新型抗高温油基钻井液降滤失剂的研制与性能

通过二乙烯三胺对腐植酸进行酰亚胺化交联反应,再利用十八烷基三甲基氯化铵对其进行亲油改性,制备了抗温达220℃的油基降滤失剂DR-FLCA。借助红外光谱、扫描电镜和热重分析,表征了降滤失剂DR-FLCA的分子结构、微观形貌和热稳定性,并通过实验评价了降滤失剂DR-FLCA对抗高温高密度油基钻井液流变性、电稳定性和高温高压滤失性能的影响。结果表明:降滤失剂DR-FLCA分子结构上有具有乳化功能的酰亚胺基、酚羟基和醇羟基等基团以及亲油长链铵,该降滤失剂微观结构为质地疏松的纤薄层片状聚集体颗粒,热分解温度为248℃。加有降滤失剂DR-FLCA的密度为2.4 g/cm3的油基钻井液在220℃老化16 h后高温高压滤失量仅为8.6 mL,破乳电压高达1154 V,塑性黏度为69 mPa·s,动切力为7 Pa,证明该降滤失剂在抗高温高密度油基钻井液中具有良好的降滤失性能、辅助乳化性能和降黏作用,高温高压降滤失性能(200℃)略优于贝克休斯和哈里伯顿降滤失剂产品(高温高压滤失量分别为5.4、8.2、6.5 mL),泥饼更薄、更坚韧,且对比体系老化后电稳定性均有不同程度的降低。      

抗高温油基钻井液主乳化剂的合成与评价

以妥尔油脂肪酸和马来酸酐为主要原料合成了一种油基钻井液抗高温主乳化剂HT-MUL,并确定了妥尔油脂肪酸单体的最佳酸值及马来酸酐单体的最优加量。对HT-MUL进行了单剂评价,结果表明HT-MUL的乳化能力良好,配制的油水比为60:40的油包水乳液的破乳电压最高可达490 V,90:10的乳液破乳电压最高可达1000 V。从抗温性、滤失性、乳化率方面对HT-MUL和国内外同类产品进行了对比,结果表明HT-MUL配制的乳液破乳电压更大、滤失量更小、乳化率更高,整体性能优于国内外同类产品。应用主乳化剂HT-MUL配制了高密度的油基钻井液,其性能评价表明体系的基本性能良好,在220℃高温热滚后、破乳电压高达800 V,滤失量低于5 mL。HT-MUL配制的油基钻井液具有良好的抗高温性和乳化稳定性。      

气制油合成基钻井液关键处理剂研制与应用

为提升气制油合成基钻井液高温流变稳定性和降滤失性能,研制了在气制油中具有良好凝胶性能的有机土和天然腐植酸改性的环保型降滤失剂,并使用前期研制的主辅乳化剂,形成了气制油合成基钻井液体系。性能评价结果表明:利用双十六烷基二甲基氯化铵和具有功能化极性基团的高分子对提纯钠基膨润土进行复合插层制得了有机土DR-GEL,该有机土在气制油中凝胶性强（胶体率达98%）、黏度、切力大（切力达3 Pa）,高温性能稳定、抗温达220℃。利用二乙烯三胺和双十六烷基二甲基氯化铵对提纯黑腐植酸进行有机化改性反应制得了降滤失剂DR-FLCA,该降滤失剂具有高温高压滤失量低、辅助乳化和改善流变性等性能,抗温达230℃。利用研制的处理剂配制的密度为1.6～2.3 g/cm3的气制油合成基钻井液体系,在温度120～200℃范围内流变性好（表观黏度27～61 mPa·s,动切力6～9 Pa）,电稳定性强（破乳电压在800 V以上）,高温高压滤失量小于2.5 mL。该套气制油合成基钻井液体系,在印尼苏门答腊岛JABUNG区块NEBBasement-1井成功地进行了应用,在高温（井底温度大于180℃）下40 d的使用过程中性能一直稳定,较好地解决了大斜度定向井钻井液悬浮性与携屑能力差等难题。      

油基钻井液用粉状乳化剂性能评价

采用2,6-二氨基吡啶、有机胺、有机酸合成了油基钻井液用固体粉状乳化剂,该乳化剂熔点为120℃,HLB值为1.7,为玻璃态固体,易于粉碎。通过红外光谱对该乳化剂分子结构进行表征,从—CONH2吸收峰看出,合成过程中发生了酰胺化反应。对乳化剂在不同油水比钻井液中的乳化能力和柴油基、白油基钻井液配制效果进行了性能评价。结果表明,乳化剂的加量为3%时,其在不同油水比钻井液中具有良好的乳液稳定性,当油水比为7∶3时,乳液破乳电压大于600 V,乳化率为100%;抗温达180℃,钻井液破乳电压为625 V,提高黏度和切力效果好,动塑比在0.30 Pa/m Pa·s以上;热稳定性好,在150℃下连续老化48 h,流变性基本无变化,破乳电压大于700 V,表明该固体粉状乳化剂具有良好的乳化和抗高温性能。     

水基钻井液用锂皂石增黏剂的合成及性能研究

针对天然锂皂石矿物稀缺和钻井领域亟需抗高温水基钻井液增黏剂的现状,优选了微波辅助法合成锂皂石,利用粉末X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、粒径分析对合成锂皂石进行了表征,并研究了其作为水基钻井液增黏剂的效果。结果表明,利用微波辅助法合成了纯度较高的纳米级锂皂石,其粒径尺寸主要分布在18.17～58.77 nm,平均粒径仅为29.72 nm;随着锂皂石浓度从0.3%增加到1.5%,4%膨润土基浆的黏度、切力以及动塑比均显著增大,滤失量也逐渐降低,说明锂皂石还具有一定的降滤失效果,加入1.2%锂皂石,基浆黏度可提高2.64倍,且切力和动塑比保持适中;1.5%的锂皂石能抵抗至少2.5%的钙侵和15%的盐侵;随着老化温度从80℃增加到220℃,4%基浆+1.5%锂皂石的表观黏度先减小后增大,维持在20 mPa·s以上,动切力和动塑比同样先减小后增加,但是下降幅度较为明显;在200℃,常规的有机聚合物增黏剂均失效,而锂皂石增黏剂却仍能保持很好的增黏效果。因此,合成锂皂石是一种理想的抗高温型水基钻井液增黏剂,且具有良好的配伍性。      

新型抗高温油包水乳化钻井液体系的研究与应用

针对高温下,传统油包水乳化钻井液黏度高、切力低、携岩能力差等问题,自主设计并合成了抗200℃油包水乳化剂,通过各种处理剂优选得到低黏高切油包水乳化钻井液体系,配方为油水比90:10,6.5%主乳化剂DQGC-II+2.2%辅助乳化剂DQNS-II+4%4号有机土+1.5%石灰+6%降滤失剂DQHA。室内评价结果表明,该体系抗温达200℃,稳定性强,破乳电压ES达1644 V,流变性良好,塑性黏度PV 19 mPa·s,动切力YP8 Pa,动塑比0.42,尤其低转速条件下的黏切适当,高温高压滤失量8.6mL。该体系在大庆油田GS-3井进行了现场应用,钻完井过程中未发生井下复杂,平均井径扩大率5.83%,保障了后续施工的顺利实施,可以替代麦克巴泥浆公司的VersaClean体系。     

高性能油基钻井液的研制及在彭页3HF井的应用

彭页3HF井为一口页岩气评价井,水平段长1150m,三开龙马溪组页岩黏土矿物含量高达30.05％,以伊利石和伊/蒙混层为主,且页岩微裂缝发育,对钻井液性能要求高.研制出了能增强油水两相乳化效果的大分子乳化剂和新型提切剂,新型提切剂通过电性作用可增强油水界面膜的强度,减少分散相的团聚几率,能与乳化剂协同增效,进一步提升体系乳化稳定性;结合优选的改性褐煤降滤失剂SMFLA-O和封堵剂SMRPA、SMFibre-O等,形成了一套高性能油基钻井液.该油基钻井液在该井三开钻进期间,塑性黏度为20～28 mPa·s,动切力为10～15 Pa,表现出低黏高切的流变性;破乳电压高,性能稳定;封堵防塌能力强,无剥落、掉块现象,且钻井液消耗量低;井眼清洁、无岩屑床,摩阻、扭矩低,无托压现象,确保了该井顺利完钻,累计进尺1815 m.     

一种新型油包水钻井液乳化剂的研究与应用

利用N,N-二甲基l,3-丙二胺、脂肪酸、脂肪胺和环氧氯丙烷合成出Gemini阳离子表面活性剂,作为新型油包水钻井液用主乳化剂(代号为DQGC),DQGC具有极强的表面活性,可以形成致密的油水界面膜,在相对较小加量下既具有较高的破乳电压(大于1 000 V),同时可以润湿重晶石粉和岩屑等固相.使用DQGC研制出的新型油包水钻井液,在XS平1、S25平1、PF平84井进行了现场试验,表现出低黏高切的良好流变性,以及携屑能力、电稳定性和滤失造壁性强等优点,动塑比维持在0.4 Pa/mPa·s以上,满足了复杂结构井的钻探需求,可替代国外油包水钻井液乳化剂.     

新型无土相油基钻井液研究与现场试验

针对常规有土相油基钻井液因有机土及沥青降滤失剂等黏度效应较大、不利于流变性控制和低密度白油油基钻井液适用范围窄的问题,以自主研发的增黏提切剂、乳化剂和聚合物降滤失剂为基础,通室内试验考察了其配伍性并优选了其加量,形成了无土相油基钻井液。室内试验结果表明,无土相油基钻井液在油水比为70:30~100:0、温度为80~160℃、密度为0.9~2.2 kg/L时,塑性黏度可控制在55 mPa·s以内、破乳电压在450 V以上,API滤失量小于2 mL,抗钻屑污染达30%,抗水污染达20%,加重材料对润滑性能影响非常小。焦石坝区块4口页岩气水平井的现场试验表明,无土相油基钻井液原材料少,维护处理简单,流变性易于控制,固相含量低,具有良好的剪切稀释性,有利于降低循环压耗,提高机械钻速。      

油包水钻井液降滤失规律研究

钻井液滤失性是钻井液的重要性能。通过对加入不同降滤失剂的油包水钻井液体系滤失规律的试验研究,表明油基钻井液体系的滤失性和水基钻井液有着相同的规律,滤失量的大小和时间的平方根呈线性关系,油包水钻井液降滤失剂的评价方法可以采用与水基钻井液相似的方法进行评价,但是需要对破乳电压进行测定。当油基钻井液体系经过高温老化后,油包水钻井液的滤失量会大幅度降低,这使得油基钻井液在高温地层钻井时有很好的优势,能更好地维持钻井液的性能稳定。     

高密度油基钻井液降黏剂及其现场应用

高密度油基钻井液稠化的主要原因之一是钻井过程中劣质固相的侵入,特别是低密度固相含量的不断增加。劣质固相经过油基钻井液中的润湿剂、乳化剂作用后使其具有了一定的活性,增强体系的网架结构,导致钻井液的黏度和切力上涨。以月桂酰胺、硬脂酸酰胺和芥酸酰胺为原料,按照质量比1∶2∶1合成了分子链中具有可吸附胺基、酰胺基的多元活性基团的降黏剂CQ-OTA。降黏评价实验表明:CQ-OTA能够将固相含量为48.5%高密度稠化油基钻井液的塑性黏度降低25.0%,静切力降低60.0%,其在油基钻井液中的推荐加量为0.5%～1.5%;在威202HX平台现场应用,能够改善油基钻井液的流变性,提高劣质固相容量限,塑性黏度由53.0 mPa·s下降至40.0 mPa·s,10 min静切力由23 Pa下降至14.5 Pa,保证了高密度油基钻井液顺利钻至目的井深,提高了高密度油基钻井液重复使用效率,降低了钻井成本。      

棕榈油基钻井液降滤失剂的研制

棕榈油不仅具有生物降解性强、成本低、环境友好等优点,还具备了油基钻井液基液的基本功能。但由于棕榈油的组分结构与柴油、白油等存在较大区别,目前市场上的降滤失剂不适用于棕榈油基钻井液,因此需要研制适用于棕榈油的降滤失剂。分别采用干法、湿法和酰氯法对棕榈油基钻井液降滤失剂进行制备及优选,并对优选出的降滤失剂进行性能评价。结果表明,用湿法由有机改性剂SAA-6与腐植酸钠通过离子吸附反应得到的降滤失剂FLA效果最好,在棕榈油中的胶体率达到92%,最佳反应条件为95℃、2 h,腐植酸钠与有机物比为5.5。将5% FLA加入到棕榈油基钻井液中,棕榈油基钻井液的API滤失量降为4 mL以下,动切力在8 Pa左右,表现出了良好的降滤失效果,并且加入FLA的棕榈油基钻井液体系的热稳定性良好,抗高温达150℃,高温高压滤失量低于9 mL。通过实验证明,该体系抑制性、润滑性、抗污染性能、保护油气层性能以及生物毒性等能够基本满足现场钻井的需要,为促进棕榈油在钻井液领域的应用提供了实验基础。      

顺北油气田奥陶系破碎性地层油基钻井液技术

针对顺北多口超深井采用水基钻井液钻遇奥陶系地层时井壁失稳和井漏并存的技术难题,通过井壁失稳机理分析,设计合成了具有三头双尾结构的Gemini型高温乳化稳定剂和支化型流型调节剂,采用微胶囊化处理方法研制了一种可在156℃以上的温度下激发后膨胀5.37倍以上的温度敏感型膨胀性堵漏材料,开发了一种抗高温强封堵低黏高切油基钻井液体系。室内评价结果表明,该体系抗温不小于180℃,所形成的油包水乳化液滴尺寸为1.2～26.9 μm,具有较宽的粒径分布,高温高压滤失量为2.4 mL ;塑性黏度不大于40 mPa·s,动塑比为0.31～0.40 Pa/mPa·s,与传统油基钻井液相比,塑性黏度降低10%～15%,动切力提高15%～25%,表现出优异的低黏高切特性和微裂缝的匹配性封堵能力。该体系在顺北Y井进行了现场应用,破碎性地层平均井径扩大率仅为7.77%,钻井过程中除出现一次短暂的放空性漏失外,未见其他明显漏失,避免了奥陶系破碎性地层井壁失稳,减少了裂缝性储层段油基钻井液损耗,助力了亚洲陆上最深定向井纪录的创造和顺北油气资源的提速、提效开发。      

抗220℃高密度油基钻井液的研究与应用

针对超高温深井、超深井钻井液体系抗温能力不足、使用密度低、动态沉降稳定性差等问题,研制出抗温220℃的乳化剂、增黏剂、降黏剂及最高使用密度为2.30 g/cm3的油基钻井液配方。室内评价结果表明,超高温乳化剂SD-HTPE和SD-HTSE对钻井液的流变性影响小,220℃热滚后破乳电压达到1201~1856 V;超高温增黏剂SD-OIV可使体系的LSRYP由3 Pa增大至13 Pa,动态沉降稳定系数由0.2096增大至0.6466,高温高压滤失量降低率最高达76.74%;超高温降黏剂SD-ORV可使体系LSRYP降低85.71%;体系在220℃、40 MPa、低剪切速率下具有良好的动态循环流变性及热稳定性。该套体系在川南塔探1井得到成功应用,应用结果表明,超高温高密度油基钻井液体系在214℃下热稳定性、流变性、沉降稳定性和高温高压滤失量等性能较好,施工过程无阻卡,起下钻顺利,具有良好的现场应用效果,满足超高温深井、超深井的钻井需求。      

自交联型油基钻井液降滤失剂的研制与评价北大核心

针对传统油基钻井液降滤失剂耐温性能不足、影响体系流变等问题,基于自交联改性思路,以N-羟甲基丙烯酰胺为功能单体,与丙烯酸丁酯和苯乙烯进行乳液聚合,研制了一种自交联型油基钻井液降滤失剂(BSN)。通过红外光谱仪、激光粒度仪和透射电镜表征了BSN的主要官能团、微观形貌和自交联特征。实验结果表明,BSN含有自交联功能基团羟甲基,平均粒径为247 nm,颗粒间具有明显的交联结构。热重测试结果显示,BSN热稳定性良好,初始分解温度高达355℃,显著高于非自交联型的降滤失剂BS(278℃)。在油基钻井液体系中添加1%的BSN,不仅不影响体系流变参数而且能够提高破乳电压,180℃下的高温高压滤失量仅为4 mL,滤失控制能力明显优于非交联型的降滤失剂BS以及3%的传统油基钻井液降滤失剂有机褐煤和氧化沥青。     

生物质合成基液LAE-12的合成及性能研究

生物质合成基钻井液被认为是替代油基钻井液且又能安全钻进的一类环保型钻井液。研究出一种生物质合成基钻井液用基液新材料--月桂醚LAE-12,其以月桂醇为原料通过一步法进行合成;对LAE-12的基本理化性质、黏温特性及抗水解性能进行评价,并与柴油、白油和生物柴油进行对比。结果表明,LAE-12的闪点、倾点、沸点、极压润滑系数依次为137℃、-13℃、289℃和0.039,表明LAE-12的安全、润滑性能优于柴油、白油;在0~90℃,LAE-12的黏温曲线变化较柴油、白油平缓,与生物柴油相当;在pH值为12的水溶液中,LAE-12具有强的抗水解性能,而生物柴油的水解率达72%;LAE-12配制的钻井液在油水比为8:2时,破乳电压大于600 V,动塑比在0.30 Pa/mPa·s以上,150℃下连续老化64 h,流变性基本无变化,室内效果与油基钻井液相当。      

密度对油基钻井液性能的影响

随着高密度油基钻井液被使用的越来越多,高密度时油基钻井液表现出的性能不稳定也逐渐被现场工程师发现。研究了密度对油基钻井液性能的影响,以及不同密度下温度、剪切时间、油水比、有机土、CaCl₂浓度和劣质固相对油基钻井液性能的影响。研究结果表明,重晶石能增加油基钻井液的黏度和切力,提高钻井液的乳化稳定性;油基钻井液的破乳电压和重晶石的加入量呈线性关系;在高密度时,油基钻井液的表观黏度受温度、油水比、有机土和劣质固相的影响程度比低密度时大;破乳电压在高密度时受油水比、CaCl₂浓度和有机土的影响比低密度时大。综上可知,密度的增加不仅单独对油基钻井液性能造成影响,还提高了油基钻井液对其它因素的敏感性。因此在使用高密度油基钻井液时,要加强对现场钻井液性能的监控和调节。      

水平井水基钻井液体系室内研究

针对QK17-2等油田水平井常用钻井液体系存在的润滑性差、井眼净化能力不高和储层损害严重等问题,室内研制出一种新型水基钻井液体系.评价了该体系的各项性能表观粘度为39mPa@s;动切力为16Pa,触变值为8Pa;API滤失量为5mL;泥饼粘附系数为0.055;钻屑回收率为89.5%;渗透率恢复值为87.5%,表明钻井液抑制性、润滑性、储层保护性好,携砂能力及净化井眼能力强.该钻井液无毒,无污染,可以直接排海.