复合离子聚合物降粘剂PX的研制及应用

典型的钻井液降粘剂FCLS存在强分散性、含对动植物有害的铬离子及使钻井液大量起泡等不足。为适应钻井技术的发展研制了复合离子型降粘剂PX,这是一种以季铵盐阳离子为主要吸附基团,依靠多种阴离子基团来拆散钻井液中的网架结构并具有一定的抗盐、抗钙能力和优良抗温性能的低分子量聚合物降粘剂。文中对PX的降粘效果进行了评价,结果表明,PX在膨润土浆、聚合物钻井液及高密度钻井液中的降粘效果都较好,是FCLS的5～10倍;经150℃高温老化后,PX的降粘效果与XY27相当;是一种抑制型降粘剂。PX在盐污染的钻井液中的降粘效果良好。经现场应用表明,PX是调整聚合物钻井液流变性极为有效的处理剂之一,加量少,一般为0.1％左右;水溶性好,使用方便,对环境无污染。     

聚合酸降粘剂的研究与应用

辽河油田钻井液常用的降粘剂中，FCLS含铬，有毒，硅氟降粘剂加量大，成本高，无毒降粘剂抗温能力差。辽河石油勘探局钻井二公司泥浆公司研制出了聚合酸降粘剂。该剂由多元醇等天然大分子分别经柠檬酸和碱处理后，在一定工艺条件下共聚而成。室内试验对比评价了聚合酸降粘剂在不同体系中的降粘性能以及与其它处理剂的配伍性能，评价了以聚合酸降粘剂为主钻井液的抗水泥、盐和粘土污染的能力，以及该体系的抗温性能和高温高压滤失性能。结果表明，聚合酸降粘剂的加量为0．5％～1.5％，降粘效果与FCLS相当，抗盐、抗粘土污染能力比SF降粘剂强，抗温能力达130℃。聚合酸降粘剂钻井液在46口井上得到了成功应用，取得很好的效果和经济效益，与SF体系在同井队同区块同井深条件下的应用情况比较，钻井液成本节省25％，钻速提高17．4％。聚合酸降粘剂与聚合物不分散钻井液和硅氟钻井液转化简便易行，钻井液易维护处理。     

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。     

改性碱法制浆废液共聚物降粘剂的研究

聚合物钻井液在深井阶段使用过程中,发生稠化时,若采用传统的降粘剂处理,会因降粘剂兼有的分散作用而改变体系的不分散性.因此,需要研制出一种新型降粘剂,使它能同聚合物相互作用,一定程度上遮盖聚合物的吸附基团,削弱聚合物同粘土的桥联结构,使其收缩就可能使体系降粘.研究出了以碱法制浆废液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)为原料合成钻井液降粘剂的方法,讨论了合成条件对共聚物降粘剂降粘性能的影响,并对产物的降粘能力进行了评价.实验结果表明,所合成的产品具有良好的降粘能力、抗温、抗盐和抗钙性能,加量为0.3%时,降粘效果最佳;抗温达150 ℃,抗NaCl达30%,抗CaCl2达1.0%.     

抗高温抗盐降滤失剂AAD的合成及评价

根据抗高温抗盐降滤失剂的作用机理,采用自由基水溶液聚合方法,以氧化还原反应体系作为引发体系,以丙烯酰胺(AM)、二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)为结构单体,利用分子设计合成了三元共聚的两性离子共聚物AAD。以降滤失性能为主要评价指标,得到制备抗高温抗盐降滤失剂AAD的最佳聚合工艺条件为:体系pH值为7,引发剂用量为0.2%(质量分数),单体总质量浓度为30%,n(AM)/n(AMPS)/n(DMDAAC)为6.5∶2.5∶1.0,反应温度45℃,反应时间5 h。结果表明,AAD用量为0.3%的淡水钻井液在高温老化时,体系的滤失量大幅下降,老化前降幅为62.7%,老化后降幅为44.8%;AAD用量为1.0%的盐水钻井液在高温老化时抗盐能力增强,体系的滤失量降幅为56.1%。     

钻井液降粘降滤失剂MGAC-2的研制

按下述路线在室内合成了兼具降粘和降滤失功能的水基钻井液处理剂MGAC－2；将本质素磺酸钙与甲醛反应，再在硝酸铈铵催化下使丙烯酰胺，马来酸在木质素素磺酸钙缩合产物上接枝共聚，提纯接枝共聚物，先与硫酸亚铁进行缩合反应，再与甲醛，亚硫酸钠进行磺甲基化反应，分离出反应产物并干燥，得到降粘降滤失剂MGAC－2。用外光谱确证了产物的接枝共聚结构。室内钻井液性能检测结果表明：0．5％MGAC－2可使淡水膨润土基浆的表观粘度下降50％，API滤失量下降51％，动切力下降80％，静切力下降幅度更大；0．5％MGAC－2处理的钻井液可抗3％NaCl,0.9?Cl2，抗盐抗钙能力优于FCLS；在室温，120℃，140℃，180℃下12小时的静肪老化实验中，MGAC－2的抗温性能优于FCLS；大庆油田一口井的储层岩心在0．5％MGAC－2水溶液中浸泡后的回收率，明显高于在0．5％FCLS水溶液中浸泡后的回收率。     

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。      

抗高温降粘剂硅氟共聚物（SF）的研究与应用

由于有机硅产品质量差，研制了深井钻井液用抗高温降粘剂－有机硅氟共聚物（SF），并进行了室内SF钻井液配方式验和综合评价，结果表明，在深井的高温，高固相，高密度条件下，SF钻井液各项性能优于有机硅钻井液和无毒钻井液，该处理剂抗温超过230℃，加量少，与水泥有较好的相空性，现场应用2口井表明，SF钻井认处理简单，维护周期长，劳动强度低，应用效果理想。     

有机硅抗高温钻井液体系的室内研究

提出了一种新型的有机硅抗高温钻井液.该钻井液以高温稳定的硅基有机物为主要组分,并引入一种以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体的四元共聚物高温抗盐降滤失剂OCL-JB,基本配方为:4%膨润土 6%OCL-JB 4%OCL-JA(降滤失剂) 2%OCL-GLT(降滤失剂) 0.5%OCL-GNT(降粘剂) 重晶石.硅基有机物增加了甲基含量,并引入了抗高温稳定剂和磺化物,从而提高了其化学稳定性和高温稳定性.该有机硅抗高温钻井液具有好的页岩抑制性、润滑性和井眼稳定性;滤失量小,滤饼薄且致密,可有效防止钻头泥包;携砂能力强,流变性容易控制;在高矿化度下,钻井液性能稳定,能抗5%评价土、4%NaCl和2?SO4的污染;抗温能力强,在180 ℃以上;而且体系所用材料无毒、无荧光,适用于深井钻探.     

特种稀释剂TX的评价及应用

稀释剂TX具有两大特性:一是具有抑制粘土分散的聚合物特性,二是在高矿化度、高固相含量、高温条件下能显著降低钻井液粘度和切力的特性。通过与国内外部分先进稀释剂的对比,评价了TX的流变性能、抗温性、抗盐膏污染能力和抑制性。结果表明,TX能显著降低水基钻井液的粘度和切力,具有较强的抗盐膏污染能力,能有效地抑制粘土分散,抗温在240℃以上,并有利于井壁稳定和提高钻速,适用于高温、高矿化度、高固相含量及各种复杂地质条件。TX加入钻井液的最佳方式为,首先与碱按3:1的比例配成浓度为20％的溶液,然后以溶液的形式加入钻井液中。     

超高温低黏聚合物降滤失剂的研制及作用机理

针对深井、超深井中钻井液降滤失剂存在抗温、抗盐能力不足,对钻井液流变性影响大等难题。以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAm）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为共聚单体,2,2-偶氮二（2-甲基丙基咪）二盐酸盐（AIBA）为链引发剂,通过使用链转移剂,制备了一种抗温达230℃,抗盐达20%的低分子量聚合物降滤失剂PANAD。采用正交实验法优化得到了降滤失剂的最优合成条件:单体物质的量之比DMAm:AMPS:DMDAAC:NVP=7:2:2.5:1,反应温度为65℃,引发剂加量为0.7%;利用一点法测得降滤失剂的特性黏数为58 mL/g。采用傅立叶红外光谱（FT-IR）和热重分析表征了其分子结构和热稳定性,结果表明,PANAD分子链热裂解温度高于314℃,具有良好热稳定性能。降滤失剂在水基钻井液中的滤失性能评价结果表明,PANAD抗温达230℃、降滤失性能优良,在加量为1%时,老化后淡水浆、20%盐水浆的中压滤失量分别为8.9、22.5 mL,淡水浆在180℃下高压滤失量为35.6 mL,优于国外同类产品Driscal D;在230℃老化前后,降滤失剂对钻井液流变性影响小,高温稳定性优良。最后,通过Zeta电位、吸附试验和SEM等测试分析了PANAD的降滤失机理。      

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。     

具有抑制性的抗温耐盐改性腈纶钻井液降滤失剂KWY的研制

将腈纶工业下角料加碱水解,用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸磺化,与甲醛、聚醚多元醇进行接枝、交联,制得降滤失剂KWY。简介了合成过程,进行了室内性能评价。由加入KWY的各种钻井液150℃静态老化16小时后测得的API滤失量值,确定KWY在淡水钻井液中的加量范围为0.4%~0.5%,在盐水和海水钻井液中的加量范围为1.0%~1.5%。根据塑性粘度、动切力、API滤失量测定值求出0.4%KWY在淡水钻井液中的耐温性为180℃,1.5%KWY在4%、15%、35%盐水钻井液和海水钻井液中的耐温性为160℃;KWY的性能优于胜利油田使用的一种HPAN(JS)。由油藏砂在77℃滚动16小时的回收率来看,1%KWY溶液对页岩的抑制性近似于或好于5%KCl溶液。图1表2参2。     

新型抗高温降粘剂JN-1研究

以十二烷基磺酸钠、甲醛、丙烯酰胺、马来酸酐为原料,通过缩合反应、接枝共聚、金属络合与磺化处理,室内合成了新型的水基钻井液处理剂JN-1。并对其进行室内钻井液性能评价,结果表明,0．5％的该降粘降滤失剂可使淡水膨润土基浆的表观粘度下降42％,API滤失量下降49％,动切力下降80％;可抗NaCl达5％,可抗CaCl2达1．0％;在室温-200℃下24hD态老化试验中,该降粘降滤失剂的抗温性能均较优。     

抗高温微交联聚合物降滤失剂的制备与性能评价

为提高聚合物降滤失剂耐温抗盐性和与高密度高固相深井钻井液体系的配伍性,以自制的六烯基单体TDED为交联剂,与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基共聚反应,制得微交联共聚物降滤失剂PTAPN。通过红外光谱仪表征了产物结构,研究了PTAPN的抗温耐盐性及与不同密度钻井液的配伍性。结果表明,产物分子结构与设计相符。PTAPN在高温、高矿化度环境中具备良好的降滤失性能。加入2%PTAPN后,淡水与复合盐水基浆240℃老化前后的黏度增加,滤失量大幅降低。PTAPN与不同密度水基钻井液的配伍性良好,可有效控制密度为2.30 g/cm3的加重钻井液在高温环境中的流变性与滤失量。当老化温度为240℃时,加重钻井液的API滤失量与高温高压滤失量分别为2.6 mL和12.6 mL,远小于含常规线性聚合物降滤失剂的钻井液。PTAPN适于作为高温高密度钻井液体系的降滤失剂。     

盐膏层有机盐钻井液技术研究与应用

在盐膏层等复杂地层钻探过程中,常规钻井液易受到盐、膏等的污染,导致钻井液性能恶化,维护处理复杂,甚至引发钻井事故.针对此类地层,研制了抗盐、抗钙能力强的高密度有机盐钻井液.通过大量的试验,优选与有机盐相配伍的处理剂,优化处理剂加量,确定了有机盐钻井液配方为:水 0.5%Na2CO3 (3%～4%)抗盐粘土 (0.15%～0.2%)XC (1.5%～2.5%)降滤失剂 (50%～130%)复合有机盐 2%无荧光防塌剂 1.0%聚合醇 加重剂.并对该钻井液体系的流变性、抑制性、抗温性、抗盐、抗钙能力、固相容量等进行了评价.结果表明,该钻井液体系性能稳定,抑制性、抗污染能力强,固相容量限高.2003年该高密度有机盐钻井液在家59井现场应用中,钻井液性能稳定,携砂能力强,维护处理简单,解决了盐膏层钻进中的钻井液技术难题,避免了复杂及事故的发生,安全顺利钻穿了该井沙二段341 m的复杂盐膏层.     

抗高温高密度生物质钻井液体系研究及应用

为了提高抗高温高密度钻井液体系的高温稳定性及环保性能,以自主研发的生物质合成树脂降滤失剂、抑制剂和润滑剂为核心处理剂,对处理剂加量进行优化,构建了抗高温高密度生物质钻井液体系。性能评价结果表明:该体系抗温可达200 ℃,抗1.0%CaCl₂污染,岩屑滚动回收率达94.3%,润滑系数≤0.128,生物毒性EC₅₀为89 230 mg/L。现场应用表明,抗高温高密度生物质钻井液具有较好的抗污染能力,在密度达2.55 kg/L、井底温度达140 ℃的情况下其仍具有很好的流变稳定性能。抗高温高密度生物质钻井液促进了生物质资源在钻井液领域的利用,解决了高密度水基钻井液抗温性与环保性相矛盾的问题,具有较好的现场推广应用价值。      

抗220 ℃高温水基钻井液技术研究

深井、超深井高密度水基钻井液的热稳定性一直是国内外钻井液行业研究的关键问题之一。为了提高钻井液的抗高温能力,研究了高温对钻井液的影响及相应的技术对策,形成了一套密度为2．00g／cm ^3～2．35g／cm^3抗220℃高温的水基钻井液体系。该体系由四类核心处理剂组成：抗高温复合降滤失剂、抗高温降粘剂、润滑封堵防塌剂及高温稳定剂。评价了水基钻井液体系在高温下的高温稳定性、高温高压流变性能、抑制性能和抗污染性能。实验结果表明,该体系具有良好的热稳定性,钻井液经过220℃高温老化后,高温高压滤失量低,流变性好,并具有良好抑制性能和抗盐、钙及钻屑等污染性能。     

AMPS／AA／DMDAAC—木质素磺酸盐接枝共聚物钻井液降粘剂的合成与性能

采用木质素磺酸钙与2－丙烯酰胺基－2－甲基丙磺酸（AMPS）,丙烯酸（AA）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）接枝共聚,合成AMPS／AA／DMDAAC－木质素磺酸盐接枝共聚物,将其作为钻井液降粘剂,并对其在钻井液中的降粘性能进行了室内初步评价。结果表明,AMPS／AA／DMDAAC－木质素磺酸盐接枝共聚物用作钻井液降粘剂,具有较好的抑制性和耐温抗盐能力。     

耐高温钻井液降黏剂St/AMPS/AA的研制

以苯乙烯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸为原料,DMF(N,N-二甲基甲酰胺)为溶剂,引发剂BPO(过氧化苯甲酰)用量为1.0%,溶液共聚温度为85℃,反应时间为4 h,合成了St/AMPS/AA共聚物钻井液降黏剂。室内实验表明,加入0.5%该共聚物后,淡水钻井液在常温下的表观黏度由28.8 mPa.s降至23.4mPa.s,降黏率为58.3%;在260℃老化16 h后表观黏度由37.1 mPa.s降至6.8 mPa.s,降黏率为76.8%,该剂用作抗高温降黏剂在淡水钻井液中具有良好的耐温性和降黏效果。