淀粉—磺甲基化聚丙烯酰胺共聚物的合成及其在钻井泥浆中的应用

报道了淀粉接枝磺甲基化聚丙烯酰胺共聚物(S-g-SPAM)的合成及其在钻井泥浆中的应用性能。泥浆试验表明,该产品用于淡水、4％盐水和饱和盐水泥浆时,在常温或150℃下均有很好的降失水效果,并具有良好的抗钙污染能力。同样加量下,S-g-SPAM的降失水性能优于羧甲基淀粉(CMS)。     

SPMN泥浆添加剂的合成与性能研究

本文采用丙烯酰胺一丙烯腈共聚物(PMN)与甲醛、亚硫酸氢钾在碱性条件下反应,制得了磺甲基化的阴离子衍生物。研究了亚硫酸氢钾与甲醛用量、体系pH值、反应温度与时间、共聚物磺化度对泥浆表观粘度、动切力及失水量的影响。此外还研究了该泥浆体系的抗盐性及抗剪切性。     

丙烯酰胺类泥浆降失水剂的合成研究

以丙烯酰胺、甲醛、亚硫酸氢钠为原料,合成了阴离子单体磺甲基丙烯酰胺(SMAM).再以丙烯酰胺(AM)、阳离子单体HMC-1、磺甲基丙烯酰胺为原料,合成了AM/HMC-1/SMAM三元共聚物降失水剂.研究了单体配比、引发剂加量、反应温度对产品性能的影响,确定了该降失水剂最佳合成条件:阳离子度30%,阴离子度60%,反应温度60 ℃,过硫酸铵引发剂加量0.3%.结果表明,加入该降失水剂后,泥浆失水量明显降低,而且泥浆具有较好的流变性.     

淀粉衍生物的研究 Ⅰ.羧甲基淀粉醚的合成及其在钻井泥浆中的应用

采用半干法合成工艺,在氢氧化钠存在下以氯乙酸为羧甲基化试剂,由工业玉米淀粉制成了代替度(DS)为0.2—0.5和粘度为20—1000厘泊的羧甲基淀粉醚(CMS)。该产品具有良好的水溶性。经石油钻井泥浆处理试验,发现它对于抗盐(土般)土或海泡石配制的饱和盐水泥浆具有降失水而不提粘的特性(API 失水<7毫升,η_a<35厘泊);本处理剂也能用于黑山膨润土配制的淡水泥浆的处理。对本工艺进行了工业性试验(90公斤/釜),产品的性能也达到用作泥浆降失水剂的要求。     

AMPS共聚物降失水剂分子的构型与性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)为单体,采用不同引发体系通过水溶液自由基聚合分别合成了支链型AMPS共聚物(记为BP)和线型AMPS共聚物(记为LP)降失水剂。利用FTIR、TG、GPC、流变仪和失水仪等分析了共聚物的结构,并考察了共聚物配制的水泥浆的性能。表征结果显示,BP和LP的相对分子质量及其分布接近,BP的热稳定性稍高于LP。BP的水溶液和水泥浆的黏度及高温黏度保留率均高于LP。BP与LP的失水量均随聚合物用量的增加而下降。随温度的升高,LP水泥浆呈明显的高温变稀现象;BP水泥浆在稠化实验后期稠度依然有初始值的65.2%,高温稳定性能较好。加入LP和BP之后的水泥浆的稳定性均得到明显提高。     

油井水泥降失水剂丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸共聚物的合成及性能评价

以丙烯酰胺(AM)与2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸(AMSS)为单体合成了油井水泥降失水剂P(AM/AMSS),用红外光谱分析证明合成了目标产物,但含有杂质。并对其性能进行了研究。该共聚物的初始分解温度为253℃,峰顶温度为293℃;耐温和抗盐性能明显好于其他AM类共聚物,在95℃、6.9 MPa压差条件下,当P(AM/AMSS)添加量为0.4％～0.9％(BWOC)时,水泥浆API失水量可以控制在100 mL以下;当P(AM/AMSS)添加量为0.7％(BWOC)、NaCl含量达到12％(BWOW)时,水泥浆API失水量仍然低于100mL。外加AM/AMSS共聚物的水泥浆的稠化时间可用CaCl_2调节。在水泥浆中添加P(AM/AMSS)和CaCl_2可调节水泥浆的流动度和析水率,改善水泥石的24 h抗压强度。     

抗高温耐盐 AMPS/AM/AA 降失水剂的合成及其性能表征

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为单体,采用新型偶氮类引发剂(V50)合成了AMPS/AM/AA三元抗高温耐盐油井水泥降失水剂,通过设计正交实验,确定了共聚物的最佳合成条件为：AMPS/AM/AA的摩尔比为45∶45∶10,聚合反应温度为60℃,单体质量百分数为9%,引发剂摩尔百分比为0.60%,反应介质pH值为8;反应时间4 h。通过红外光谱分析验证了三元共聚物的结构;采用DSC与TG证实了三元共聚物在300℃具有较好的热稳定性;水泥浆性能测试表明,该降失水剂能够在180℃/6.9 MPa、饱和盐水中,控制水泥浆API失水量小于100 mL。     

抗高温降失水剂AMPS／AM／NVP共聚物的合成及性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为原料,采用水溶液自由基共聚法合成了抗高温、抗盐油井水泥降失水剂AMPS／AM／NVP三元共聚物,确定了聚合物降失水剂的最佳合成条件。该降失水剂能将淡水水泥浆的API失水量控制在50mL以内,饱和盐水水泥浆API失水量控制在100mL以内。以该降失水剂为主剂的水泥浆体系在150℃以内都具有较低的失水量,形成的水泥浆及水泥石综合性能良好。     

AMPS/AM/AA共聚物的合成及性能研究

以耐温、抗盐好的单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酸、丙烯酰胺共聚,采用自由基水溶液聚合方法和氧化还原引发体系引发,通过实验确定了合成条件,最终制备出三元共聚物AMPS/AM/AA,经红外光谱法验证了该聚合物的结构.对其水溶液的性能进行研究表明,该聚合物溶液能适应较宽的碱性条件,其抗温性能较好,且具有较强的抗盐能力.同时对其水泥浆体系进行了室内评价,在50 d存放期间,失水量保持稳定,可以控制在50 mL以下.     

高温高压固井降失水剂的研究

针对目前国内使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题,以丙烯酰胺(AM)、N、N二甲基丙烯酰胺(DMAM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸(AMPS)为原料合成了新型油井水泥降失水剂,对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价,评价结果表明,该聚合物在90℃时能将淡水泥浆的失水量控制在50mL左右,对盐水泥浆的失水量也有较强的控制作用,且该失水剂能保持水泥浆体系在温度150℃以内都具有较低的滤失量,在高密度水泥浆体系中也表现出较高的稳定性和配伍性。     

SAMPS/AM/SAA共聚物降失水剂的合成与性能

采用氧化-还原引发体系合成了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(SAMPS)-丙烯酰胺(AM)-丙烯酸钠(SAA)三元共聚物。借助红外光谱和差热分析测定了它的结构和热稳定性。研究了共聚物水溶液的流变性,评价了它对钻井泥浆性能的影响。结果表明,共聚物热稳定性好,用作钻井液处理剂能显著降低淡水泥浆、盐水和人工海水泥浆的失水量,抗NaCl和CaCl_2污染能力强。     

PFL系列超高温聚合物降滤失剂在徐闻X3井的应用

PFL系列聚合物降滤失剂具有黏度低、耐温抗盐降滤失效果显著等特点。质量分数为1%的PFL-L、PFL-H水溶液的表观黏度分别为12 mPa.s和26 mPa.s。在240℃滚动老化16 h情况下,加有5%PFL-L的盐水泥浆(4%膨润土浆+36%NaCl)的滤失量由226 mL(空白样)降至32 mL;加有4%PFL-H的盐水泥浆的滤失量由226mL(空白样)降至8.2 mL;加有1.5%PFL-H的淡水泥浆(4%膨润土浆)的滤失量为由100 mL(空白样)降为9.6 mL。以PFL系列超高温聚合物降滤失剂为主,结合磺化类降滤失剂、抑制剂、防塌剂、稀释剂,形成了抗200℃强抑制盐水及淡水钻井液体系。现场应用表明,PFL系列超高温聚合物降滤失剂抗高温能力强,降滤失效果显著,确保井深5974 m、电测温度为211℃的徐闻X3井顺利钻至井深6010 m。表5参4     

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。      

Electrical resistivity and rheological properties of sensing bentonite drilling muds modified with lightweight polymer

In this study, the electrical resistivity and rheological properties of a water-based bentonite clay drilling mud modified with the lightweight polymer (guar gum) under various temperature were investigated. Based on the experimental and analytical study, the electrical resistivity was identified as the sensing property of the bentonite drilling mud so that the changes in the properties can be monitored in real-time during the construction. The bentonite contents in the drilling muds were varied up to 8% by the weight of water and temperature was varied from 25 °C to 85 °C. The guar gum content (GG%) was varied between 0% and 1% by the weight of the drilling mud to modify the rheological properties and enhance the sensing electrical resistivity of the drilling mud. The guar gum and bentonite clay were characterized using thermal gravimetric analysis (TGA). The total weight loss at 800 °C for the bentonite decreased from 12.96% to 0.7%, about 95% reduction, when the bentonite was mixed with 1% of guar gum. The results also showed that 1% guar gum decreased the electrical resistivity of the drilling mud from 50% to 90% based on the bentonite content and the temperature of the drilling mud. The guar gum modification increased the yield point (YP) and plastic viscosity (PV) by 58% to 230% and 44% to 77% respectively based on the bentonite content and temperature of the drilling mud. The rheological properties of the drilling muds have been correlated to the electrical resistivity of the drilling mud using nonlinear power and hyperbolic relationships. The model predictions agreed well with the experimental results. Hence the performance of the bentonite drilling muds with and without guar gum can be characterized based on the electrical resistivity which can be monitored real-time in the field.     

强抑制性三甲基硅烷基葡萄糖苷的合成及其防膨性研究

以葡萄糖与三甲基氯硅烷为原料合成三甲基硅烷基葡萄糖苷（TSG）,考察了TSG对膨润土线性膨胀率的影响,并通过泥球实验和防膨实验进一步考察了TSG对粘土水化膨胀、分散的抑制作用。实验结果表明：TSG具有较好的抑制粘土水化膨胀、分散的作用。在质量分数为10%的TSG水溶液中,膨润土的线性膨胀率仅为54.62%,防膨率为79.07%。在TSG水溶液中浸泡的泥球水化膨胀程度明显降低。室温下,TSG对水基钻井液有增粘作用,滤失量较基浆得到了一定的控制,且摩阻系数降低。     

随钻堵漏用疏水缔合聚合物的作用机理分析

针对常规堵漏材料难以对非均质强的渗透地层实现随钻封堵的难题，以长碳链烷基二甲基烯丙基氯化铵、丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和丙烯酸为单体，通过调整引发剂比例和种类及反应条件后，合成了一种随钻堵漏用疏水缔合聚合物JD。通过红外光谱表征，合成产物为4种单体的共聚物。分别对0.3%和0.6%的JD溶液及加有0.3% JD的4%膨润土浆进行透射电镜分析表明，聚合物分子之间通过疏水缔合形成了类似胶束的疏水缔合结构，其尺寸约为0.1~0.2 μm，同时疏水缔合聚合物与膨润土之间形成了动态网架结构，这正是其具有优良封堵性能的原因。通过使用FEIQuanta200F场发射环境扫描电镜测试得到，加入JD后的滤饼表面有大量聚合物形成的网架结构。静态封堵结果表明，在钻井液体系中加入0.3% JD，粒径为0.45~0.90 mm砂床的漏失量降低82%，粒径为0.22~0.45 mm与0.12~0.22 mm砂床可完全封堵，即JD可对不同漏失情况的砂床实现有效封堵，使钻井液可以随钻封堵非均质性渗透地层。配伍性评价表明，JD与SMP-Ⅱ、SPNH、聚合醇有良好的复配效果，与Redu1、NH₄-HPAN、乳化沥青复配黏度和切力有所增大，因此JD更适用于黏度和切力不太高的体系。      

脉冲推挤膨润土水泥浆封堵流动水恶性漏失层

油气井在钻井过程中容易出现地层漏失,尤其是含有流动地层水地层的漏失问题,存在漏速高、漏失量大,常用堵漏方法效果差、成功率低的问题。针对含流动水地层恶性漏失的封堵难题,研制了膨润土水泥浆体系,通过增加堵漏水泥浆中膨润土的含量,来提高堵漏水泥浆的黏度,提升其抗冲稀性。对膨润土水泥浆流变性、抗压强度和流动性能进行考察。结果表明,在保证抗压强度满足现场要求的前提下,建议膨润土加量为2.0%～2.5%,膨润土堵漏水泥浆体系在初凝前静止10 min后流动度明显降低,处于高稠状态。针对膨润土堵漏水泥浆的性能,设计了脉冲间隔推挤水泥浆堵漏工艺,通过调控推挤排量和间隔时间,使高稠态膨润土水泥浆被推挤入漏层,接近初凝时间时推挤水泥浆到位,该工艺能够使膨润土水泥浆滞留于漏失通道并凝固,提高堵漏成功率。华北某井现场应用结果表明,使用膨润土水泥浆配合脉冲间隔推挤工艺,可一次性解决含流动水恶性漏层的封堵难题,该技术现场施工简单,成功率高,成本低。      

Investigation of Oleate-Diethylamine-Epichlorohydrin Copolymer as a Clay Swelling Inhibitor for Shale Oil/Gas Exploration

Oleate graft copolyammonium (OGCA) was prepared and its performance as a shale inhibitor was evaluated by bentonite linear expansion test, anti-swelling experiments, mud ball experiments in water-based drilling fluid. Anti-swelling results shows that anti-swelling rate of OGCA reaches up to 89.7% and OGCA has strong inhibitive capability to bentonite hydration swelling confirmed by the result of mud ball experiment. From the results it was found that both OGCA and modified starch have an excellent synergetic defiltration effect on the water-based drilling fluid. The good performance of OGCA as a shale inhibitor should be contributed to its good capacity of controlling the particle size of bentonite. The inhibition mechanism of the polyamine salt was analyzed by thermogravimetric analysis and scanning electron microscope.     

AA／AMPS／DMDAAC共聚物钻井液降粘剂性能评价

对丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）共聚物钻井液降粘剂在钻井液中的降粘性能进行了室内评价,并利用IR对共聚物进行了表征,借助热分析考察了共聚物的热稳定性。研究结果表明,该降粘剂可以显著降低钻井液的粘度和切力,加入0．5％降粘剂的淡水基浆,高温降粘率可以达到92．1％,并且具有较好的抑制性和抗盐、抗钙性能。     

AA／MA／AMPS共聚物钻井液降粘剂性能评价

以丙烯酸（AA）、马来酸酐（MA）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为原料,合成AA／MA／AMPS共聚物钻井液降粘剂,对其在泥浆中的降粘性能进行了室内评价,并利用IR对共聚物进行了表征,借助热分析考察了共聚物的热稳定性。结果表明,AA／MA／AMPS共聚物降粘剂可显著降低泥浆的粘度和切力,具有较强的耐温性,加入0．5％降粘剂的淡水基浆,高温降粘率可达92．1％,并且具有较好的抗盐抗钙性能。