钻井液降黏剂分子中离子基团对其降黏效果的研究

为深入研究聚合物降黏剂分子结构与性能的关系，文章以丙烯酸、苯乙烯磺酸钠、N,N-二甲基丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵为单体，采用自由基聚合法，制备了聚合物DMAA、聚合物DMSS和聚合物DMAD三种降黏剂。研究了三者在淡水、盐水基浆中的降黏效果与耐温抗盐性能；采用流变性测试与电位测试相结合的方法，分析了降黏剂分子中羧基、磺酸基、季胺盐等离子基团在不同基浆中作用效果。结果表明，上述降黏剂均能有效降低钻井液基浆的黏切。具体来看，分子链中含有大量羧基的DMAA在淡水浆中的降黏作用优于DMSS和DMAD,其在淡水浆中180℃老化后的降黏率达86%,对表观黏度和动切力的降低率分别达69%和95%,且其降黏效果受高温老化(180℃)的影响较小，抗温性能优良；由于两性离子降黏剂DMAD的分子内存在离子键，具有更强的抗盐能力，所以其在盐水浆中的降黏效果最好，180℃老化后，DMAD对盐水浆的降黏率达69%,对表观黏度和动切力的降低率分别达67%和78%。     

抗高温耐盐增黏剂及其无固相钻井液体系研究

选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、单体X为主要单体,合成出钻井液用抗高温耐盐增黏剂BDV-200S。研究了BDV-200S的分子结构、分子量及其分布、耐热性能,通过高温流变性能测试、高温老化黏度保留率性能测试、高温老化浆体悬浮重晶石实验和井底动态循环模拟实验等测试方法,表征了增黏剂BDV-200S的抗温性能及热稳定性能,并考察了120℃、150℃、180℃等不同温度下其与同类产品在无固相钻井液中的应用性能。结果表明,BDV-200S为目标聚合物;重均分子量近200万且分布集中;抗温能力良好,180℃高温老化16 h后黏度保留率大于45%,且浆体颜色仍呈乳白色,无大量重晶石沉淀,高温悬浮能力较好;经过180℃井下4个循环周模拟实验后黏度保留率大于50%;抗盐性能较好,随着盐含量增加至饱和,增黏剂在盐水中的黏度保留率保持为25%;在中高温及高温无固相钻井液体系中应用良好,经180℃老化后黏切性能保持率较高,常温中压滤失量为5.0 mL,150℃高温高压滤失量为19 mL,性能优于国内外同类产品。      

抗高温高钙梳型降滤失剂的制备与应用

选择几种不同的单体,按照一定配比,优选最佳方案合成梳型聚合物降滤失剂WA-1,并通过对比实验对其进行性能评价。选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）为单体,合成质量配比AMPS∶DMDAAC∶NVP∶DMAA=5∶3∶1∶1,总单体浓度19.8%,加0.2%过硫酸钾作为引发剂,反应温度为60 ℃,反应时间共5 h,pH值为7。性能评价结果表明,WA-1可抗温180 ℃,具有良好的流变性和降滤失性,抗钙性能良好;含2%CaCl₂的基浆中加2%WA-1,在180 ℃老化16 h后,中压滤失量为11.2 mL,降滤失效果优于线性聚合物。对WA-1进行红外光谱表征、热重量分析、钻井液Zeta电位和粒径分布分析,结果表明,WA-1作为梳型聚合物降滤失剂,能够抗高温高钙,提高钻井液的稳定性,具备独特的性能优势。      

AM/AMPS/NVP三元共聚物降滤失剂WH-1的研制

合成了AM／AM陷／NVP三元聚合物。即降滤失剂WH-1。简介了合成方法。在4％黏土淡水基浆和4％黏土复合盐水（4％NaCl＋12％CaCl2）基浆中考察了WH-1的性能。根据180℃老化前后的性能，WH-1在淡水基浆中的适宜加量为1．0％，可使老化前API滤失量由25mL降至5mL，老化后滤失量维持8mL。加入1．0％WH-1的淡水钻井液老化后的滤失量，随老化温度升高（150℃～240℃）而增大（6～15mL），抗温可达220℃。加入1．5％WH-1的复合盐水基浆，使180℃老化前后的API滤失量分别降至10、18mL，高温高压（150℃，3．5MPa）滤失量分别降至25、37mL。WH-1的降滤失性能及抗温、抗钙性能优于在用的3种降滤失剂。WH-1已用于多口油井钻井。简介了在埕北307井和孤北古2井4057m以下、井底温度140℃的井段使用WH-1控制钻井液滤失量的效果。表6参3。     

腈硅聚合物钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以2-丙烯酸胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯腈(AN)、丙烯酸(AA)和硅烷偶联剂为主要原材料,利用正交实验设计,合成出了一种新型抗温耐盐钻井液降滤失剂——腈硅聚合物降滤失剂SO-1.实验考察了加有SO-1的淡水钻井液和饱和盐水钻井液高温老化前后的中压滤失量和流变性能,同时分析了该剂的作用机理.实验结果表明,SO-1在淡水钻井液和饱和盐水钻井液中均具有优异的抗高温降滤失作用,抗温达240℃,抗盐至饱和,优于国内外同类聚合物产品,在深井超深井中有很好的推广应用前景.     

一种新型抗温抗盐聚合物降滤失剂的室内研究

为了解决现阶段降滤失剂在高温、高盐条件下的降滤失效果差等问题,室内采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC),N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)等单体为原料,合成并优选了一种聚合物降滤失剂PAA-330。通过红外表征可知产物满足设计要求,并在室内评价了其各项性能。结果表明:其在淡水浆、盐水浆和饱和盐水浆中,API失水量均在5 mL以下,HTHP滤失量在16 mL以下,表明该剂在高温、高盐条件下均具有良好的降滤失效果。该降滤失剂的热分解温度为304℃,热稳定性良好,能够满足井下较高的井底温度。在复合盐水钻井液中加量2%,经200℃老化后滤失量仍在15.8 mL,且对钻井液流变性无明显影响,表明其耐温性能优异,与钻井液配伍性良好,未来前景广阔。     

抗盐高分子量絮凝剂CP-1的研制与应用

用丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2甲基丙烷磺酸(AMPS)、二乙基二烯丙基氯化铵(DEDAAC)等作为聚合单体,用过硫酸钾、亚硫酸氢钾作引发剂合成了钻井液用抗盐型高分子量聚合物包被絮凝剂CP-1,室内对其合成条件进行了优化,对研制产品性能进行了评价。实验结果表明,1.0%CP-1水溶液视黏度在50mPa s以上;该产品抗盐15%,在10%盐水浆中抗温达140℃,抑制钙土膨胀降低率可达63%,高温滚动抑制黏土膨胀视黏度上升率为96%;与其他钻井液处理剂配伍性好。CP-1在塔河油田TK870X等井的现场使用取得了很好的效果,CP-1适合深井特别是深井钻井用盐水聚合物和盐水聚磺钻井液体系。     

抗高温降黏剂MHRT的制备及性能评价

用丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体合成了低相对分子质量聚合物,再与用二甲胺和环氧氯丙烷共聚合成的阳离子聚合物复配制备了一种抗高温降黏剂MHRT。考察了MHRT在200℃、230℃、250℃下的降黏性能以及基浆中加入MHRT前后的颗粒粒径变化,并测试了MHRT的相对膨胀抑制率。研究结果表明,基浆中加入0.3%MHRT后在250℃下老化16 h的降黏率达到89.6%,8 h后3%MHRT对岩心的相对膨胀抑制率为74%,有效地抑制了高温下黏土的膨胀分散,是取得高温降黏性能的一个关键因素。     

反相乳液聚合法制备改性淀粉降滤失剂及其性能

为克服水溶液自由基聚合制备改性淀粉降滤失剂存在的凝胶化问题,遵循钻井液抗高温处理剂的设计思路,采用反相乳液聚合法将淀粉与含有酰胺基/磺酸基/苯环的3种单体AM、AMPS、NVP进行接枝共聚,合成了一种新型高温抗盐抗钙降滤失剂ESt-g-NAA。首先,采用正交实验确定了反相乳液聚合的最优合成条件为:反应温度为60℃,单体物质的量比为n_NVP:n_AM:n_AMPS=1∶2∶3,亲水亲油平衡值为5。其次,对ESt-g-NAA在3%膨润土基浆中的抗高温、抗盐和抗钙降滤失效果进行了评价,结果显示:100～180℃老化16 h后,含3% ESt-g-NAA钻井液的滤失量可控制在7.6～15.2mL之间,且ESt-g-NAA钻井液的高温滤失量始终低于相同加量的水溶液聚合产物WSt-g-NAA。ESt-g-NAA显示了极强的抗盐和抗钙能力,在150℃老化16 h的饱和盐水钻井液中,滤失量仅为5 mL;含（0.5%～20%）CaCl₂的钻井液在150℃老化后滤失量控制在5.0～15.5 mL,170℃老化后可抗钙10%,但180℃老化后抗钙性能大大降低。最后,通过分析ESt-g-NAA对基浆中黏土粒度分布的影响,以及泥饼的显微观察,揭示了ESt-g-NAA的控制滤失机理。      

新型抗高温钻井液降滤失剂FLA的研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)等乙烯基单体为基本原料,合成出新型抗高温多元聚合物降滤失剂FLA。实验表明,FLA在3％钠膨润土基浆中的抗温能力达220℃,可抗盐至饱和,抗5％6CaCl_2,它在淡水、盐水、饱和盐水、海水及含钙钻井液体系中的抗温降滤失性能均优于国外同类产品。     

不同链转移剂制备丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物及其降黏性能研究

以丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,过硫酸铵为引发剂,以次亚磷酸钠、甲酸钠、亚硫酸钠、巯基乙醇为链转移剂制备水基钻井液降黏剂。对产物的单体转化率、特性黏数进行了表征;用淡水基浆对产物的常温和高温老化后降黏性能进行了评价。采用次亚磷酸钠作为链转移剂制备的聚合物的相对分子质量约6 000,降黏性能较好;而且次亚磷酸钠具有抗氧化性,作为链转移剂制备的聚合物具有更好的抗温性能。     

梳型聚合物降滤失剂的合成及其在深井盐水钻井液中的应用

针对当前抗温抗盐聚合物降滤失剂在高浓度盐、二价盐存在下降滤失性能不够好的问题,以烯丙基聚氧乙烯醚400、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,采用水溶液聚合法合成得到无色透明黏稠的液体梳型聚合物降滤失剂DMP-1,其有效含量为30%。对其进行结构表征表明,大分子单体APEG400与单体AMPS、AM参与了反应,形成了梳型聚合物,且聚合反应进行完全。热重分析表明,该聚合物热分解温度为310℃。与常见抗温抗盐聚合物降滤失剂DSP-2、Driscal D、PAMS601进行的对比评价结果表明,该降滤失剂水溶液180℃高温老化后黏度降低率小于42.0%,抗温达200℃,抗盐达饱和,抗氯化钙达3%,与DSP-2等常见抗温抗盐聚合物降滤失剂相比,其抗饱和盐、抗钙离子的效果更加显著。在涪陵地区泰来201井和永兴1井三开盐膏层段及四开高温井段钻进中的应用表明,在高温、含盐、含Ca2+情况下降滤失效果显著,降低了盐水/钙处理钻井液的API滤失量和高温高压滤失量,保证了安全施工,在深井、饱和盐水/钙盐钻井液中具有良好的应用效果。      

抗温抗盐乳液聚合物降滤失剂HT-PL合成与评价

为了获得抗盐(主要是Ca~(2+)、Mg~(2+))抗高温(220℃)乳液类降滤失剂,本文以烯类单体为主要原材料采用反相乳液聚合法获得一种乳液类抗高温抗盐乳液聚合物HT-PL,并对其进行抗温、抗盐降滤失性能的评价。结果表明,HT-PL在复合盐水中和饱和盐水中滤失量均可控制在10.0mL以下。在加量1%的情况下,对基浆流变性能几乎不影响,明显优于对比样品。在加量3%的情况下,200℃/16h后饱和盐水和复合盐水浆滤失量分别为9.0mL和10.0mL。     

弱凝胶调驱技术在旅大5-2油田的应用

模拟双河油田95℃高温油藏条件,评价研究了交联聚合物驱油体系的成胶性能、耐温抗盐性能和长期热稳定性,分析了影响驱油体系成胶性能的主要因素。结果表明,研制的交联聚合物体系耐温抗盐性能好,耐温105℃,抗盐100 000mg/L;在95℃高温下老化180天,成胶黏度保持稳定。优化了交联聚合物体系配方,形成了高度、中度和低度交联聚合物系列配方,为高温油藏化学驱提高采收率提供了新型驱油体系。     

疏水缔合水溶性聚合物应用于钻井液中的性能研究

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)和长碳链酰胺型疏水单体(AP)为原料,采用自由基水溶液聚合合成了疏水缔合水溶性聚合物(HPAP)。以HPAP作为包被增粘剂构建了新型聚合物钻井液体系,本文对其性能进行了研究。结果表明,该聚合物钻井液的动塑比高(YP/PV≥0.7)、低剪切速率粘度高(LSRV≥30000mPa·s),具有优良的剪切稀释能力和强的动、静态携砂能力;可抗140℃高温;具有优异的抗盐性能,钻井液在高浓度NaCl盐水中性能优良;可抗10%以上CaCl2、MgCl2污染;具有好的抗械剪切能力。HPAP可以用于配制高矿化度盐水聚合物钻井液。     

控流管路中降滤失剂的合成与性能研究

针对高压喷射钻井时,传统阴离子降滤失剂不能克服水眼黏度的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和丙烯酸钾（AA）为原料,在控流管路中共聚得到钻井液降滤失剂AMPS/AM/AA,确定AM与AMPS、AA与AMPS之间的最优投料比为7:6:1,总单体浓度为17%。考察了共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液和饱和盐水钻井液中的降滤失及流变性能。结果表明:在控流管路中合成的聚合物黏度低于同条件下釜式反应中合成的,解决了传统阴离子降滤失剂使水眼黏度过高的问题;AMPS/AM/AA能使高矿化度水基钻井液的滤失量降低94%,在淡水基浆、盐水基浆和饱和盐水基浆中,共聚物均表现出较强的降滤失性能和较弱的增黏性能;热稳定性分析及高温老化评价表明,AMPS/AM/AA可抗330℃的高温,满足现场对高温钻井液的要求。      

双亲微球聚合物随钻堵漏剂的抗温性能评价及非等温热分解动力学研究

对前期制备的双亲微球聚合物随钻堵漏剂(AMP)进行了抗温能力评价,系统考察了AMP在纯水、盐水、淡水基浆以及聚磺钻井液体系中的抗温性能。结果表明,AMP在不同体系中抗温最高可达180℃,可适用于深井、超深井地层的钻井作业。对AMP进行了非等温热分解动力学研究,通过线性回归计算出AMP的表观热分解反应方程式。     

抗220 ℃高温两性离子聚合物降黏剂的制备与性能

针对当前高温高密度水基钻井液流变性调控难题,基于分子结构优化设计和单体优选,制备了新型抗高温两性离子聚合物降黏剂 HP-THIN。通过正交实验与单因素实验相结合的方法,对 HP-THIN 的制备条件进行了优化。采用红外光谱仪、乌氏黏度计和热重分析仪等分别对HP-THIN 的分子结构、热稳定性以及相对分子质量进行表征和测定,研究了HP-THIN 在220 ℃超高温条件下对淡水浆、盐水浆、含钙浆和高密度复合盐水浆等不同类型钻井液基浆的降黏性能。在室温下,测试了HP-THIN 对基浆黏土颗粒吸附能力、Zeta 电位和粒径的影响,并与国内外同类产品（Polythin 和xy-27）进行了对比。结果表明,合成降黏剂HP-THIN 的反应温度为60 ℃,反应时间为 3 h,引发剂用量和链转移剂用量均为反应单体总量的 1%,单体总质量分数为 30%;单体AM、AA、AMPS、 PTM物质的量比为1.9∶7.5∶2.1∶1。该聚合物的分子结构中含有设计官能团,其黏均相对分子质量约为 8211,且具有较好的热稳定性。220 ℃老化后,HP-THIN 在最优加量（0.3%）下对淡水基浆、盐水基浆、含钙基浆和高密度复合盐水基浆的降黏率分别达86%、72%、73%和51%,HP-THIN 对不同类型钻井液基浆的高温降黏效果均优于国内外同类产品,相对于xy-27 和Polythin,降黏剂HP-THIN 对基浆黏土吸附能力强、Zeta 电位绝对值大、黏土颗粒尺寸小,可以更好地消除黏土颗粒间网状结构,降低钻井液黏度,具有良好的应用前景。     

水基钻井液用耐高温纳米聚合物封堵剂的研制

深井超深井钻井过程中，纳米聚合物封堵剂对解决微孔隙、微裂缝发育地层的井壁失稳问题至关重要，然而高分子聚合物类封堵剂高温易降解失效。优选N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯(ST)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为反应单体，过硫酸铵为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，采用乳液聚合法合成了一种纳米聚合物封堵剂。红外光谱显示合成材料为目标产物，粒度分析表明中值粒径为129 nm。通过砂盘封堵实验以及高温老化前后的API、高温高压滤失量对其高温封堵性能进行评价，180 ℃高温老化后，加入1%纳米聚合物封堵剂的钻井液API滤失量为24.4 mL，高温高压滤失量为92 mL，高温高压砂盘滤失量为66 mL。实验结果表明，通过优化分子结构解决了纳米聚合物封堵剂高温易降解的问题，合成的纳米聚合物封堵剂具有优异的抗温和封堵性能。     

抗高温耐盐钙五元共聚物降滤失剂的合成与性能

针对深部地层钻井过程中遇到的高温、高矿化度等问题,以AM、AMPS、DMDAAC、DMAM、SAS为聚合单体,采用氧化-还原引发体系进行水溶液共聚,合成了一种五元共聚物降滤失剂。通过优化实验确定最佳合成条件,采用红外光谱和热重分析进行表征,并评价其在钻井液基浆中的性能。实验结果表明,合成的五元共聚物抗温达180℃、抗盐至饱和、抗钙达1.25%;五元共聚物加量为2%时,淡水、饱和盐水及含1.25% CaCl₂的基浆经180℃老化16 h后的滤失量分别为6.4、15.6和7.2 mL,均为加2% Driscal的不同基浆滤失量的50%左右。