有机硅-胺类聚合物抑制剂的制备与性能研究

为解决使用水基钻井液钻遇泥页岩井段时易发生井壁失稳的问题,选取合适单体,制备了胺类-有机硅聚合物抑制剂PAKAS。通过红外光谱与凝胶色谱分析,证明所制备的PAKAS分子结构符合预期,为分子量适中的高聚物;进行了膨润土造浆、线性膨胀与页岩滚动回收实验,结果表明PAKAS对膨润土与泥页岩的水化造浆作用有着良好的抑制效果;通过热失重实验与吸附实验对PAKAS的作用机理进行了分析,结果表明PAKAS分子结构较为稳固,且具备较强的吸附性能,在高温(200℃)环境中仍可维持其高聚物特性,且仍可有效吸附于黏土颗粒表面,进而通过包被作用抑制地层中泥页岩的水化,其抑制效果优于KCl、Ultrahib、SIAT及不含硅氧烷基团的聚合物PDAS。     

新型超高温页岩抑制剂特性实验研究

为满足超高温深井钻井工程的需要,提升抗高温水基钻井液的抑制页岩水化能力,研选了一种新型超高温页岩抑制剂HT-HIB该抑制剂分子结构与聚醚二胺类似,端部含有2个胺基,但分子链为刚性的环烷基。通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验、页岩膨胀实验、压力传递测试、X射线衍射分析黏土层间距、Zeta电位测试和热重分析等,综合评价了该页岩抑制剂的抑制性能,并揭示其作用机理。结果表明,HT-HIB能抑制泥页岩水化膨胀和分散,并可在一定程度上阻止压力传递,作用优于目前高性能水基钻井液中使用的聚胺抑制剂;同时HT-HIB可在220℃下保持性能稳定。HT-HIB通过端部的胺基单层吸附插入黏土层中,破坏黏土表面水化层结构并排出层间水分子;黏土表面吸附HT-HIB后亲水性显著降低,从而阻止了水分子的吸附;此外,HT-HIB的溶解度随pH值变化,可使HT-HIB从溶液中析出并堵塞页岩微孔隙,也有利于阻止液相侵入。总之,HT-HIB借助化学抑制、润湿反转以及物理封堵协同作用,因而表现出突出的抑制性能,为开发新一代抗高温高性能水基钻井液打下了基础。      

新型聚胺盐泥页岩抑制剂的研究及应用

以小分子量聚合醇、金属催化剂、氨水、高温保护剂、改性剂为原料,制得钻井液用抗高温聚胺盐抑制剂JAI,外观为浅黄色黏性液体。研究表明,JAI处理剂抗黏土污染量达到40%以上,过40目、28目筛的滚动回收率分别为63.8%、51.2%,并使膨润土在清水中的膨胀体积由9.8 mL降至2.75 mL,抑制泥页岩水化膨胀和分散的能力较好,各项性能与国外同类产品Ultrahib相当。在93 200℃范围内,2%JAI溶液的钻屑回收率和pH值随温度变化较小,平均值分别为63%和9.5。与甲酸盐和KCl盐水体系的配伍性良好。在两口井的现场应用表明,JAI抑制剂可大幅提高体系的抑制性,有效解决大段泥页岩导致的严重垮塌和膨胀缩径,以及严重造浆等复杂问题。     

抗高温环保型有机硅钻井液的研究

利用有机硅降滤失剂研制出了抗220℃高温的环保型有机硅钻井液,并对其流变性能、降滤失性能、抗盐抗钙污染能力、抑制性能、悬浮稳定性、生物毒性和生物降解性进行了评价;利用SEM观察了有机硅钻井液滤饼的形态。实验结果表明,密度为1.16,1.50,1.90 g/cm3的3种有机硅钻井液在150～220℃下老化16 h后均具有良好的流变性能、降滤失性能和抑制页岩水化膨胀的能力,有机硅钻井液经高温老化后形成的滤饼薄而致密;在220℃下老化16 h后的有机硅钻井液具有一定的抗盐抗钙污染能力,悬浮稳定性好,生物毒性达到了排放标准,且具有良好的生物降解性。     

抗高温插层吸附抑制剂的研制及作用机理分析

针对常规抑制剂控制黏土表面水化不足导致的井壁失稳问题,以四乙烯五胺为反应单体,通过引入磺酸基团,制备了抗高温插层吸附抑制剂。对该抑制剂的结构进行了表征,并对其性能进行了评价,分析了抑制作用机理。结果表明,抑制剂分子结构中含有大量的强吸附基团和疏水基团,分子量小,无毒环保且具有良好的热稳定性。抑制作用机理分析表明,抗高温插层吸附抑制剂通过强吸附基团优先进入黏土片层间,交换出层间的水合钠离子,结合静电引力有效减小黏土的静电斥力及表面水化短程斥力;通过降低水溶液表面张力和改变黏土润湿性,控制泥页岩自吸能力和比亲水量,减少水相的侵入;吸附及抗解吸附能力强,能长时间吸附于黏土表面,提升黏土表面的疏水性,减少自由水的侵入。该抗高温插层吸附抑制剂具有良好的抑制造浆、控制黏土水化膨胀和防止泥页岩分散等性能,优于国内外聚胺抑制剂。     

抗高温微粒子钻井液的室内研究

为满足当前深井、超深井逐步向深层次开发的需要,在分析评价各种抗高温钻井液处理剂的基础上,研制出一种以CX-189、JC-J003为主要降滤失剂的抗220℃高温微粒子钻井液,对其性能进行了评价。实验结果表明,该钻井液经220℃、16 h高温老化后,仍具有良好的流变性,高温高压滤失量仅为13.6 mL,形成的泥饼薄而韧;同时,该钻井液还表现出较强的抑制性能和抗盐(15%NaCl)、抗钙(2.5%)能力。     

一种定量评价钻井液用胺类抑制剂的新方法

针对泥页岩发育的地层,国外石油公司研制出了一种高效泥页岩抑制剂——胺类化合物,并以此为基础构建了高性能水基钻井液体系.介绍了胺类抑制剂的作用机理和目前几种用于胺类抑制剂的评价方法,并指出了这些方法的优缺点.通过室内实验建立了一种定量评价钻井液用胺类抑制剂抑制性的新方法——析水率法.室内测试了3种胺类抑制剂在不同膨润土基浆中的析水率,并与膨润土抑制实验结果进行了对比,2种方法的结果非常吻合.     

超支化聚乙烯亚胺作为高效水基钻井液页岩抑制剂的研究

为解决钻井过程中的泥页岩井壁失稳问题,选取了重均分子量为6×104g/mol的超支化聚乙烯亚胺(HPEI)作为水基钻井液页岩抑制剂,通过膨润土造浆实验、线性膨胀实验和泥页岩热滚回收实验对其泥页岩抑制性能进行了评价,通过红外光谱表征、X-射线衍射实验以及热重分析对其抑制机理进行了分析。结果表明,HPEI对膨润土水化膨胀有良好的抑制作用,20%膨润土在1.5%HPEI溶液中造浆后的动切力仅为0.5 Pa,膨润土在3%HPEI溶液的膨胀高度较蒸馏水中减少了67%;溶液的pH值越低,HPEI的质子化程度越高,对膨润土水化分散的抑制性能越好。HPEI抑制黏土水化膨胀的机理为:HPEI分子进入黏土层间,通过静电引力和氢键的共同作用减弱黏土水化分散,其疏水结构阻止水分子进入黏土层间,抑制膨润土晶层膨胀。     

环保型高效页岩抑制剂聚赖氨酸的制备与评价

为了解决泥页岩地层钻井过程中井壁失稳的难题,研制出一种兼具强抑制性和优良环保性的水基钻井液页岩抑制剂-- 聚赖氨酸,并对其性能进行了评价。评价过程及结果如下：①借助红外光谱、核磁共振、电感耦合等离子质谱、热重分析等方法对 其进行了化学表征;②通过线性膨胀实验、泥页岩热滚回收实验和膨润土造浆实验等手段,系统地评价了该抑制剂对泥页岩的抑制 性能;③抗温性能和pH 值适应性评价结果表明,温度在180 ℃以内、pH 值在7 ～ 10 范围内该抑制剂均能发挥良好的抑制作用; ④生物降解试验结果表明,该抑制剂易于降解,环保性能优异。结论认为,聚赖氨酸具有优异抑制性能的原因在于其能够有效地中 和泥页岩中膨润土表面负电荷,将表面Zeta 电位降低至接近零点,而又不会造成电性反转,从而最大限度地压缩扩散双电层,使泥 页岩不易分散;并且其抑制作用优于KCl、小阳离子、Ultrahib 等目前常用的几种抑制剂。     

钻井液用高效桥联型防塌剂的研发及现场应用

井壁失稳一直是钻井过程中未能彻底解决的问题。根据防塌剂与钻井液中的黏土及地层矿物吸附联结的作用机理,采用AM、AMPS和一种强吸附单体M,通过以过硫酸钾作引发剂,在60℃反应4 h,合成了一种抗温达150℃的高温桥联型防塌剂QFT,产物为白色黏稠状,QFT分子量约为（8~60）×104 g/mol,有效含量为10%。该防塌剂具有强抑制、降滤失及对基浆黏度影响小的特点,对其进行了性能评价和机理分析,并介绍了其现场应用情况。与清水相比,3% QFT水溶液使泥页岩岩心线性膨胀量降低44.56%,泥页岩岩屑150℃滚动回收率提高34.1%,回收率大于KCl及KPAM和FA-367;在清水中浸泡10 min后完全分散开的岩心,在QFT溶液中浸泡24 h仍保存完整。X-射线衍射分析结果说明,QFT由于分子量较小,可以进入黏土层间,阻止水分子进入黏土层。含有QFT的基浆老化后黏土颗粒粒径较小,比表面积较大,说明该防塌剂可以通过与黏土的桥联吸附,阻止基浆中固相颗粒高温聚集,保证基浆中具有一定量的细颗粒,有利于形成薄而致密的滤饼,老化后3% QFT可以使4%基浆的API滤失量降低48.33%。钾钙基钻井液体系中引入QFT后,有效地降低了滤失量,现场的泥岩岩屑滚动回收率在95%以上,且120℃下浸泡后的人造岩心强度比原体系提高14%以上。通过在红山嘴H160井的应用,表明该防塌钻井液体系能够防止井塌等复杂事故。此外,由于该体系有良好的降滤失及抑制性,试验井钻井周期比邻井H170-X井缩短43%,钻机月速提高了70%,显著提高了钻井时效,降低钻井成本。