以季戊四醇为支化剂合成低黏度高切力钻井液提切剂

针对目前水基钻井液常用的提切剂普遍存在黏度增加幅度大于切力增加幅度的缺点,以季戊四醇为支化剂,硝酸铈铵为引发剂,引发丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与4-乙烯基-1-（3-磺丙基）吡啶内嗡盐（4-VPPS）共聚,合成出低黏度高切力钻井液用提切剂PAAVP,并考察了合成条件对该聚合物黏度和切力的影响。聚合体系中引入季戊四醇后其表观黏度降低,动塑比提高,优选季戊四醇加量为单体质量的2.5%～3.0%。4-VPPS有利于提高聚合物抗温抗盐性,优选在聚合单体中占比为6%～10%。引发剂加量为单体质量的0.0275%～0.03%。按照推荐配比合成出的聚合物PAAVP的1%水溶液表观黏度为27 mPa·s,动塑比为1.45 Pa/mPa·s。PAAVP溶液在150℃热滚后仍能保持74%的黏度和54%的动塑比值,比常规提切处理剂黄原胶具有更好的抗温性。PAAVP在5% NaCl溶液中能保持91%的黏度和85%的动塑比值,作为钻井液低黏提切剂有较大的应用潜力。     

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。     

钻井液增黏剂SDA的合成与性能评价

以对苯乙烯基苯磺酸(SS),二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)为原料,采用水溶液聚合法合成钻井液增黏剂SDA。确定了最佳合成条件:单体质量比m(SS)∶m(DMDAAC)∶m(AM)=4.5∶0.5∶5.0,单体用量30%,引发剂用量0.14%,体系pH 7,反应温度75℃,反应时间5 h。在此条件下,钻井液表观黏度达59 mPa·s,动切力达25 Pa,并具有较增黏剂FA367更好的耐温抗盐性能。     

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。      

抗高温降滤失剂的制备与性能研究

为满足深层油气资源勘探开发钻井施工的需要,提高钻井液的抗温、抗盐抗钙等能力,采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和4-羟基苯磺酸钠（SHBS）为单体,辣根过氧化物酶（HRP）为催化剂,采用酶促反应方法,制备了分子主链中具苯环的新型钻井液降滤失剂PAANS,基于相同反应条件合成未含苯环结构的对比聚合物PAAN,并借助核磁共振光谱（1H NMR）进行了结构表征。流变和滤失性能测试结果表明,220℃老化16 h,加量为2.0% PAANS的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力、常温中压滤失量和高温高压滤失量分别为16.5 mPa·s,10.5 mPa·s、6.0 Pa、12.4 mL和24.0 mL,抗盐可达饱和,具有一定的抗钙能力,性能明显优于PAAN钻井液。通过对吸附量、粒径分布和滤饼微观结构的测试等,揭示了分子主链含有苯环结构的刚性抗高温降滤失剂的作用机理。      

抗高温弱凝胶提黏切剂WG-1的合成及评价

针对高温深井及特殊工艺井对钻井液的要求,采用反相乳液聚合方法研制了抗高温弱凝胶提黏切剂WG-1,考察了影响产品性能的关键因素,确定了最佳合成条件。由红外光谱图和扫描电子显微镜SEM可以看出,WG-1中含有AMPS、DMAM和NVP等基团,呈球状,粒径为0.1~1.8 μm;浓度为1.0%的弱凝胶提黏切剂分散液经200℃老化16 h后,动塑比为0.47 Pa/mPa·s,满足200℃下的提黏度、切力要求;经170℃连续老化72 h后,表观黏度、动切力保持率较好,分别为60%和37%,能满足170℃下高温稳定性要求;且在淡水、饱和盐水钻井液中均具有较好的提黏度、切力能力和降滤失效果,170℃高温老化后,WG-1加量从0.5%增加到1.0%,淡水钻井液API滤失量由9.6 mL降低至4.8 mL;WG-1加量从1.0%增加到1.5%,饱和盐水钻井液API滤失量由8.8 mL降低至3.2 mL,说明研制的提黏切剂能够封堵微裂缝,改善滤饼质量,降低钻井液滤失量。      

无土相水基钻井液超分子增黏提切剂的研制

增黏提切剂是控制无土相水基钻井液流变性能的关键处理剂,通过将超分子网状结构引入聚合物中,利用胶束聚合物合成一种超分子增黏提切剂CZN,并评价其性能。结果表明:CZN具有明显的超分子网状结构,有较好的增黏提切性和剪切稀释性,表观黏度、动塑比要远高于同浓度的PAM;具有较好的抗温性和实用性。以CZN为增黏提切剂配置了无固相聚膜钻井液体系,现场应用表明,该钻井液可有效携带井底岩屑,保证顺利钻进。该技术可为提高复杂地层钻井效率提供技术支撑。     

无土相油基钻井液用增黏提切剂的合成及性能

采用乳液聚合法制备出适用于无土相油基钻井液的增黏提切剂,考察了单体配比、单体加量、引发剂加量、交联剂加量、乳化剂加量、反应温度及反应时间对产物增黏提切性能的影响;采用FTIR、纳米激光粒度分析仪及金相电子显微镜对该增黏提切剂的结构和粒径进行了表征,并对其在柴油及无土相油基钻井液体系中的性能进行了评价。优化出最佳合成条件为:单体配比n(甲基丙烯酸十六酯)∶n(苯乙烯)=5∶5,单体加量(w)为30%~35%,引发剂过硫酸钾加量(w)为0.7%~0.9%,交联剂二乙烯基苯加量(w)为0.6%~0.8%,反应温度80~85℃,反应时间6~7 h,乳化剂配比m(十二烷基苯磺酸钠)∶m(OP-10)=1∶1.5,乳化剂加量(w)为5%~6%。表征结果显示,该增黏提切剂平均粒径在96 nm左右。实验结果表明,当其加量为柴油的3%(w)以上时,基浆动塑比在0.5以上,在80~160℃内变化不大,150℃下连续老化72 h性能稳定;在149℃、55.5 MPa下,该增黏提切剂在柴油中的动塑比为0.470,在无土相油基钻井液体系中的动塑比为0.200,具有更好的悬浮稳定性能。     

木质素磺酸盐/有机硅氟共聚物复合降黏剂研究

为了适应环保和复杂地质钻探要求,采用木质素磺酸盐、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,再将该接枝共聚物与有机硅氟共聚物复配成无毒、无污染、高效的钻井液复合降黏剂,对其在钻井液中的降黏性能进行了室内评价。结果表明,复合降黏剂可使淡水钻井液的表观黏度和动切力明显降低,可获得较好的降黏效果;复合降黏剂在盐水钻井液、聚合物钻井液和含钙钻井液中也具有较好的降黏作用;复合降黏剂在不同钻井液中老化后钻井液的表观黏度、动切力均未有明显的增加。研究结果表明,该复合降黏剂是一种热稳定性好、降黏和抗温抗盐能力强的降黏剂。     

水基钻井液抗高温降黏剂VRA的研究

通过对抗高温聚合物分子结构进行设计,合成出了两性离子型聚合物降黏剂VRA,并对其抗温性、抗盐性和配伍性等性能进行了评价.结果表明,VRA可明显降低淡水钻井液的表观黏度和动切力,获得良好的降黏效果.VRA在盐水和含钙盐水钻井液中也有较好的降黏效果;用VRA处理的不同类型钻井液老化后的表观黏度、动切力均未有明显的增加;而且VRA防止地层坍塌的能力明显优于乙烯基磺酸盐聚合物PAMS-601.由此可以得出,两性离子型聚合物VRA是一种热稳定性和抑制性好、降黏和抗温、抗盐能力强的降黏剂,并有利于油气层的保护.     

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。      

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。      

加重压裂液用聚合物稠化剂合成及性能

加重压裂液是解决施工压力过高的有效手段之一,普通瓜胶加重压裂液残渣含量较高、对地层伤害较大,而VES类压裂液又受到使用温度的限制,无法应用于高温井压裂施工。针对上述问题,利用水溶液聚合法合成了一种AM/CnDMAAC/NVP超分子聚合物BC40。通过对特性黏数和溶解性能的评价,结合正交实验与单因素法对聚合条件进行了优化,得到最佳聚合条件为：聚合单体总浓度为30%、引发剂浓度为0.12%,聚合温度为35℃,通氮排氧1 h,反应时间5 h。BC40在甲酸钠加重的水溶液中具有良好的增黏能力。配制不同密度的加重压裂液在120℃、170 s-1条件下剪切2 h,表观黏度稳定在30 mPa · s以上,表现出良好的耐温耐剪切性能;向不同密度的加重压裂液中加入破胶剂,在95℃下均可破胶,得到的破胶液表面张力低,破胶后残渣含量低,对地层伤害小。     

钻井液增粘提切剂YF-01的研制

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）为单体,根据自由基聚合反应原理,合成出增粘提切剂YF-01。考察了单体质量比、反应温度、引发剂用量、单体含量、反应时间等对其表观粘度和静切力的影响。结果表明,在单体质量比（AM：AMPS：DMDAAC）7：4：1,单体禽量40％,引发剂用量0．15％,反应温度45℃,反应时间75rain最佳条件下,合成的增粘提切剂YF-01产品使泥浆表观粘度由56mPa·s提高到211mPa·s,初切力由4．078Pa提高到12．365Pa,终切力由4．699Pa提高到13．897Pa。     

加重压裂液用聚合物稠化剂合成及性能

加重压裂液是解决施工压力过高的有效手段之一,普通瓜胶加重压裂液残渣含量较高、对地层伤害较大,而VES类压裂液又受到使用温度的限制,无法应用于高温井压裂施工。针对上述问题,利用水溶液聚合法合成了一种AM/CnDMAAC/NVP超分子聚合物BC40。通过对特性黏数和溶解性能的评价,结合正交实验与单因素法对聚合条件进行了优化,得到最佳聚合条件为:聚合单体总浓度为30%、引发剂浓度为0.12%,聚合温度为35℃,通氮排氧1 h,反应时间5 h。BC40在甲酸钠加重的水溶液中具有良好的增黏能力。配制不同密度的加重压裂液在120℃、170 s-1条件下剪切2 h,表观黏度稳定在30 mPa · s以上,表现出良好的耐温耐剪切性能;向不同密度的加重压裂液中加入破胶剂,在95℃下均可破胶,得到的破胶液表面张力低,破胶后残渣含量低,对地层伤害小。      

氟碳型两性聚丙烯酰胺驱油剂的制备与性能

 以全氟辛基乙基丙烯酸酯(FM)为疏水单体,与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）通过自由基胶束共聚法制得氟碳型两性聚丙烯酰胺 (FPAM)驱油剂。考察了影响共聚反应的各种因素和变化规律,确定了合理的聚合工艺条件。FPAM水溶液中存在强烈的分子间缔合作用;在共聚反应温度50℃、共聚反应时间8h、疏水单体FM质量分数为0. 3%、AMPS质量分数为15%、DMC质量分数为8%、引发剂K2S2O8质量分数(占单体质量)为0.3%、乳化剂与疏水单体摩尔比(n(OP-10)/ n(FM))为10的条件下,合成的氟碳型两性聚丙烯酰胺(FPAM)驱油剂的抗盐、抗剪切、耐高温和驱油性能均良好。     

木质纤维素共聚物吸水树脂的合成研究

采用一种木质纤维素与丙烯酸（AA）／丙烯酰胺（AM）接枝共聚,以N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂,以过硫酸铵（APS）为引发剂,制备出耐温、耐盐、缓膨性能好、高强度的树脂凝胶。考察了交联剂用量、引发剂用量,木质纤维素用量及单体配比对共聚物性能的影响,合适的接枝共聚反应条件为：木质纤维素用量3．0％,AA与AM质量比0．75：1．25（单体质量占体系总质量的30％）,引发剂和交联剂用量分别为0．25％和0．15％。