压裂液稠化剂两性聚丙烯酰胺的合成与性能评价

针对目前国内外水基压裂液所用聚合物稠化剂大多耐盐性能较差的问题,在丙烯酰胺（AM）链上引入阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）,合成了一种两性聚丙烯酰胺AMPAM。通过分析单体总质量分数、3种单体质量比、引发剂加量和pH值对AMPAM相对分子质量和增黏性能的影响,确定了合成AMPAM的最佳条件。评价了AMPAM的耐盐性能、溶解性能和增黏性能,以及以矿化度30 g/L NaCl溶液配制的AMPAM压裂液的性能,结果表明：以高矿化度盐水配制的0.5%AMPAM溶液的表观黏度为20 mPa·s;AMPAM加量不超过0.6%时,在20 min内可以完全溶解;盐水AMPAM压裂液的耐温耐剪切性能、携砂性能和破胶性能均符合水基压裂液通用技术条件。研究结果表明,两性聚丙烯酰胺AMPAM具有良好的耐盐性能,可以作为盐水聚合物压裂液的稠化剂。     

共聚物钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料,采用氧化还原引发体系合成了一种四元共聚物水基钻井液降滤失剂。确定了最佳合成条件:单体配比为AM/AMPS/AA/DMC=55∶30∶10∶5(质量比),引发剂加量各为0.3%(单体浓度为1),单体总浓度为20%(质量分数),反应温度为50℃,溶液p H值为7,反应时间为4 h。对聚合物进行了红外表征,合成产品与设计结构一致。钻井液性能评价结果显示:淡水基浆中聚合物加量为0.7%时,常温中压滤失量为6.0 m L,经过180℃老化后,API滤失量为8.2 m L,高温高压滤失量为11.6 m L;聚合物加量为1.0%时的页岩相对回收率达到99.4%。说明AM/AMPS/AA/DMC聚合物降滤失能力强,且热稳定性和抑制性能好。     

AA/AM/AETMAC三元聚合物的合成及其钻井液性能研究

以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(AETMAC)作为原料单体,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合合成了一种水溶性AA/AM/AETMAC共聚物,研究了温度、无机盐浓度对聚合物溶液比浓黏度的影响,对聚合物钻井液的耐温抗盐性能进行了测试,采用扫描电镜(SEM)表征了聚合物钻井液滤饼的微细结构。结果表明,AETMAC含量过高、过低均会增大聚合物钻井液的滤失量,当AETMAC含量为20%时,聚合物钻井液的滤失量达到最小值。随着盐浓度和温度的升高,聚合物钻井液的滤失量小幅增加,SEM表明聚合物滤饼表面具有大量不规则、致密、微米级的孔洞。     

无固相钻井液用增黏剂的合成

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,采用氧化还原引发剂水溶液聚合法合成了钻井液用增黏降滤失剂。通过单因素和正交实验确定了合成最优条件,并对产品的耐盐、耐温和降滤失性能进行评价。实验结果表明:在单体质量分数为37.5%、n(SSS)∶n(AMPS)∶n(AM)∶n(DMC)=1.5∶4.5∶9∶1、反应温度为45℃、引发剂用量为0.75%和pH=9条件下合成的聚合物具有较好的增黏、耐盐、耐温和降滤失性以及与其他钻井液添加剂有较好的配伍性。     

新型耐盐低伤害压裂稠化剂的研制及应用

文章以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵为单体,采用水溶液聚合法制备了丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵三元共聚物稠化剂。研究了三元共聚物稠化剂形成的交联冻胶的耐温耐盐性、携砂性和破胶性能。结果表明,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：丙烯酰胺：甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵=2:7:1、引发剂加量为0.25%、反应温度50℃、反应时间3.5h,pH值为6～8条件下制备的三元共聚物稠化剂的具有良好的性能。以质量分数0.4%三元共聚物稠化剂为主剂的压裂液在70 000 mg/L矿化度下黏度仍大于100 mPa·s,在温度100℃、返排液条件下黏度仍为146.3 mPa·s。与羟丙基胍胶相比,三元共聚物稠化剂聚合物冻胶中支撑剂的沉降速度更小,破胶液残渣含量更少,对储层的伤害率更低。     

丙烯酰胺基交联聚合物微球的制备及其对钻井液性能的影响

为揭示水分散聚合方法制备的丙烯酰胺基交联聚合物微球的结构特征及其对钻井液性能的影响规律,以硫酸铵水溶液为反应介质,丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、甲基丙酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺复配物为交联剂制备了丙烯酰胺基交联聚合物微球。采用红外光谱、粒度分析等方法表征了交联聚合物微球的结构,研究了丙烯酰胺基交联聚合物微球对钻井液性能的影响。结果表明,交联聚合物微球的合成工艺条件对产物的降滤失性影响较小,但对产物在钻井液中的增黏作用影响显著。随AM和交联剂加量增加,聚合物微球对钻井液的增黏作用增强;存在对钻井液增黏作用最小的引发剂加量和AA与DMC摩尔比。采用水分散聚合方法可制备出平均粒径8.04μm(粒径范围2.43数53.72μm)的丙烯酰胺基交联聚合物微球。该交联聚合物微球对钻井液具有显著的降滤失作用和一定的增黏作用,耐温性能优良,150℃高温老化不会降低交联聚合物微球的降滤失作用,但可降低对钻井液的增黏作用,减小其对钻井液流变性的影响。     

丙烯酰胺与2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在柠檬酸钾溶液中的沉淀聚合

以(NH4)2S2O8-Na2SO3为氧化还原引发剂,通过非离子单体丙烯酰胺(AM)与阳离子单体2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)在柠檬酸钾溶液中的沉淀聚合,制备了阳离子聚电解质聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺)[P(DMC-AM)]。利用溶解度参数原理,得知聚合物[P(DMC-AM)]在柠檬酸钾溶液中的溶解量远小于单体的溶解量,同时探讨了聚合物[P(DMC-AM)]在柠檬酸钾溶液中沉淀分离的机理。通过考察单体总转化率的影响因素,得到最佳的反应条件:柠檬酸钾质量分数57%,m((NH4)2S2O8)∶m(Na2SO3)=1∶1,引发剂总质量分数0.10%,单体总质量分数3%,单体配比m(DMC)∶m(AM)=3∶1,反应温度50℃,反应时间2h。在此条件下,DMC和AM的总转化率为86.4%。通过红外光谱分析验证,所得聚合物为[P(DMC-AM)]。     

高温高黏胶凝酸PDA合成及性能评价

以碳酸岩油藏的高温、深井的酸化增产为切入点,从提高胶凝酸液体系抗温性、配伍性和溶解性以及减少地层伤害等实际应用性能出发,采用阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰胺(AM)为原料,合成了新型酸液胶凝剂PDA。室内实验表明新型胶凝剂PDA具有良好的热稳定性和剪切稳定性,缓速性能好,将通常酸液体系中聚合物胶凝剂含量从2.5%降到1.0%,大大减少了聚合物的用量,从而减小了酸化过程中聚合物残渣对储层造成的潜在伤害,具有较好的开发前景。     

高分子聚合物稠化剂的制备及其压裂液应用性能研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为聚合单体,通过水溶液聚合法制备了高分子聚合物压裂液稠化剂FTW-1,与有机锆交联剂交联,考察了聚合反应温度、体系酸碱度、反应时间、单体浓度、引发剂加量等对高分子聚合物稠化剂FTW-1性能的影响,利用FTIR、TG等方法对高分子聚合物稠化剂FTW-1进行了表征。结果显示,高分子聚合物稠化剂最佳合成工艺为单体质量浓度为35%,pH值为7.8～8.0,引发剂加量为0.12%,反应温度为50 ℃,反应时间为4 h。红外及热重分析显示,该高分子聚合物稠化剂FTW-1分子结构符合预期设计,黏均分子量约为1.8×106,具有良好的热稳定性,可满足180 ℃施工需求。同时,也开展了压裂液性能,诸如溶解性能、增稠和交联性能、耐温耐剪切性能、抗微生物降解性能、破胶性能等的研究,结果表明压裂液各项性能均满足相关行业标准要求。      

一种适用于聚磺钻井液废液的高效脱色剂

用丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）作单体合成了适用于聚磺钻井液废液的脱色剂PAD。利用配制的聚磺钻井液废液,对脱色剂PAD 的脱色性能进行了评价,并通过红外扫描和聚磺钻井液废液色度来源的分析,对脱色剂的脱色机理进行了研究。评价结果表明,当脱色剂的加量为0.35 g/L、废水pH 值为4、搅拌速度为30 r/min、搅拌时间为2 min 时,具有最佳的脱色效果,出水色度控制在10 倍以内,且能将COD 去除率保持在93.8%。通过与其它脱色剂进行实验对比发现,PAD 不但脱色率高,且剩余絮体体积不到其它脱色剂的1/2,同时具有很高的COD 去除率,是一种针对聚磺钻井液废液的高效脱色剂。      

水基钻井液用低增黏提切剂的合成与性能评价

为了实现在调控钻井液黏度的情况下获得良好的携岩能力,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸（DMAPS）和十六烷基疏水单体（C16-D）为原料,采用自由基聚合法,制备了一种新型的两性疏水缔合聚合物（PAADDC）。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（1H NMR）表征了PAADDC的分子结构,采用静态光散射（SLS）测定了聚合物的分子量,并对其流变性能进行了评价。结果表明,100℃老化16 h,加量为0.2% PAADDC的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力和动塑比分别为18.5 mPa·s,11.5 mPa·s,7.0 Pa和0.61 Pa/mPa·s,抗温可达160℃。与常规增黏剂相比,PAADDC具有良好的热稳定性和更佳的抑黏增切效果。在60～180℃热老化实验中,动塑比值随PAADDC用量的增加而降低。环境扫描电镜（ESEM）和原子力显微镜（AFM）的观察表明,PAADDC在溶液中形成了连续的三维网状结构,这是其剪切强度显著提高的主要原因。     

水基钻井液用低增黏提切剂的合成与性能评价

为了实现在调控钻井液黏度的情况下获得良好的携岩能力,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸（DMAPS）和十六烷基疏水单体（C₁₆-D）为原料,采用自由基聚合法,制备了一种新型的两性疏水缔合聚合物（PAADDC）。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（1H NMR）表征了PAADDC的分子结构,采用静态光散射（SLS）测定了聚合物的分子量,并对其流变性能进行了评价。结果表明,100℃老化16 h,加量为0.2% PAADDC的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力和动塑比分别为18.5 mPa·s,11.5 mPa·s,7.0 Pa和0.61 Pa/mPa·s,抗温可达160℃。与常规增黏剂相比,PAADDC具有良好的热稳定性和更佳的抑黏增切效果。在60～180℃热老化实验中,动塑比值随PAADDC用量的增加而降低。环境扫描电镜（ESEM）和原子力显微镜（AFM）的观察表明,PAADDC在溶液中形成了连续的三维网状结构,这是其剪切强度显著提高的主要原因。      

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。      

基于现有固控设备的废钻井液处理及利用技术

为了达到环境保护要求,长庆钻井采用破胶-固液分离的技术,对废弃钻井液进行后期处理。针对常见破胶剂多为单一作用,破胶速度慢,效率低,自制一种复合型破胶剂CQPJ-1为一种破胶剂,其能够使黏土胶体和悬浮颗粒整体的电荷量减小,聚结稳定性下降,同时能够使高分子材料氧化分解,产生初级自由基,并引发连锁自动氧化反应,使分子量急剧降低。同时优选了一种分子量适中的高分子絮凝剂CQXN-1,它具有的阳离子和长分子链可将失稳的黏土颗粒包裹起来,形成的聚集体较无机絮凝剂所形成的絮凝聚集体更加紧密牢固,因而更有利于机械脱水。室内实验同时对双氧水、高锰酸钾、亚磷酸钠和CQPJ-1等破胶剂以及聚合氯化铝、聚合氯化铁、硫酸铝和CQXN-1等絮凝剂进行了对比评价。结果表明,通过调节废弃钻井液的pH值调整为6.0~6.5,加入2%破胶剂CQPJ-1,破胶3 h,最后加入0.15%絮凝剂CQXN-1,利用钻井队配备的离心机进行固液分离,选择离心机转速为2 200 r/min,分离效率和效果达到预期目标。处理后的液相污染指标大幅下降,重复利用配制钻井液后各项指标也符合钻井施工要求。      

抗超高温水基钻井液用聚合物降滤失剂的研制

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为聚合反应单体,以偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂,通过自由基聚合反应,室内研制出了一种新型水基钻井液用抗超高温聚合物降滤失剂CLG-240。借助红外光谱分析、凝胶色谱分析和热重分析,分别表征了降滤失剂CLG-240的分子结构,确定了合成产物的相对分子质量和热稳定性。综合评价了CLG-240在钻井液中的基本性能。结果表明,降滤失剂CLG-240的数均分子量约为6.461×105,重均分子量约为7.345×105;在室温～315℃范围内该聚合物的热失重总量约为26.5%,表明其自身便具有良好的抗温、耐温特性。室内研究表明,无论是在淡水实验浆还是在盐水实验浆中,降滤失剂CLG-240均具有较好的降滤失特性,同时还具有较好的泥页岩抑制特性;其在钻井液体系中具有良好的耐超高温性能,在低密度钻井液中的抗温能力达248℃,而在高密度钻井液中的抗温能力达220℃。      

氧化石墨烯新型抗高温降滤失剂的合成与评价

为了解决改性石墨烯产品单独作为处理剂时加量大、成本高的问题,通过氧化石墨烯（GO）与丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、醋酸乙烯酯（VAC）共聚,制备了氧化石墨烯/聚合物降滤失剂GOJ。借助红外谱图和透射电镜照片做的结构表征表明,GOJ中含有五元环结构和酰胺基、磺酸基、羟基等官能团,相对分子质量在3.63×105左右,微观下为颜色较深的平整的片状结构。性能测定结果表明,新研制的GOJ降滤失性能好,在淡水基浆中加入0.2% GOJ,可使API滤失量降低70%,降滤失能力优于聚合物类降滤失剂PAMS601和JT888等;GOJ具有较强的耐盐性能和优异的高温降滤失能力,耐盐可至饱和,同时在相同加量下,GOJ在180℃、200℃和220℃下的降滤失能力均优于国外产品Driscal-D;氧化石墨烯可以提高GOJ的耐温性能,当GOJ中氧化石墨烯含量为0.32%时,其抗高温能力提升约20℃,并且随着氧化石墨烯含量的增加,高温下的降滤失能力逐渐增强。GOJ可以用作水基钻井液的抗高温抗盐降滤失剂。      

基于疏水缔合聚合物的新型钻井液封堵剂

针对常规封堵剂难以对非均质渗透性储层实现有效封堵的难题,基于疏水缔合聚合物的缔合理论,采用共溶剂聚合法,经分子结构优化设计,合成了新型的丙烯酰胺(AM)/十八烷基二甲基烯丙基氯化铵(C18DMAAC)/丙烯酸钠(AANa)疏水缔合共聚物(HMP),采用红外光谱、元素分析和凝胶色谱表征和测定了HMP的分子结构和分子量,并对其作为钻井液封堵剂的可行性进行了探讨。结果表明,新型疏水缔合聚合物HMP的重均分子量小于10万,对钻井液的流变性能影响小,当HMP分子中疏水单体C18DMAAC摩尔含量达到0.66%,且HMP在钻井液中的质量浓度达到0.6%后,其具有优良的封堵性能,在高温高压条件下可以实现对石英砂床和不同渗透率岩心的有效封堵,且形成的封堵层薄而致密;粒度分布测定结果表明,HMP将钻井液体系的粒度分布范围拓宽至几微米到几百微米,并能显著增大体系的平均粒径,这是其具有优良封堵性能的主要原因。     

适用于大位移井新型水基钻井液室内研究

为了满足大位移井对水基钻井液的需要,针对水基钻井液润滑性、摩阻扭矩以及当量循环密度控制等问题,通过在水基钻井液中引入一种多功能基液MBF,得到一种新型水基钻井液,其可有效改善水基钻井液的润滑性能,使其接近油基钻井液。结果表明,在水基钻井液中,MBF含量为30%时,其润滑系数为0.064,优于常规氯化钾聚合物钻井液的0.123,接近油基钻井液的0.056;同时该新型水基钻井液可有效抑制黏土水化造浆,且具有更好的降滤失性能,高温高压滤失量低,接近于油基钻井液。构建的新型水基钻井液能够满足大位移井钻探的需要。      

一种抗高温抗钙两性离子聚合物分散剂

针对聚合物钻井液的抗钙难题,以分散解絮凝为主要思路,使用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、对苯乙烯基磺酸钠（SSS）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为单体合成了一种抗高温抗钙两性离子聚合物分散剂。对影响聚合反应的关键参数进行了优选,最终将单体物质的量比优选为AMPS∶SSS∶DMDAAC=7.5∶0.5∶2,引发剂K₂S₂O₈加量优选为单体总质量的0.4%。单剂评价结果表明,分散剂能够在高钙且高温的环境中有效分散膨润土,具有降低滤失量与低剪切速率黏度的作用。从分散剂的分子构型入手分析了其作用机理。以分散剂为核心,配伍消泡剂与惰性封堵材料,配制了高钙钻井液。      

临兴–神府井区废弃钻井液处理技术

为了解决临兴–神府井区废弃钻井液处理效率低、处理成本高等问题,开展了废弃钻井液无害化处理与重复利用技术研究.在分析废弃钻井液特性以及处理难点的基础上,研发了无毒、廉价的复合高效固化剂和复合铝盐破胶剂,产生的破胶压滤液经处理后用于配制钻井液;结合减量处理设备,研究形成了废弃钻井液无害化处理与重复利用技术.现场试验表明,废...