一种两性离子聚合物凝胶微球的制备与封堵性能

针对油基钻井液封堵性不足的难题,以N,N-二甲基丙烯酰胺（DAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）为单体,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂,采用悬浮聚合法合成了一种两性离子聚合物凝胶微球。采用核磁共振氢谱对凝胶微球进行了分子结构表征,并考察了单体投料比、交联剂加量、乳化剂加量等对凝胶微球粒径与封堵性能的影响规律,最终将单体投料比优选为DAM∶AMPS∶DMDAAC=7∶1∶2,MBA加量优选为单体总质量的0.2%,乳化剂加量优选为单体总质量的3%,得到的凝胶微球平均粒径在22 μm左右。在油基钻井液中评价了微球的封堵性能,结果表明,凝胶微球在油基钻井液中的适应性良好,能够在高温下封堵尺寸为5～150 μm范围内的漏缝,效果优于氧化沥青与细目碳酸钙,是一种高性能的微米级封堵剂,具有较好的现场应用潜力。      

反相乳液聚合法合成凝胶微球及其封堵性能评价

以丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为原料,用反相乳液聚合法合成了凝胶微球（OBMG）。并采用红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（1HNMR）对其结构进行了表征。详细考察了反相乳液体系中复合乳化剂的HLB值、油水比、单体物质的量比、单体总浓度、交联剂浓度对封堵效果的影响。结果表明,合成OBMG的最佳条件为:复合乳化剂的HLB值为5.0、油水比为0.64∶1、交联剂浓度为单体总质量的0.07%,单体总浓度为30%。在此条件下产物的单位压差漏失量降低率最大为80%。同时研究了凝胶微球加量对油基钻井液封堵性、电稳定性和表观黏度的影响。实验结果表明,凝胶微球加量为2%～3%时,钻井液的封堵效果最佳,说明其有利于提高乳液的稳定性。在油基钻井液中,OBMG封堵效果优于改性沥青和树脂微球。      

反相乳液聚合法合成凝胶微球及其封堵性能评价

以丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为原料,用反相乳液聚合法合成了凝胶微球（OBMG）。并采用红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（1HNMR）对其结构进行了表征。详细考察了反相乳液体系中复合乳化剂的HLB值、油水比、单体物质的量比、单体总浓度、交联剂浓度对封堵效果的影响。结果表明,合成OBMG的最佳条件为：复合乳化剂的HLB值为5.0、油水比为0.64∶1、交联剂浓度为单体总质量的0.07%,单体总浓度为30%。在此条件下产物的单位压差漏失量降低率最大为80%。同时研究了凝胶微球加量对油基钻井液封堵性、电稳定性和表观黏度的影响。实验结果表明,凝胶微球加量为2%～3%时,钻井液的封堵效果最佳,说明其有利于提高乳液的稳定性。在油基钻井液中,OBMG封堵效果优于改性沥青和树脂微球。     

分散聚合法制备乙二醇单苯醚-甲醛酚醛树脂聚合物微球

以乙二醇单苯醚(EGP)和甲醛为单体、聚乙烯醇(PVA)为稳定剂、浓H2SO4为催化剂,经分散聚合合成了EGP-甲醛酚醛树脂(EGP-FA)聚合物微球,研究了PVA用量、甲醛与EGP配比、聚合温度、浓H2SO4用量和搅拌转速对聚合物微球粒径及其分布、产率的影响。实验结果表明,EGP-FA聚合物微球的平均粒径随PVA和浓H2SO4用量的增加、搅拌转速的加快和聚合温度的升高而减小,随n(甲醛)∶n(EGP)的增大先增大后减小。在适宜反应条件(n(甲醛)∶n(EGP)=2.00、w(PVA)=4.5%(基于甲醛和EGP的总质量)、w(H2SO4)=14.10%(基于甲醛和EGP的总质量)、聚合温度70℃、搅拌转速700 r/min)下制备的EGP-FA聚合物微球的平均粒径为384.16μm,粒径分布1.216,产率45.8%。     

分散聚合法制备深部调剖用交联聚合物微球

采用硫酸铵盐水溶液中分散聚合法制备了粒径为1~3 μm的交联聚合物微球,确定了最佳合成条件。在60℃下,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸钠（SAA）为主要单体,分散稳定剂选择相对分子质量为35万的聚乙烯吡咯烷酮PVP K60,交联剂与总单体摩尔比0.5%~0.75%,AM、SAA、AMPS单体摩尔比15:2:3,硫酸铵质量分数14.5%。实验结果表明,所制备的微米颗粒为球形,形貌规则,粒径分布均匀,干粉粒径为1~3 μm,熟化后体系中微球粒径达8~10 μm。微球分散体系抗剪切、耐温抗盐。30℃下,随剪切速率的增大,交联聚合物微球分散体系（400 mg/kg）的黏度逐渐降低,100 r/min下的黏度仍高达9.3 Pa·s。当温度由30℃增至90℃时,交联聚合物微球分散体系的黏度保留率由100%降至53.58%;当矿化度由0增至10 g/L,黏度保留率由98.13%降至53.74%。室内封堵实验结果表明,交联聚合物微球在中高温条件下具有一定的封堵性、良好的变形性和逐级深部调剖效果。交联聚合物微球在25℃保温溶胀时,对微孔滤膜的封堵时间随天数的增加而延长,溶胀4 d后的封堵时间可达8.2 h;75℃保温溶胀时,封堵时间随天数的增加呈降低趋势,溶胀3 d后的封堵时间为3 h。随聚合物微球浓度的增大,岩心初始注入压力降低,在渗透率为0.5 μm²的人造岩心中的最佳注入量为400 mg/L。     

绿色环保型微球的合成及性能评价

以改性淀粉、海藻酸钠改性SiO2为单体,采用反相乳液聚合法合成了绿色环保型微球体系.改性淀粉微球目前仅用于钻井液中,易降解,不适合用于驱油.本文介绍了改性淀粉占比、交联剂、引发剂及油水配比对合成产品的影响,对微球的耐温抗盐、热稳定及封堵性能进行了评价,结果表明:在交联剂质量分数为0.3％ ～0.5％、引发剂加量为单体质量的0.5％、油水配比为1:1、改性淀粉占比为3％时,合成的微球体系为乳白色半透明均相液体,初始粒径0.3～3μm.该微球体系在温度90℃、矿化度2.0×105 mg/L条件下膨胀性能较好,膨胀倍数>4,可在渗透率小于0.5μm2的油藏中形成有效封堵.本次合成对其性能进行了提升,增强了其在地层内的稳定性.     

预交联凝胶微球堵漏剂的性能评价

为解决裂缝性地层的漏失问题, 以丙烯酰胺为单体、 过硫酸钾为引发剂、 JL-2为化学交联剂、 锂皂石为物理交联剂、 SP-80为分散剂、 航空煤油为油相, 采用反相悬浮法制备了一种耐剪切的预交联凝胶微球堵漏剂 WQ-5,利用激光粒度分析仪评价 WQ-5吸水前后的粒径分布, 并研究了堵漏剂 WQ-5的吸水膨胀性能的影响因素和耐剪切性能, 采用高温高压失水仪砂床实验评价了 WQ-5的堵漏承压性能。结果表明： 制备出的预交联凝胶微球堵漏剂 WQ-5 为球形颗粒, 初始平均粒径为 184.5 μm, 在 20℃、 1%NaCl 水溶液中膨胀 24 h 后的粒径为 450.5μm;WQ-5的膨胀倍数与温度、 矿化度和 pH值有关, 温度越高、 矿化度越小、 pH值越大, 预交联凝胶微球的膨胀倍数越高; 该堵漏剂具有良好的堵漏承压性能。图8参12     

石蜡微乳液的研制及其在水基钻井液中的应用

对塔西南超深井钻井过程中出现的微纳米裂缝与孔隙渗漏的问题进行分析,发现现有钾基聚磺钻井液中的封堵剂不能有效封堵微纳米裂缝与孔隙。为提高封堵粒径级配,在室内制备一种石蜡微乳液,通过粒径比较法得出了最佳制备方案。方案表明制备的最佳比例为“S+A”∶石蜡=9∶1,最佳搅拌速度为1400 r/min,最佳温度为120 ℃。制备得到的石蜡微乳液D₅₀粒径在2.9 μm左右,单分散颗粒尺寸在200～300 nm左右,表面张力在45.0～47.5 mN/m范围内,稳定时间长达30 d。采用石蜡微乳液对塔西南区块钾聚磺水基钻井液体系进行优化,从优化结果可以看出,石蜡微乳液的配伍性好;优化后钻井液体系表观黏度降低3.5 mPa·s;钻井液的滤失量减小3.5 mL;泥饼厚度减小1 mm,增强了钻井液的滤失造壁性能。采用压力传导法对石蜡微乳液的封堵性能进行评价,结果表明石蜡微乳液可以提高封堵承压能力,石蜡微乳液优化钻井液对克孜洛依组致密砂岩的封堵率为58.4%,具有较好的微纳米裂缝孔隙封堵能力。      

孔喉尺度弹性微球调驱影响因素

为了进一步表征孔喉尺度弹性微球的调驱效果,通过填砂管驱替实验,研究了微球粒径与岩心孔喉直径之比、驱替速度、微球质量浓度对调驱效果的影响。结果表明:微球封堵率和最大变形运移压力梯度随微球粒径与孔喉直径之比的增加先增大后减小,随驱替速度的增加而减小,随注入微球质量浓度的增加而增大。当微球粒径与孔喉直径之比为1.4～1.5时,调驱效果较好;当微球粒径与孔喉直径之比为1.42时,微球封堵率和最大变形运移压力梯度均达到最大,分别为90.4%和0.1MPa/m;当驱替速度大于5m/d时,驱替速度对微球封堵率和最大变形运移压力梯度的影响变小。在矿场条件下,近井地带驱替速度大,远井地带驱替速度小,微球可以顺利运移至远井地带,到达油藏深部并形成有效封堵,实现深部调驱。当微球质量浓度大于1500mg/L后,随微球质量浓度增加,封堵率的增加幅度变小。     

聚丙烯酰胺交联微球的制备及其粒径影响因素

以亲水性丙烯酰胺为单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、失水山梨醇单油酸酯为分散剂,在环己烷中进行反相悬浮聚合,制备了微米级聚丙烯酰胺交联微球(PAMCMS)。光学显微镜和扫描电子显微镜对 PAMCMS 粒径的表征结果显示,所制得PAMCMS 的平均粒径范围为5～175μm;考察了搅拌转速、引发剂过硫酸钾用量、分散剂用量和环己烷与水体积比(油水比)等因素对 PAMCMS 粒径的影响,在反应温度50～65℃、反应时间4 h、N_2保护下,维持配方中其他物质的用量不变,增大搅拌转速、减少引发剂用量、增大分散剂用量、增大油水比,导致最终生成 PAMCMS 的粒径减小;并通过体积变化初步考察了 PAMCMS 的溶胀性能,PAMCMS 在水中能长时间保持溶胀。     

超分子化学堵漏技术研究与应用

采用目前国际上近年发展起来的超分子化学理论,研发了一种超分子堵漏新材料,其能够适应不同深度地层,在不同温度下形成不同强度和弹性的凝胶,具有广泛适应性。经过实验研究,分别研发出针对不同漏失情况的堵漏技术,解决了以前堵漏剂在漏层中停不住、易被水混合冲稀、难以滞留堆集在漏层入口附近、难以堵死漏失通道等技术难题。使用该超分子堵漏剂配制的堵漏浆在可控时间内在漏失层形成具有一定强度的凝胶颗粒（粒径为100～2 000 μm）,凝胶颗粒有弹性、易变形,可以进入地层孔隙或裂缝,封堵孔隙尺寸为0.15～1.5 mm的孔隙,承压达到7.5 MPa以上。采用该超分子堵漏材料,在准东区块克205井等3口井进行了应用。现场应用表明,该超分子堵漏材料结合常规堵漏材料,能够很好地解决钻进过程中存在的各类漏失,堵漏成功率高,对不同的漏失情况能够起到较好的堵漏效果,在后期作业过程中没有发生重复漏失的现象,有利于降低综合钻井成本。      

凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地表层的应用

吐哈盆地鲁克沁油田火焰山腹地表层钻井过程中,恶性井漏频繁发生,堵漏时间占表层钻井周期的60%以上,严重影响了鲁克沁油田的开发上产效果。针对火焰山腹地表层恶性漏失技术难题,在多次常规堵漏、注水泥堵漏、综合堵漏、膨胀堵漏、雷特堵漏和凝胶堵漏等多种堵漏方式效果不佳的情况下,研发了凝胶复合防漏堵漏技术。该技术的主剂是一种水溶性高分子聚合物堵漏凝胶,其分子链呈空间网状凝胶结构,利用结构性流体较强的剪切稀释性,通过引入不同粒径的刚性堵漏材料和可变形颗粒实现紧密堆积和压实,提高地层承压能力,形成具有防漏和堵漏双重功能的堵漏体系。凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17、玉北8-16等5口井表层进行了现场试验。应用结果表明,比同区块平均漏失量降低74.3%,堵漏损失时间节约93.5%,表层钻井周期节约57.8%。该技术对失返性漏失、溶洞型漏失以及返出量较小的裂缝性漏失具有良好的堵漏效果。      

高酸溶纤维堵漏剂的实验研究

裂缝性储层钻井完井液漏失及其引起的储层损害问题,严重制约裂缝性油气藏的钻探及高效开发。目前现场处理裂缝性储层钻井完井液漏失较常用的方法是桥接堵漏法,纤维是桥接堵漏材料的重要组成部分,但常用的纤维类堵漏材料酸溶性能较差,不能满足裂缝性储层酸化解堵的技术需要。为此,研制了一种高酸溶纤维堵漏剂SDSF,平均直径为10～30 μm,长度为3～12 mm,可根据工程需要调节,酸溶率达95%,抗温能力达150℃,在水基钻井液中分散性良好,耐碱性能优良。基于新型高酸溶纤维堵漏剂SDSF,协同高酸溶颗粒状桥接堵漏材料,实验优化了不同开度楔形裂缝的高酸溶纤维堵漏工作液配方,其承压能力可达10 MPa。高酸溶纤维堵漏技术为解决储层工作液漏失及解堵难题,提供了有效的技术方案。      

砂岩储层清水和污水混注对储层损害的实验评价

注入水中乳化油含量和悬浮颗粒含量及粒径一直是控制砂岩油藏注入水水质的重要指标。利用正交试验原理,通过实验系统评价了乳化油和悬浮颗粒共存时乳化油滴浓度、固相颗粒含量及粒径、渗透率及注入孔隙体积的相互作用及其对中高渗储层吸水能力的影响。结果表明,对于污水回注或清水、污水混注的砂岩地层,乳化油和悬浮颗粒共存比其单一存在时对地层吸水能力的损害要严重。当油滴粒径小于10μm时,岩心损害程度大于70%,油滴粒径大于30μm时,岩心损害程度低于50%。对于给定孔喉的岩心,有一个临界颗粒粒径。临界固相颗粒粒径随渗透率(即孔喉大小)的变化而变化,而临界油滴粒径基本不随渗透率变化,粒径约为15μm。     

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明：柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。     

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明:柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。      

威202H3平台废弃油基钻井液处理技术

目前处理废弃油基钻井液一般采用集中填埋或回注地层,依然存在潜在的环境污染问题,同时也浪费了大量矿物油资源。笔者对威202H3平台废弃油基钻井液进行回收利用研究,首先测定了废弃钻井液本身的性质,测得其表观黏度为100~120 mPa·s、塑性黏度为80~100 mPa·s、动切力为20 Pa、初终切为20/35 Pa/Pa,粒度主要集中在5.59~13.74μm。在现场及实验室进行复配再利用研究,发现在威202H3-3井龙马溪地层加入2 m3废弃油基钻井液后,油基钻井液终切不断升高、动塑比难以控制;利用废弃油基钻井液中劣质固相,在长宁H12-3井用于配制堵漏浆,施工顺利,效果较好。因此得出,废弃油基钻井液回收再利用的困难在于其中含有大量粒径小于20 μm的固体颗粒,现有固控设备难以除去,并且现有处理技术均存在安全、占地面积、能耗、交通运输、环保及成本问题,建议这种废弃油基钻井液体系用于配制页岩地层发生漏失时的堵漏浆,在一定程度上减小经济损失。而在今后废弃油基钻井液处理技术的研究过程中,如果超临界CO₂流体萃取技术能够降低成本,将成为废弃油基钻井液重要的处理技术。      

油基钻井液凝胶堵漏技术实验探讨

钻井工程中使用油基钻井液一旦发生严重漏失,现场处理更困难,且目前尚未形成油基钻井液的高效堵漏技术,因此提出并探讨了油基钻井液用凝胶堵漏方法。研选结果表明,胶凝剂NJZ能够在柴油中具有良好的溶解性,且成胶性能较好,胶凝剂NJZ与交联剂JLJ成胶效果最好,而其与交联剂AlCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O和NaOH复配的成胶效果较差,无法满足要求,胶凝剂NJZ浓度为10.0%、交联剂JLJ浓度为4.0%时,使用乳化剂EHJ的交联效果最好,凝胶强度最高。用正交实验法优化了凝胶堵漏体系配方,分析了温度、pH值、剪切作用等对成胶性能的影响。通过填砂管室内实验评价表明,采用双液注入方法,结合多次挤注工艺,相对水基凝胶堵漏体系,新研制的油基凝胶具有更强的堵漏作用效果,且具有良好的抗温性,在120℃下仍具有较高的凝胶强度,承压能力梯度达到1.05 MPa/m。