一种水基钻井液用热固型纳米封堵剂的研制

为解决页岩井壁失稳问题,制备了一种热固型纳米封堵剂。采用红外光谱仪、热重差热等,验证封堵剂的分子结构及热稳定性。研究了封堵剂对钻井液流变性、滤失性及封堵性能的影响。结果表明,纳米封堵剂的加量越多,Zeta电位越高,水基钻井液的粒径越大。含有该封堵剂的钻井液120℃/16 h老化后的粘度参数较老化前增加,且纳米封堵剂加量越多,钻井液的粘度越高,API滤失量越低。当封堵剂加量为4%,水基钻井液在纳米级滤纸及微米级砂盘过滤介质中的滤失量均低于10 mL,承压120℃/3.5 MPa。扫描电镜显示纳米封堵剂在滤饼中保持纳米级分布,通过热固效应出现微米级自生颗粒,合理粒度级配能够形成致密滤饼,具有良好失水造壁性和封堵效果。     

疏水纳米SiO_2在泥页岩水基钻井液中的应用

在水基钻井液钻井过程中泥页岩易发生水化膨胀、掉块等井壁失稳问题,在泥页岩水基钻井液引入疏水性纳米SiO_2TSP-L20,TSP-L20可以提升水基钻井液对泥页岩的降滤失性、封堵性以及抑制性。介绍了疏水纳米SiO_2的抑制防塌机理,通过测试TSP-L20浆及加有TSP-L20的水基钻井液的失水量、压力传递、泥岩钻屑的滚动回收率和线性膨胀率,评价了TSP-L20的降滤失性、封堵性及抑制性。结果表明:疏水性纳米SiO_2TSP-L20具有较好的降滤失性能、封堵性及抑制性,可以提高水基钻井液对泥页岩的抑制防塌性能。     

聚醚胺基烷基糖苷类油基钻井液研究

以NAPG为主剂,优选增粘剂、降滤失剂、封堵剂等配伍处理剂,通过钻井液体系构建及配方优化,形成了环保型、低成本、高性能的NAPG类油基钻井液体系。对钻井液性能进行了评价。结果表明,钻井液页岩一次回收率为99.90%,相对回收率为99.98%;钻井液抗温达150℃,流变性好,动塑比0.327,初终切适宜,中压滤失量0 m L、高温高压滤失量6.0 m L;润滑系数降低率达69.62%;滤液表面张力26.60 m N/m;钻井液抗盐达饱和,抗钙10%,抗土、钻屑20%,抗水40%,抗原油20%;岩心动静态渗透率恢复值为91.4%和96.8%;钻井液EC50值为528 800 mg/L,无生物毒性。对NAPG类油基钻井液和油基钻井液从抑制、润滑、降滤失、储层保护及生物毒性等方面进行了对比。结果表明,两者性能相当,且类油基钻井液在环保方面具有显著优势。NAPG类油基钻井液适用于强水敏性泥岩、含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平井钻井施工,可缓解目前油基钻井液环保压力,扩大水基钻井液适用范围,具有较好的推广应用前景。     

塔里木油田富源井区深井超深井抗240℃高温钻井液体系研究

深井超深井的勘探开发已逐渐成为油气开发的主要对象,钻井液是深层超深层钻完井工程的核心技术,是钻井成功的关键之一。本文通过分析塔科1井的技术难点,对水基钻井液的降滤失剂、沥青封堵剂、抗高温抑制剂以及抗高温颗粒封堵剂进行了优选,形成了一套抗240℃高温的水基钻井液体系;并对钻井液体系进行评价。实验结果表明,钻井液体系在240℃高温下具有良好的流变性和降滤失剂性能,满足塔里木油田深井超深的钻井需求。     

HPT高温强抑制水基钻井液体系的室内研究

室内研制出HPT高温强抑制水基钻井液体系,对高效抑制剂、降滤失剂、防塌封堵剂的配比进行了分析,并对该钻井液体系的性能进行了评价。结果表明,该水基钻井液具有优良的加重能力、流变性、抑制性、润滑性和抗温性能,且具有环保和成本低的特点。     

龙马溪页岩气钻井用高性能水基钻井液的研究

焦石坝页岩气工区的龙马溪地层极易发生坍塌掉块,采用油基钻井液能够较好地解决现场井壁失稳难题,但存在配制成本高、钻屑后处理压力大等技术瓶颈难题。以阳离子烷基糖苷(CAPG)、纳微米封堵剂等为主剂,通过钻井液体系构建及配方优化,形成了CAPG高性能水基钻井液优化配方。该钻井液具有较好流变性,高温高压滤失量仅为4.0 m L;钻井液可有效抑制黏土的水化膨胀分散,不破坏页岩的结构,保持地层的原始性和完整性,表现出优异的井壁稳定性能;当密度达2.32 g/cm3时,钻井液极压润滑系数和滑块摩阻系数仍小于0.1,表现出较好的润滑性能;钻井液连续老化30 d后,流变性能保持稳定,静置72 h均未发生沉降现象;钻井液具有较好的抗污染性能;钻井液无生物毒性。对CAPG高性能水基钻井液和油基钻井液分别从抑制、润滑、降滤失、储层保护及生物毒性等方面进行了对比,两者性能相当,且CAPG高性能水基钻井液具有油基钻井液所不具备的环保优势。     

钻井液降滤失剂PAAS的制备及性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和对苯乙烯磺酸钠(SSS)为聚合单体,采用反相乳液聚合法制备了一种水基钻井液降滤失剂PAAS,通过正交实验确定了最佳合成条件,采用FTIR及EA(元素分析)对其结构进行了表征,采用TG-DTG对其耐温性进行了分析。通过钻井液流变性、滤失性及抑制性实验对降滤失剂PAAS应用性能进行了考察,并对其降滤失机理进行了推测。结果表明:PAAS具备良好的高温稳定性,各类功能基团在温度升至225℃时均未发生明显的热分解现象;钻井液流变性实验、老化实验及失水实验表明:w(PAAS)=1.5%(以体系总质量计,下同)时,钻井液流变性良好,动塑比(YP/PV)=0.30 Pa/(m Pa·s),高温160℃老化前后失水量分别为8.4 mL和10.2 mL。功能基团含量渐变实验、SEM和横向弛豫时间(T_2)结果表明:该降滤失剂主要通过吸附作用改善钻井液体系抗滤失性能。     

高温水基钻井液用降滤失剂的合成与评价

针对深井、超深井钻探开发过程中高温、盐水等复杂环境下降滤失剂失效的问题,开发了一种高温水基钻井液用降滤失剂HF-1。以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为原料,采用水溶液自由基共聚合成,水解引入阴离子以提高高温稳定性和抗盐性能。评价了其在钻井液中的性能,结果表明,所合成的抗高温降滤失剂热稳定性好,抗温达220℃,抗盐至饱和;在饱和盐水基浆中加量为1.5%时,220℃老化16 h后的180℃HTHP滤失量降至26 m L;降滤失效果与国外同类产品相当,而成本大大降低。该钻井液用降滤失剂具有较好的应用前景。     

干热岩抗高温钻井液体系研究

为了满足干热岩的开发需要,研制了一种抗温性能达到260℃的高温水基钻井液;主要通过研制的高温护胶剂HDC保持钻井液体系中的各种胶粒的稳定,配合相应的高温降滤失剂和高温封堵剂等其它配伍性处理剂的协同增效作用,来提高钻井液的抗温性能。结果表明,该钻井液抗温性能好,稳定性高,经过260℃高温老化后,仍能保持稳定的流变性能和滤失性能,适合各种类型的高温井的钻井作业。     

论述纳米材料钻井液在油田中的应用

本文通过分析设计对纳米材料的表面性能进行了改进,在此基础上研制了一种纳米封堵降滤失剂,通过引入强的吸附基团和疏水基团,聚合物分子的疏水性、氢键等协同作用形成空间的网架结构,使合成的纳米封堵降滤失剂分散在钻井液中,不仅具备优秀的降滤失性能,同时还具备良好的柔性可变形性。之后,以此降滤失剂为核心处理剂,对配套使用的纳米润滑剂和抑制剂进行优选。     

P(ST-g-ACA)/BT复合降滤失剂的合成与性能

以玉米淀粉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和膨润土为原料,采用单体插层原位聚合法制备了一种复合降滤失剂P(ST-g-ACA)/BT。采用FTIR、XRD、TGA和TEM对其进行表征,对降滤失剂的降滤失性能和流变性能进行了评价,并对其降滤失机理进行了推测。结果表明,该降滤失剂具有"鸡蛋卷"结构和良好的热稳定性。当P(ST-g-ACA)/BT加入量为基浆质量的2.0%时,淡水基浆中滤失量为4 mL(常温中压),含量为10%盐水基浆中(以去离子水的质量为基准,下同)滤失量为22 mL(150℃、3.5 MPa),表明降滤失剂能提高水基钻井液的热稳定性、耐盐性和降滤失性。在含量为10%盐水基浆中,与其他降滤失剂相比,P(ST-g-ACA)/BT降滤失效果明显。     

抗高温降滤失剂FR-1的合成研究

本文简述了国内外钻井液降滤失剂的进展,针对高温高盐钻井液降滤失量大的问题,研制出一种新型抗高温钻井液降滤失剂。通过实验配方及反应条件的摸索,确定了降滤失剂的最佳合成条件:单体组成为AM+AMPS+A+B,反应体系p H为7,反应温度为25℃,引发剂质量分数为0.2%。并分别在淡水基浆、盐水基浆、人工海水基浆中评价了其性能。     

纳米颗粒材料在水基钻井液中封堵性能研究与评价

为应对钻遇地层的复杂性,采用纳米颗粒材料提高钻井液封堵性能作为对策之一引发了广泛关注,选取纳米颗粒材料对钻井液的封堵性能进行优化,对比和分析了多种纳米颗粒材料的微观形貌、抗盐性、流变性和滤失造壁性。结果表明,纳米颗粒材料由于较大的表面自由能,在水溶液中产生团聚效应,团聚后D₅₀粒径在1～10μm之间,其分散粒径并不受盐浓度的影响,可以与钻井液中添加的盐离子共存。通过对比不同的纳米颗粒对基浆的黏切性和滤失造壁性的影响,得到纳米SiO₂颗粒相较其它颗粒材料具有更好的配伍性和封堵性能,当其在5%基浆中加入1.5%纳米SiO₂颗粒时,基浆的滤失量由34.5 mL降低为23 mL,滤饼厚度由7.2 mm降低为2 mm。在钾基聚磺钻井液中添加纳米SiO₂颗粒,可以使得钻井液的PPT滤失量从12 mL降低至8 mL,具有良好的低渗层封堵效果,可以应对致密地层的渗漏问题,具有广阔应用前景。     

纳米流体和两性表面活性剂改善钻井液性能实验研究

本文研究了碳化硅纳米流体和表面活性剂对水基钻井液物理和化学性质（热稳定性、黏度、表面张力和滤失特性）的影响。将碳化硅纳米流体、表面活性剂溶液和水基钻井液混合形成表面活性剂——碳化硅（Si C）钻井液,分别用流变仪、张力仪和压滤机对混合钻井液的黏度、表面张力和滤失性等性质进行了研究。实验结果表明,与常规表面活性剂相比,两性表面活性剂对钻井液黏度的增量最大,此外,混合钻井液具有更好的热稳定性,随着温度的升高,黏度平均变化率为9%,表面张力和滤失性分别下降了31.0%和22.2%。     

油基钻井液用抗高温树脂类封堵剂的研制

近年来,随着非常规油气的不断开发,钻井所面临的难度逐渐增加,油基钻井液的使用频率也逐渐增加,加强油基钻井液的封堵能力,对于预防井壁失稳具有重要的作用。以苯乙烯(ST)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸十八酯为单体,采用乳液聚合法,制备了一种油基钻井液用丙烯酸树脂类封堵剂。利用中压砂床封堵实验、高温高压静态砂床封堵实验对封堵剂的承压封堵性能进行了综合评价,并且研究了封堵剂对油基钻井液流变、滤失性能的影响。实验结果表明:180℃老化后,封堵剂对不同目数范围的砂床仍均有良好的封堵效果,且具有较高的封堵强度,突破压力可达6MPa。同时,该封堵剂对油基钻井液体系的流变性影响较小,200℃老化后,钻井液仍具有较低的API滤失量和高温高压滤失量,该封堵剂具有优异的抗高温性能和封堵性能。     

微锰在高密度水基钻井液中加重性能分析

微锰加重剂作为国外研发的一种新型钻井液加重材料,目前其在高密度水基钻井液中的加重性能有待深入研究。本文综述了国内外微锰在水基钻井液中的加重性能研究的发展现状,调研了加重剂的评价方法以及其对高密度水基钻井液性能影响及其机理分析。通过微锰与API重晶石单独加重以及复配加重,将微锰在高密度水基钻井液中的加重性能研究拓展到密度2.6g/cm~3,从流变性、滤失性、润滑性、沉降稳定性及抗温性综合评价微锰的加重性能。结果表明,微锰加重高密度水基钻井液的流变性、润滑性和沉降稳定性明显优于重晶石体系,而滤失性能较差,不过这点可以通过与重晶石复配得以改善。API重晶石与微锰复配加重体系下(ρ=2.6g/cm~3),复配比例为60∶40时高密度水基钻井液的滤失流变性最优,润滑性和沉降稳定性也较好,钻井液抗温可达160℃。     

抗高温水基钻井液降滤失剂的研制及性能评价

针对深井钻井过程中高温高压条件下对钻井液体系性能的特殊要求,在室内试验中通过水溶液聚合法研制出一种适合于深井高温地层的水基降滤失剂SLA-3。对其性能进行了评价,结果表明:降滤失剂SLA-3的相对分子质量适中,对水溶液的黏度增加有限,不会造成钻井液体系的黏度变化过大;经过180℃高温老化后,仍具有较好的热稳定性。在基浆中加入质量分数3%的SLA-3,200℃下老化16 h后的高温高压滤失量可以控制在9.4 m L,具有良好的抗温性能。考察了降滤失剂对不同类型钻井液体系性能影响,试验结果表明:SLA-3在淡水钻井液体系、盐水钻井液体系以及含钙钻井液体系中均表现出良好的降滤失效果,适应性较强,可以满足深井钻井作业对钻井液性能的要求。     

页岩水平段水基钻井液技术

龙马溪-五峰组页岩地层页岩脆性矿物含量高,微纳米级孔隙裂缝和层理发育,常规水基钻井液无法满足钻进需要,针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性,提出吸附封堵提高承压,强抑制强润滑三管其下形成减弱水基钻井液对页岩强度弱化影响长效机制,构建了JHGWY-1高性能水基钻井液,该体系具有较好的封堵性,160℃热滚后保持良好的流变和低失水量,具备较强的抗污染能力,在涪陵焦页××井等3口井三开代替油基钻井液应用,在三开钻、完井过程中,该体系表现出良好的封堵性、润滑性及及时封堵裂缝抑制裂缝扩展的能力,完井作业顺利,固井质量良好,说明该水基钻井液能够满足涪陵页岩区块钻完井工程需要。     

准噶尔盆地新型环保型钻井液研究与应用

准噶尔盆地深井及大位移深水平井存在着储层埋藏深、地层压力变化大、所钻岩性复杂等难点致使钻井复杂事故频发,为加强对深井钻井液流变性、抑制性、封堵性、润滑性等性能研究,在准噶尔盆地成功研究并应用新型XZ高性能水基钻井液、胺基聚合物钻井液。XZ高性能水基钻井液中研发出5种新型处理剂,用以提高井壁稳定性、钻井液抑制性、微纳米级封堵性和润滑性,成功创建了一套适合准噶尔盆地深井及大位移深水平井的XZ高性能水基钻井液工艺;胺基聚合物钻井液体系具有非常强的抑制性和剪切稀释性,抗污染能力强、性能稳定,封堵、防塌能力和携岩、清洁能力强等特点。通过现场试验研究表明,XZ高性能水基钻井液、胺基聚合物钻井液均能达到降低井底复杂事故发生、缩小井径扩大率、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的,能同时满足安全、高效、环保要求,值得在适宜地层区块加以推广应用。     

共聚物PAAND作钻井液降滤失剂的合成及应用评价

以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、乙烯基吡咯烷酮(NVP)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,(NH4)2S2O8-Na HSO3为引发剂,采用自由基水溶液聚合的方式合成了一种四元共聚物钻井液降滤失剂。通过正交实验确定了具有最佳降滤失效果的合成条件,采用FTIR及1HNMR对共聚物的结构进行了表征。性能评价结果表明,合成的共聚物具有良好的耐温抗盐和降滤失性能,聚合物质量分数为1.5%时,淡水、盐水、饱和盐水以及复合盐水基浆的API滤失量(0.7 MPa,30 min)分别为5.6、9.7、19.0和16.1 m L。与新疆油田常用的SP-8、JT888、MAN104和HJ-3这4种降失水剂相比,合成的聚合物表现出了更好的降滤失性能。现场适用评价表明,该降滤失剂与新疆油田常用的钾钙基聚磺钻井液体系、正电胶钻井液体系以及聚磺钻井液体系都具有良好的现场适用性。