抗高温有机硅-胺类抑制剂的研制与性能研究

为了获得钻井液用抗高温胺类抑制剂, 引入可以与黏土颗粒发生反应的硅烷偶联剂单体KH-570与DMAA、DMDAAC进行自由基共聚反应, 合成了抗高温有机硅-胺类抑制剂PKDAS, 研究了PKDAS的抗温性能、 在膨润土颗粒上的吸附性能及其对膨润土和泥页岩的抑制性能。研究结果表明： PKDAS的抗温性能较强, 可耐 220℃高温。PKDAS在膨润土表面的吸附能力明显比胺类抑制剂 NH-1和 FA-367的高： 在浓度 6 g/L的情况下, PKDAS、NH-1和FA-367老化前在膨润土颗粒表面的吸附量分别为27.3、 10.2和12.6 mg/g, 220℃老化16 h后的吸附量分别为 6.8、 1.9和2.0 mg/g。PKDAS对膨润土和泥页岩膨胀的抑制效果优良, 其高温抑制性能显著优于抑制剂NH-1与FA-367的。经220℃老化16 h前后, 1%PKDAS水溶液抗膨润土污染的极限分别达 40%和 30%。220℃高温老化16 h后, 泥页岩在质量分数2.0%的NH-1与FA-367水溶液中均出现了大幅膨胀, 膨胀高度分别为1.07和1.05 mm,而在质量分数2.0%的PKDAS水溶液中的膨胀高度仅0.57 mm （老化前为0.32 mm）。220℃老化16 h后, 泥页岩在质量分数 2.0%的 PKDAS、 NH-1与 FA-367溶液中的热滚回收率分别为 86.67%、 38.29%和38.07%。图9参10     

聚合物-有机硅腐植酸钻井液应用研究

通过室内与现场试验,考察了有机硅腐植酸在泥浆中的作用规律和效能。结果表明,有机硅腐植酸具有较好的降粘切,抗温和抑制性能,使用聚合物-有机硅腐植酸钴井液可以实现低固相不分散泥浆钴井,提高钻井工作效率。     

泥页岩胺类抑制剂PEDAS的研制与性能评价

针对准噶尔盆地西北缘区块地层泥页岩含量高,造成井壁失稳频发的问题,以乙基二羟乙基烯丙基氯化铵(TEAC)为反应单体,通过与N,N—二甲基丙烯酰胺(DMAA)和N—乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基溶液共聚反应,制得了胺类抑制剂PEDAS。通过对产物进行红外结构表征与热重分析,结果表明其分子结构符合预期设计,且抗温性能较强;抑制实验结果表明,PEDAS对膨润土及目标泥页岩的水化造浆作用均有着良好抑制作用,且抑制效果优于现场常用的胺类抑制剂SIAT与BLC-101;钻井液配伍实验结果表明,PEDAS与水平井及直井钻井液均可实现良好配伍,且钻井液体系可有效抑制目标泥页岩的水化。     

钻井液用低聚胺类页岩抑制剂的结构与性能

考察了低聚胺分子结构对页岩热滚回收率、滤失量和吸附行为的影响。结果显示,低聚胺分子中烃结构和氨基的存在能导致回收率和滤失量同时增加,只不过氨基的影响力要弱,而醚氧和羧甲基则导致回收率和滤失量同时降低;氨基是最强吸附基团,醚氧和烃次之,羧甲基会对吸附性能产生负面的影响。所有低聚胺均单层平铺在黏土层间,这种吸附形态有利于形成最小黏土层间距,从而抑制页岩膨胀。聚醚胺D230是筛选出来的最优胺类抑制剂,其疏水、亲水基团搭配合理,能兼顾钻井液的抑制性和造壁性。以D230为主剂,添加少量的五乙烯六胺和自制的二元共聚物制备的聚胺产品RZPA在四川德阳的江沙33-8气井应用,掉块较少,且无大的掉块,页岩热滚回收率在73%~81%之间,钻井顺利。     

羧-胺类小分子泥页岩抑制剂的抑制性研究

以脂肪酸、小分子胺为原料合成羧-胺类小分子抑制剂,考察了胺种类、脂肪酸链长、酸与胺摩尔比以及抑制剂加量对膨润土线性膨胀率的影响。根据正交实验和单因素实验得到最佳的酸胺反应组合为月桂酸-二乙烯三胺（1:2）,其次为油酸-四乙烯五胺（1:2）,抑制剂加量0.5%。在0.5%月桂酸-二乙烯三胺产物中,膨润土在20 min内迅速水化膨胀,90 min时膨润土的线性膨胀率为24.3%,为同条件下4.0%氯化钾溶液中的43.5%,是蒸馏水中的32.8%;在0.5%油酸-四乙烯五胺产物中,膨润土在40 min内迅速水化膨胀,90 min时膨润土的线性膨胀率为33.2%,是氯化钾溶液中的59.4%,是蒸馏水中的44.9%。泥球实验结果表明,在月桂酸-二乙烯三胺产物中浸泡的泥球水化膨胀程度明显降低,对膨润土的抑制效果好于油酸-四乙烯五胺产物。室温下,这两种羧-胺类产物对水基钻井液有一定的增黏作用。加入0.3%月桂酸-二乙烯三胺产物后,钻井液的表观黏度（AV）提高1.9倍;加入0.5%油酸-四乙烯五胺产物消泡后,钻井液AV提高1.0倍。加入月桂酸-二乙烯三胺产物、油酸-四乙烯五胺产物后,KD-03聚合糖钻井液体系黏度增加,AV分别提高2.4倍、3.5倍,配伍性较好。     

钻井液用MOF衍生物封堵-抑制剂的制备与性能

以六水合硝酸锌、2-甲基咪唑(GC)和乙二胺(EDA)为原料,通过原位功能化法制得MOF-乙二胺有机-无机杂化材料,继而与氮丙啶进行一锅法加聚反应,制得了结构外侧富含胺基官能团的纳米级MOF衍生物封堵-抑制剂。研究了该剂的封堵性能、抑制性能及与不同钻井液体系的配伍性。MOF衍生物封堵-抑制剂具有优异的封堵性能,可大幅降低基浆滤失量。6%的钠膨润土基浆在30 min时的总滤失量高达24 mL,而由3%钠土+3%封堵-抑制剂构成的土浆在30 min时的总滤失量仅4.4 mL,远低于基浆的。25%的膨润土在2%的封堵-抑制剂悬浊液中的动切力仅6.5 Pa,膨润土在2%封堵-抑制剂悬浊液中的最终膨胀高度较之在去离子水中降低了76%,泥页岩在2%封堵-抑制剂悬浊液中的滚动回收率达74.23%。以3%封堵-抑制剂取代3种钻井液体系原有的封堵剂与有机抑制剂后,钻井液老化前后的流变性能与API滤失量均维持了稳定,仅HTHP滤失量小幅上升,泥页岩在取代后钻井液中的滚动回收率略有上升。MOF衍生物封堵-抑制剂兼有良好的封堵性能、抑制性能与配伍性。图5表2参17     

两性离子聚合物黏土水化抑制剂的合成与性能

以丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和氯化N-甲基-N-烯丙基咪唑(MAC),烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)制备了一种耐温耐盐四元共聚物AM/AMPS/MAC/APEG,并对该聚合物进行了红外、核磁表征,考察了聚合反应条件对聚合产物防膨率的影响,探讨了不同条件下合成聚合物溶液及其与KCl复配体系对膨润土的防膨能力以及对伊利石和泥页岩水化作用的影响。结果表明:最佳合成条件为:单体总量为20%,单体配比AM/AMPS/MAC/APEG为90∶5∶3∶2,引发剂(亚硫酸钠/过硫酸铵,摩尔比1∶1)加量0.2%,p H值4,反应温度40℃。合成聚合物具有较强的抑制能力。浓度为20 g/L合成聚合物溶液对膨润土的防膨率为79%,且能明显降低伊利石的水化膨胀应力,同时30 g/L合成聚合物与5 g/L的KCl复配后能够将泥页岩在水溶液浸泡后的压入硬度保留率由在水中的21.7%提高至69%。     

耐高温阳离子聚合物压裂液的制备与性能研究

为获得具有良好耐温抗剪切性能的聚合物压裂液,设计并合成了含阳离子基团的丙烯酰胺共聚物PAAD及配套有机钛交联剂TC,以PAAD为稠化剂、TC为交联剂、多羟基化合物MH为交联促进剂,制备了阳离子聚合物压裂液。研究了PAAD、TC、MH、pH值对压裂液性能的影响。结果表明,PAAD具有较强的增黏能力,可作为压裂液稠化剂使用;TC可在酸性条件下与聚合物PAAD交联形成聚合物冻胶;MH在高温条件下能与PAAD稠化剂反应,促进聚合物交联网络的形成,提高压裂液黏度及耐温性能。该压裂液的性能与体系组成有关,随聚合物PAAD浓度的增加,压裂液冻胶黏度增大,但PAAD加量超过0.6%后冻胶黏度增幅减小。在PAAD浓度一定的条件下,TC和MH均存在对应冻胶高黏度的最佳浓度值。体系pH值对压裂液的性能影响较大,pH=3数4时压裂液成胶性能较好。组成为0.6%PAAD+1.0%TC+0.2%MH(pH=3数4)的压裂液经150℃、170 s~(-1)连续剪切90min后的黏度仍保持在90 m Pa·s左右,满足150℃高温油气井压裂施工需要。     

关于有机硅氟聚合物钻井液的研究

为解决辽河油田高温深井钻井施工中深部复杂地层的井壁稳定,抗盐抗钙,高温老化等问题,依据有机硅氟聚合物的特性及其与钻井液的作用机理,开展了有机硅氟聚合物钻井液体系研究。通过室内试验对有机硅氟聚合物钻井液体系各项性能进行测试,确定该钻井液体系拥有较强的抗温抗盐抗钙性能,良好的润滑性,可有效延长泥页岩水化周期、防止井塌,是一种可满足高温深井钻探的钻井液体系。     

合成低分子胺类抑制剂的评价与应用

以环氧氯丙烷与二甲胺为原料合成了抑制剂,考察了反应物配比、反应时间、反应温度对膨润土膨胀率的影响。根据单因素实验得到反应条件为:反应物物质的量比1∶1,反应时间8 h,反应温度80℃。3%二甲胺-环氧氯丙烷产物16 h的线性膨胀率为27.48%,岩屑回收率为86.81%。粒度分布实验结果表明,二甲胺-环氧氯丙烷产物的抑制性明显优于防膨剂FP-1及KCl。现场应用结果表明,将低分子胺类抑制剂应用于渤海油田转注预处理工艺,可有效提高转注后的吸水能力,延长注水井的周期,起到良好的增注效果。     

复配型水合物抑制剂的制备及其性能研究

以N-乙烯基己内酰胺(VCL)为单体,偶氮二异丁腈为引发剂,通过溶液聚合法合成了聚乙烯基己内酰胺(PVCap)动力学抑制剂,并将PVCap动力学抑制剂与其他增效剂复配制得PVCap复配抑制剂。用IR,1H NMR,GPC等方法分析了PVCap的结构。采用THF法研究了PVCap复配抑制剂对水合物的抑制性能。实验结果表明,随增效剂用量的增大,PVCap复配抑制剂的抑制性能增强;PVCap/甲醇复配抑制剂的抑制效果最好,使用该复配抑制剂时水合物形成的诱导时间最长为887min;增效剂通过增强PVCap分子在水合物笼上的吸附能力提高其抑制性能。     

高效胺类抗氧剂的性能研究

以二苯胺、苯基-α萘胺为原料,在催化剂作用下和C8烯烃进行烷基化反应,得到一种液态的烷基化芳胺类抗氧剂.对所得产品进行了理化指标和热稳定性分析,同时采用旋转氧弹法(RBOT)、粘度增长试验(VIT)、航空润滑油腐蚀和氧化安定性测定法、薄层氧化试验(TFOUT)、加压差热扫描试验(PDSC)、高温沉积物评定试验(TEOST)进行产品在基础油、航空润滑油、内燃机油中的性能评价.结果表明所得产品具有较好油溶性和流动性,又具有较好的抗氧化性能.     

胺基硅醇抑制剂的制备与性能评价

针对高温深井钻井过程中钻井液用包被抑制剂耐温能力不足的问题,从改善高温下吸附能力角度出发,向超支化聚乙烯亚胺（HPEI）骨架分子中引入硅氧烷基团,研制出一种胺基硅醇抑制剂Si-HPEI,并对该抑制剂进行性能评价。结果表明,Si-HPEI抗黏土污染量达到35.0%以上,加量为0.5%的实验浆的滚动回收率达70.33%,抗温可达160℃,优于常规抑制剂。通过层间距测试、高温吸附性能、包被性能、疏水特性测试和微观形貌分析对Si-HPEI的作用机理进行分析。结果表明,分子链中引入硅氧烷的Si-HPEI水解后产生的硅羟基与黏土表面的硅羟基发生了缩聚反应,使Si-HPEI与黏土表面发生牢固地化学吸附,在高温下不易脱附,加强了黏土矿物片之间的作用力,有效包被黏土矿物,并改变黏土表面疏水性能,从而阻碍水分子侵入黏土层间而引起水化分散。      

羧酸多胺盐型黏土膨胀抑制剂制备与性能研究

以酒石酸、苹果酸及多胺为原料合成羧酸多胺盐型黏土膨胀抑制剂,并评价其抑制黏土膨胀性。膨润土线性膨胀率实验结果表明:该类抑制剂对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,其中MAA-9对膨润土的抑制效果优于MAA-1、TAA-4;1.0%MAA-9溶液中,90 min时膨润土的线性膨胀率明显优于1.0%KCl,与4.0%KCl相当;1.0%MAA-9对膨润土的防膨效果可达到66.67%,防膨实验结果与膨润土线性膨胀率实验结果吻合。缩膨实验、泥球实验以及钻井液性能评价实验结果进一步表明,MAA-1、TAA-4、MAA-9对膨润土水化膨胀具有一定的抑制作用。     

高效阳离子聚合物絮凝剂的制备及性能研究

通过反相乳液法合成了不同阳离子度的丙烯酰胺（AM）与二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）二元共聚物及AM与DADMAC和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）三元阳离子共聚物。分别考察了二元单体质量比和三元单体摩尔比对共聚物性能的影响,结果表明,二元共聚物中DADMAC单体反应不完全;三元共聚物中随着DMC含量的增加,共聚物阳离子度和特性粘数也随之增加。考察了共聚物阳离子度对絮凝效果的影响,结果表明,当共聚物阳离子度达65％～68％时,处理膨润土悬浮体系的效果较佳。     

两性离子聚合物交联稠化酸的制备及其性能研究

为获得良好缓速性能的稠化酸,采用含酰胺基团的两性离子聚合物为稠化剂、具有多醛结构的化合物为交联剂,配制出了具有良好缓速性能的两性离子聚合物交联稠化酸。考察了温度、交联剂用量、聚合物用量以及两性离予聚合物结构对交联稠化酸液性能的影响。研究结果表明,用于配制交联稠化酸的聚合物中酰胺基团的摩尔含量以50％～60％为宜,交联剂加量在1．5～2．0g/L之间,温度的升高有利于交联稠化酸在较短的时间内获得高黏度。与普通稠化酸相比交联稠化酸具有更好的缓速性能,破胶后残渣含量少,可用于碳酸盐地层的深部携砂酸化压裂作业。     

疏水缔合聚合物 AHAPAM的制备与性能评价

为获得耐温性能良好的疏水缔合聚合物,以丙烯酰胺(AM)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵(DMAAC-18)为原料制备了一种两性疏水缔合聚合物AHAPAM。通过测定AHAPAM溶液的黏度优化了AHAPAM的制备条件,研究了AHAPAM的耐温抗盐性能。结果表明,在DMAAC-18和SSS摩尔分数分别为1.5%和0.6%、单体质量分数25%、引发剂((NH4)2S2O8与Na HSO3摩尔比1.2∶1)加量0.2%、反应温度45℃、p H值为9、反应时间6 h的最佳合成条件下制得的AHAPAM的临界缔合浓度值为0.19%。AHAPAM浓度高于临界缔合浓度时,聚合物疏水链间以分子间缔合为主并形成空间网状结构。AHAPAM的抗温性能良好,0.50%AHAPAM溶液在120℃、170 s~(-1)下剪切1.4 h的黏度约为90 m Pa·s。AHAPAM的抗盐性能较好,在氯化钠和氯化钙加量为18%和15%时,AHAPAM溶液的黏度约为330 m Pa·s。     

高温延迟交联聚合物堵漏剂的制备与性能

针对目前凝胶堵漏材料注入性差、高温成胶时间短等问题,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体, 偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂,聚乙烯亚胺和N,N^''-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以自由基聚合与聚合物交联 相结合的方法,研发了一种具有成胶强度高、高温成胶时间可控等优点的高温延迟交联聚合物堵漏剂PM-1,并 通过正交实验和单因素实验得到了PM-1 的最优制备条件,评价了PM-1 的注入性、成胶性和堵漏性,并分析了 PM-1 的高温延迟交联机理。结果表明,堵漏剂PM-1 的最佳制备条件为：单体质量分数为10%（AM、AMPS物质 的量比为4∶1）,聚乙烯亚胺加量为0.4%,N,N^''-亚甲基双丙烯酰胺加量为0.2%,偶氮二异丁脒盐酸盐加量为 0.1%,自制聚合物BRZ加量为1.2%;该堵漏剂具有良好的注入性能;堵漏剂在130 ℃下老化96 h 后仍可封堵粒 度1.7～4 mm的砂层,与惰性材料所形成的复合凝胶对5 mm的裂缝漏层承压能力达6 MPa;添加0.4%聚乙烯亚 胺能够使堵漏剂的交联时间延长3～5 h,可保证地下交联凝胶堵漏施工的顺利进行。     

胺类抑制剂在临盘地区的应用

胜利油田临盘区块上部地层黏土矿物含量高,在钻至东营组地层前采取大土池循环沉降方式控制钻井液黏度和切力,而沙一、沙三段地层存在油页岩段,钻井过程中常出现严重的井壁失稳垮塌.针对该区块地层特点,通过室内实验,选用胺类抑制剂原用钻井液的抑制性.现场应用结果表明,加入0.3%～0.4%的胺类抑制剂后,钻井液具有良好的流变性和强的抑制性,且性能稳定,能防止井壁失稳;应用该体系钻井后,含油页岩特殊区块的钻井周期可缩短5～7 d,减少了钻井液外排造成的环境污染,排放量可减少约30%,有利于将传统的大土池循环方式改为罐式循环,达到清洁生产的目的.     

有机硅改性醇酸树脂性能的研究

研究了乙氧基羟基硅树脂与醇酸树脂共聚物的性能。结果表明,硅含量在20％以下时耐热性、抗弯曲性能和防水性提高。