体系;三开采用聚磺非渗透防塌钻井液体系。采用"多元协同"防塌技术解决井壁失稳,确保二开电测、下套管一次性成功,二开井径扩大率为13%,低于设计要求的20%。受二开套管事故的影响,三开施工井下情况复杂,及时调整钻井液性能,确保了该井的顺利完钻(完钻井深4756m)。在三开下部含多套煤层情况下,井径扩大率只有15.76%。采用非渗透处理剂进行随钻堵漏,可有效降低钻井液漏失。