深水水基恒流变钻井液流变特性研究

水基恒流变钻井液是一种适用于深水钻井作业的新型工作流体,目前关于该体系的报道较少。通过对一定温度压力下钻井液性能的检测以及流变模型分析,研究了水基恒流变钻井液的流变行为,并初步探索了恒流变机理。结果表明,在0.1～35.4 MPa范围内,当温度从4℃升高到65℃,黏度计读数φ₆/φ₃、动切力、塑性黏度等流变参数的变化幅度较小,分别在10～13、9～12、13～18 Pa及15～22 mPa·s范围内,且φ₆与φ₃读数随温度呈“U”型分布;在温度压力组合条件下,拟合经验流变方程的相关性排序为:宾汉塑性≈幂律＜卡森≈赫-巴≈罗-斯模型,其中双参数卡森模型的相关系数较高,且表达式简洁,适于描述水基钻井液的恒流变特性;以卡森模型为初始方程,引入T/P因子建立了高预测精度的动力学流变方程f（T,P,γ）,相对误差平均值为7.19%±4.07%,偏差极大值集中在100（ r/min）/65℃;分析了关键处理剂的分子形貌、结构及其与黏土片层的缔合作用,提出了基于分子形态的定性构效假设,揭示水基钻井液的流变稳定性本质。      

水基恒流变钻井液流型调节剂的制备与性能评价

流型调节剂是实现水基钻井液恒流变特性的关键处理剂。以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体为主要原料,采用反相微乳液方法合成了一种流型调节剂,表征了产物的结构、分子形貌、热稳定性等,比较了流型调节剂与传统处理剂对水基钻井液流变性能的影响,结合流型调节剂的分子聚集态结构分析了恒流变机理。结果表明,流型调节剂黏均分子量约7.5×106,平均粒径为258.7 nm,抗温可达260℃。在水基钻井液中,流型调节剂具有良好的流变控制能力,可显著降低温度变化(4数65℃)对关键流变参数的影响。流型调节剂分子的核-壳结构提高了分子刚性和稳定性,其亲水基团在壳层的层级分布可补偿基团损耗,从而维持有效基团数量,确保与黏土片层的缔合作用,维持水基钻井液的稳定性。     

深水低温条件下水基钻井液的流变性研究

探讨了海洋钻探中常用的PEM钻井液、小阳离子钻井液、PRD钻井液以及KCl/PLUS钻井液在不同低温条件下流变性能的变化情况.结果表明,随着温度的降低,几种钻井液的粘度和切力均有明显的上升,这与钻井液中粘土含量、土粒分散度、粘土颗粒的ζ电位、高分子量聚合物类型、高分子量聚合物分子链的舒展程度以及粘土颗粒、高分子量聚合物、水分子之间的相互作用等因素有关;膨润土及高分子量聚合物是造成钻井液在低温条件下表观粘度以及切力上升的重要因素,它们的加量越大,对低温流变性的影响越大.     

深水水基钻井液的室内研究

深水区域油气勘探已成为油气产量增长的重要组成部分。研制出了一套聚合物硅酸盐钻井液,该钻井液能够有效地抑制水合物的形成;具有一定的抗温性能和良好的井壁稳定性,岩屑滚动回收率在90%以上;保护油气层效果好,其渗透率恢复值在90%以上;采用发光细菌法对钻井液处理剂及体系的生物毒性进行了评价,结果表明它们均无生物毒性;该钻井液加重后性能满足深井钻井的要求。     

适于西非深水油田的水基钻井液室内评价

通过分析西非深水油田钻井液技术难点,针对钻井液低温流变性调控与井眼清洗问题、气体水合物的生成与控制以及活性泥页岩井壁失稳问题,提出了相应的技术对策,构建了新型深水高性能水基钻井液体系。实验评价表明,该钻井液具有较低的黏度和较高的动切力,φ6读数保持在7~10,有利于井眼清洗;钻井液流变性受低温影响较小,2℃和25℃的表观黏度比和动切力比分别为1.28和1.10。该钻井液在不同层位的泥页岩岩样回收率均在90%以上,抑制性明显优于以往使用的KClPHPA钻井液体系,且在动态和静态条件下均具有优良的水合物抑制效果,抗污染能力强,满足西非深水油田钻井液技术需求。     

水基钻井液低温流变性调控用温敏聚合物研制及性能评价

在深水钻井过程中,水下的低温、高压环境使钻井液黏度迅速增加,造成当量循环密度（ECD）增大,由此引发井塌、井漏以及压力控制难等问题。采用乙烯基己内酰胺（NVCL）作原料,偶氮二异丁腈（AIBN）作引发剂,通过自由基聚合的方式对深水水基钻井液低温流变性具有调控作用的温敏聚合物-聚N-乙烯基己内酰胺（PVCL）进行合成。通过红外光谱、凝胶渗透色谱等方法对PVCL进行了结构表征和分子量测定,并研究了矿化度、pH值、PVCL浓度等因素对其低临界溶解温度（LCST）的影响。实验结果表明,PVCL有着较强的抗温、抗盐能力,能够使水基钻井液塑性黏度、表观黏度和动切力在4~60℃范围内变化减小50%。     

水基钻井液体系在低温条件下的流变性探讨

探讨了海洋钻探中常用的几种水基钻井液体系在深水钻井过程中低温条件下的流变性变化情况。试验结果表明,随着温度的降低,钻井液体系的粘、切力均有明显的上升。     

深水钻井液国内外发展现状

分析了墨西哥湾、巴西、西非等深水区块地层特性，介绍了深水盐层特性以及钻井过程中面临的技术挑战，并针对深水盐岩及活性泥岩等复杂地层对钻井液设计提出了要求，结合国内外不同公司研制开发的深水高性能水基钻井液以及深水恒流变合成基钻井液体系，归纳总结了深水钻井液国内外发展现状。      

缅甸西海岸深水气田水基钻井液优化设计

为解决缅甸西海岸深水气田钻井面临的水敏性泥页岩井壁失稳、海底低温高压条件下钻井液增稠和易生成天然气水合物的问题,以聚胺抑制剂SDJA为关键处理剂,在优化钻井液低温流变性及优选天然气水合物抑制剂等关键处理剂的基础上,构建了强抑制性水基钻井液HIDril。室内性能评价结果表明,该钻井液具有较低的黏度和较高的动切力及6值,有利于清洗井眼,并且在温度4℃时具有良好的流变性;水敏性泥页岩回收率最高可达96.33%,抑制性能优良;在模拟海底环境的低温高压条件下,可有效抑制天然气水合物的生成;渗透率恢复率大于85.57%,具有较好的储层保护效果。在此基础上,针对缅甸西海岸深水气田不同井段的特点进行了钻井液技术方案设计,可为该深水气田钻井提供借鉴。      

一种深水水基钻井液关键外加剂的优选评价

钻井液对气体水合物的抑制性能和低温下良好的流变性能是深水钻井液的关键性能.通过对关键外加剂的优选,室内建立了一套用于2000m深水钻井的水基钻井液体系,该钻井液采用反相微乳液聚合物增黏剂UFLOW及改性植物胶VIS-HX作为钻井液的流型调节剂,以热力学抑制剂NaCl和聚合醇配以动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为气体水合物抑制剂.该钻井液在低温下能保持良好的流变性能;同时在水深为2000m、水温在3℃左右的环境下,该钻井液可抑制气体水合物的生成.     

抗超高温水基钻井液用聚合物降滤失剂的研制

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为聚合反应单体,以偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂,通过自由基聚合反应,室内研制出了一种新型水基钻井液用抗超高温聚合物降滤失剂CLG-240。借助红外光谱分析、凝胶色谱分析和热重分析,分别表征了降滤失剂CLG-240的分子结构,确定了合成产物的相对分子质量和热稳定性。综合评价了CLG-240在钻井液中的基本性能。结果表明,降滤失剂CLG-240的数均分子量约为6.461×105,重均分子量约为7.345×105;在室温～315℃范围内该聚合物的热失重总量约为26.5%,表明其自身便具有良好的抗温、耐温特性。室内研究表明,无论是在淡水实验浆还是在盐水实验浆中,降滤失剂CLG-240均具有较好的降滤失特性,同时还具有较好的泥页岩抑制特性;其在钻井液体系中具有良好的耐超高温性能,在低密度钻井液中的抗温能力达248℃,而在高密度钻井液中的抗温能力达220℃。      

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明:流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。      

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明：流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。     

海洋深水钻井水基钻井液密度的预测

在海洋深水钻井条件下,不同的海水深度和温度梯度环境将对钻井液密度产生影响.因此根据不同温度和压力条件下水基钻井液密度的测量结果,建立了温度、压力影响下的水基钻井液密度计算模型.     

抗高温高密度水基钻井液室内研究

通过室内实验,优选出了能够抗200℃高温、密度达2．30g／cm^3的水基聚磺钻井液配方：4％膨润土＋1．5％SMP-2＋2％SPNH＋3％HL-2＋1％SMC＋0．2％80A51＋0．3％KHPAN＋重晶石＋2％SF260＋1％高温稳定剂＋0．5％表面活性剂＋1．0％润滑剂。评价了该钻井液的热稳定性及抗盐抗钙能力。结果表明,该钻井液流变性好,抗盐、抗钙污染能力强,对处理超高温水基钻井液具有指导意义。     

膨润土接枝聚合物降滤失剂研究

通过丙烯酸和含酰胺基团的共聚单体在膨润土悬浮液中的氧化还原体系引发共聚合 ,制备了膨润土接枝共聚物 ,用作水基钻井液的降滤失剂。由接枝产物水悬浮液的表观粘度、塑性粘度、动切力及滤失量 ,接枝产物处理的粘土浆的性能 ,初步确定了接枝产物的合成条件 :单体、膨润土质量比 0 .4 5∶1;丙烯酸、共聚单体摩尔比 1.6∶1;接枝共聚温度 75℃。比较了该接枝产物、在相同条件下制备的共聚物与膨润土的混合物及一种商品聚合物降滤失剂HGST 5 98作为降滤失剂的性能 ,发现接枝产物处理的粘土浆的API滤失量特别是HTHP滤失量大大低于共聚物 膨润土混合物和HGST 5 98处理的粘土浆 ,这 3种降滤失剂在水中的增粘能力排列顺序为 :HGST 5 98>共聚物 膨润土混合物 >该接枝产物。图 3表 6参 6。     

多羟基聚合物防塌剂CXC-1应用性能研究

多羟基聚合物防塌剂CXC-1是以环氧化物及多羟基化合物共聚而成的聚合物防塌剂,为淡黄色黏稠液体。性能评价结果表明:CXC-1具有很强的抑制性,胜利东营组岩屑在2%CXC-1溶液中的回收率达91.6%,在2%CXC-1+10%NaCl,7%KCl或3%硅酸钠(模数3.0)混合溶液中为94.8%-95.7%,而在蒸馏水中为27.2%;黏土压片在2%CXC-1溶液和2%CXC-1+5%KCl或10%NaCl混合溶液中浸泡几天后仍保持完整;CXC-1能显著提高泥页岩的膜效率,经CXC-1溶液浸泡的岩心膜效率为0.145,而经硅酸钠、甲酸钠浸泡及未浸泡岩心的膜效率分别为0.108,0.061和0.048;加入CXC-1后钻井液保护油气层能力显著增强,污染后岩心渗透率回复率由74.4%提高到91.6%;CXC-1与其他处理剂配伍性好,对钻井液流变性和滤失造壁性具有一定的改善作用,无毒(EC50=1×105mg/L),累计耗氧量测定表明易生物降解,是一种环境友好型钻井液防塌剂。在易跨塌、卡钻的沙河街组地层钻进中应用的结果表明,CXC-1能有效抑制井壁坍塌,维持井眼稳定,顺利解决复杂地层的井塌问题,满足复杂地质条件下安全钻井的需要。图2表7参7。     

高温高矿化度高密度水基钻井液用润滑剂

复杂深层油气钻井工程中,超高温高矿化度高密度（简称“三高”）复杂条件对水基钻井液润滑剂性能提出了更高要求。笔者利用环保性能较好的改性基础油、极压耐磨成膜材料、复合表面活性剂以及复合抗氧化剂等,研制了一种高温高矿化度高密度钻井液润滑剂SDR-1。评价结果表明,润滑剂SDR-1抗温达200℃,在饱和盐水基浆及含6000 mg/L钙的饱和盐水基浆中润滑系数降低率均大于80%,其沉降稳定性好,荧光级别小于3级;与高密度钻井液配伍性良好,可有效降低高密度钻井液的循环流动压耗及动态摩阻。      

钻井液用聚醚多元醇润滑剂SYT-2

报道了由EO和PO共聚得到的钻井液用聚醚多元醇润滑剂SYT 2的性能和应用。加入 0 .5～ 1.0 %SYT 2使 6 %膨润土浆的润滑系数 (0 .35 7)降低 83.3%～ 86 .5 % ,极压膜强度由 30 .2MPa升至 15 3～ 2 0 3MPa。在 4 %盐水浆中 ,1%～ 3%SYT 2使润滑系数 (0 .314 )降低 72 .9%～ 86 .5 % ,在 35 %盐水浆中 ,1%～ 5 %SYT 2使润滑系数(0 .187)降低 18.2 %～ 6 8.4 %。 12 0℃热滚老化对SYT 2的润滑性能影响很小。SYT 2对聚合物钻井液常规性能无不良影响 ,不引起发泡 ,SYT 2无荧光 ,EC50 值大于 1.0× 10 5mg/L ,完全无毒 ,根据海水中生物需氧量测定 ,易生物降解。介绍了在胜坨一口斜井 (1790～ 2 2 2 1m)和轮南一口水平井 (井深 4 95 0m ,水平段长 30 0m)钻井中成功使用SYT 2的情况。图 1表 4参 2。