抗高温耐盐增黏剂及其无固相钻井液体系研究

选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、单体X为主要单体,合成出钻井液用抗高温耐盐增黏剂BDV-200S。研究了BDV-200S的分子结构、分子量及其分布、耐热性能,通过高温流变性能测试、高温老化黏度保留率性能测试、高温老化浆体悬浮重晶石实验和井底动态循环模拟实验等测试方法,表征了增黏剂BDV-200S的抗温性能及热稳定性能,并考察了120℃、150℃、180℃等不同温度下其与同类产品在无固相钻井液中的应用性能。结果表明,BDV-200S为目标聚合物;重均分子量近200万且分布集中;抗温能力良好,180℃高温老化16 h后黏度保留率大于45%,且浆体颜色仍呈乳白色,无大量重晶石沉淀,高温悬浮能力较好;经过180℃井下4个循环周模拟实验后黏度保留率大于50%;抗盐性能较好,随着盐含量增加至饱和,增黏剂在盐水中的黏度保留率保持为25%;在中高温及高温无固相钻井液体系中应用良好,经180℃老化后黏切性能保持率较高,常温中压滤失量为5.0 mL,150℃高温高压滤失量为19 mL,性能优于国内外同类产品。      

低固相超高温水基钻井液研究及应用

冀东油田南堡构造深部潜山储层温度高、压力低、裂缝发育,为满足保护储层和井下携岩的需要,基于开发的聚合物增黏剂SDKP以及对抗高温降滤失剂、油溶性封堵剂、润滑剂、高温保护剂和防水锁剂的优选,优化出一套低膨润土低固相超高温水基钻井液。室内评价结果表明,1%SDKP溶液在165℃老化16h后,表观黏度保持率仍可达20%,表明SDKP的耐温性能好;SD-101和SD-201复配可显著降低1.0%膨润土基浆的滤失量,油溶性封堵剂HQ-10可显著降低高温高压滤失量;该钻井液抗温达235℃,在200℃下的塑性黏度达到15mPa·s,满足携岩需要,抗污染能力强,能抗10%NaCl、2%CaCl_2、10%劣质土污染,抑制性好,膨胀率降低率达78%,页岩回收率从8.24%提高到84.45%,储层损害小。在探井南堡3-82井五开井眼的现场应用表明,该钻井液在220℃井底温度下的流变参数基本稳定,API滤失量不变,携岩性好,顺利钻达井深6037m完钻,自喷求产,产液量为43.20 m~3/d。证明该钻井液可满足现场高温低压储层的钻井需要。     

环保型聚合物钻井液抗温增效剂的研制与性能评价*

针对当前聚合物钻井液处理剂抗温性能较差,无法满足深层、超深层高温钻井要求,以及环保对部分磺化材料的使用受限等问题,以N,N-二甲基胺、草酸、CA催化剂为单体,通过优化合成单体配比、反应温度和时间,利用溶液聚合方法制备了抗温增效剂HAS,评价了HAS在包被剂聚丙烯酰胺钾盐KPAM、抗高温聚合物增黏降滤失剂driscal-D、抗温抗盐增黏剂BDV-200S等10余种聚合物溶液、低黏羧甲基纤维素钠盐LV-CMC膨润土钻井液、聚合物氯化钾钻井液体系中的抗温增效性能,并采用生物发光细菌法检测了HAS的生物毒性。研究结果表明,N,N-二甲基胺、草酸、CA催化剂摩尔比1∶3∶2、反应温度70℃、反应时间8 h的条件下制备的HAS产率最高,达98%。抗温增效剂HAS对大部分聚合物溶液具有明显的抗温增效作用,能将BDV-200S聚合物的抗温能力由180℃提高到220℃以上,将LV-CMC膨润土钻井液的抗温能力由80℃提高至150℃,聚合物氯化钾钻井液体系的抗温能力可达150℃。加入HAS后钻井液的流变性能稳定、黏度保留率高,与老化前相当,API滤失量降低了50%以上,抑制性能大幅度提高。该增效剂经过生物发光细菌法测定EC(50)为2.76×10~5mg/L,无生物毒性。表8参10。     

抗高温无黏土相钻井液体系研究与性能评价

为了使钻井液摆脱对黏土的依赖,较好地保护油气储层和提高钻井速度,通过引入磺酸基团和阳离子单体,合成了增黏降滤失剂SSDP;对增黏剂、降滤失剂、润滑剂和防塌抑制剂进行优选和复配,研制出了抗高温无黏土相钻井液,并对其进行了性能评价。结果表明:所研制的钻井液具有较好的抗温性能,耐温能力达160℃;具有较好的抗劣土污染能力,抗劣土污染容量限达到10%以上;润滑能力接近油基钻井液水平;岩心渗透率恢复率大于90%,具有较好的储层保护效果。由性能评价结果可以看出,该钻井液较好地解决了以往无黏土相钻井液在高温下聚合物降解造成的黏度下降问题,保证了钻井施工的安全进行,具有较好的经济效益。      

抗高浓度氯化钙水溶性聚合物增黏剂的研制

以黄原胶为主要原料,通过高分子改性手段制备增黏剂IPN-V。室内评价了增黏剂IPN-V 在20% 及40%CaCl2 水溶液中的增黏性能和对CaCl2 无土相钻井液的流型调节能力。结果表明,含增黏剂IPN-V 的CaCl2 水溶液经90～120 ℃老化16 h 后的表观黏度可维持在30 mPa·s 以上;增黏剂IPN-V 能够满足CaCl2 浓度为20% 及40% 的无土相水基钻井液对黏度和切力的要求,抗温可达120 ℃。      

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。      

合成锂皂石用作超高温水基钻井液增黏剂实验研究

针对现有聚合物增黏剂抗温能力不足的问题,无法满足超高温（耐240℃）水基钻井液使用要求,提出采用合成锂皂石作为水基钻井液超高温增黏剂。采用X射线粉晶衍射及热重分析对合成锂皂石进行了结构表征,对其増黏性能、抗温性及抗盐性能等进行了评价,并分析了合成锂皂石抗高温增黏机理。实验结果发现:合成锂皂石H-6具有优良的増黏性能和热稳定性,抗温能力可达240℃,而且抗高温増黏效果优于现有国内外高温增黏剂产品。在4%钠膨润土基浆中加入1% H-6,240℃高温老化16 h前后浆液的表观黏度均为16.5 mPa·s,而加有1%高温增黏剂HE300的钠土基浆经240℃老化16 h后其表观黏度降低率大于92%。研究结果表明,合成锂皂石与其它处理剂配伍性好,适合用作超高温增黏剂,在超高温水基钻井液中具有广阔的应用前景。      

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。      

抗高温无固相弱凝胶钻井液体系研究

抗高温无固相弱凝胶钻井液配方为:海水+0.5%NaOH+0.5%Na2CO3+1%VIS-H+0.5%抗高温稳定剂SPD+3%KCl+1%聚胺UHIB+3%聚合醇JLX-C+3%降滤失剂RS-1+5%酸溶性储层保护剂JQWY,甲酸钠加重至钻井液密度为1.2 g/cm3。性能评价结果表明,钻井液高温稳定性良好;160℃热滚16 h后的低剪切速率黏度为34095 mPa.s(0.3 r/min),悬浮性优异;90℃黏附系数为0.083,滚动回收率为90.28%,防膨率为90.59%,润滑性和抑制性较好。储层保护剂JQWY可大大减小钻井液对储层的损害,中压滤失量降至2.6 mL。裸眼完井时,通过破胶剂JPC-LV易清除滤饼,岩心渗透率恢复值为97.8%,满足了高温水平井油气层开发的需要。图1表4参7     

无固相弱凝胶钻井液配方优化及在塔里木油田的应用

针对无固相弱凝胶钻井液在使用过程中出现的易起泡、抗气侵能力欠佳、滤失量偏大等问题，以表观黏度、起泡率、泡沫半衰期、表面张力、高温高压滤失量、渗透率恢复值等参数为指标，分别评价了现场井浆用水、无机盐加重剂、降滤失剂、增黏剂、弱凝胶结构剂等对钻井液性能的影响。对无固相弱凝胶钻井液配方进行了改进，加入强抑制剂聚乙二醇，使用甲酸钠等有机盐取代氧化钙进行加重。改进配方的高温稳定性提高到150℃，高温高压滤失量降至12mL，0．3r／min超低剪切速率下的黏庋显著增大，并且用天然岩心测得的渗透率恢复值提高了37％。优选出了1种消泡剂——聚硅氟消泡剂，该剂具有很强的抗盐、抗钙能力，抑泡、消泡效果显著。改进的无固相弱凝胶钻井液在TZ826井的应用中取得了明显效果。     

抗高温高密度水基钻井液室内研究

针对深井和超深井钻井工艺技术对钻井液的要求,合成了抗高温不增黏降滤失剂CGW-1、抗盐高温高压降滤失剂CGW-2等处理剂.CGW-1抗温达220℃,黏度低,能避免钻井液高温增稠现象;CGW-2具有良好的抗盐性能.以它们为主处理剂形成了密度为2.5 g/cm3的淡水钻井液及密度为2.3 g/cm3的饱和盐水钻井液.实验结果表明,该抗高温高密度钻井液经过220℃、16 h高温老化后具有良好的流变性,高温高压滤失量小于20 mL;密度为2.5 g/cm3的淡水钻井液具有良好的抗岩屑、黏土、钙污染能力、较强的抑制性和良好的沉降稳定性.     

抗温抗盐无固相微泡沫钻井液研制与现场应用

为降低钻井过程中的储层损害,解决微泡沫钻井液抗温抗盐性能不足、稳泡效果差的问题,合成了微泡沫发泡剂LF-2和稳泡剂HMC-1,优选了增黏剂和降滤失剂,配制了抗温抗盐无固相微泡沫钻井液。室内性能评价表明,该钻井液的岩屑回收率达88.7%,40/80目砂石漏层中30 min漏失量仅1.8 mL,岩心渗透率恢复率88.87%。抗温抗盐无固相微泡沫钻井液在茨120井欠平衡井段的应用结果表明,其性能稳定易调整,平均机械钻速达4.41 m/h,平均井径扩大率仅为3.97%,欠平衡钻进效果明显,全烃值最高100%,并多次点火成功。研究表明,抗温抗盐无固相微泡沫钻井液体系抗温、抗盐能力强,储层保护效果好,具有推广应用价值。      

低黏度效应聚合物降滤失剂的合成与性能评价

为降低降滤失剂对钻井液黏度的影响,采用丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇为主要单体,合成了聚合物降滤失剂GZ-1,用红外光谱对GZ-1 的结构进行了表征,研究了GZ-1 对钻井液流变性能和滤失性能的影响,通过环境扫描电镜分析了GZ-1 对钻井液滤饼微观形貌的影响。结果表明,合成的GZ-1 含有设计的官能团,黏均分子量适中（22.9 万）,1.6% GZ-1 水溶液的黏度仅为7 mPa·s;随着GZ-1 浓度增加,聚合物钻井液的滤失量逐渐降低,钻井液的表观黏度（AV）和塑性黏度（PV）小幅增加,基浆在加入1.6%GZ-1 后的AV 和PV 增幅分别为1.7 和1.5 倍,180℃老化16 h 后的增幅分别为1.1 和2.7 倍;加入重晶石提高聚合物钻井液密度时未出现黏度激增现象;GZ-1 可使钻井液滤饼更为致密,有效抑制黏土颗粒的聚结作用。GZ-1 可抗180℃高温,增黏作用小于常用降滤失剂JT888和SY-3,对钻井液黏度的影响较小。图6 表4 参14     

一种耐高温交联淀粉钻井液降滤失剂的制备与评价

针对常规钻井液降滤失剂耐高温性能不足的缺点,以玉米淀粉为原料,以三偏磷酸钠为交联剂,采用交联反应的方法,合成了一种耐高温的交联淀粉钻井液降滤失剂,并采用六速旋转黏度计、泥浆失水测定仪等设备评价其性能。实验结果表明：采用三偏磷酸钠为交联剂制备的交联淀粉具有良好的耐温性能,当钻井液中交联淀粉质量分数为1.5%时,在160℃的条件下仍具有较好的降滤失性能,API滤失量为11.0 mL,黏度为33.5 mPa·s,与羧甲基淀粉降滤失剂相比,该降滤失剂抗高温效果明显,且不增黏。在西南油田元坝区块某评价井应用结果表明,在150℃条件下有效降低了钻井液的滤失量,同时控制了钻井液黏度,提高了钻井液整体耐温性能,现场应用效果良好。该研究成果对交联淀粉钻井液降滤失剂的制备具有一定的参考价值。     

耐高温增黏型聚合物降滤失剂SLH-1的研究

利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和第三耐温单体,通过水溶液聚合法合成了耐高温增黏型降滤失剂SLH1,其特性黏度可达650mL／g。对SLH-1的结构用红外光谱进行了表征,并对其耐温性和降滤失性进行了室内评价。结果表明,SLH-1具有与合成单体相应的官能团,具有良好的耐温和降滤失能力;O．5％的SLH-1水溶液在240℃老化16h后仍具有3mPa·s的表观黏度;加有SLH-1的基浆在240℃老化16h后中压滤失量仍然可以保持在12mL以内,高温高压滤失量也可以保持在很低的水平;SLH-1可以抗饱和盐水。在高密度淡水钻井液和盐水钻井液中的应用表明,SLH1与其它处理剂的配伍性良好,具有在高温下稳定钻井液的作用,使钻井液在高温老化后仍能保持较低的滤失量和良好的流变性能。     

抗高温饱和盐水无黏土相钻井液室内研究

为满足高温盐层快速钻进和保护储层的需要,通过对增黏剂、交联剂、降滤失剂、润滑剂和防塌抑制剂优选,得到抗高温饱和盐水无黏土相钻井液配方:饱和盐水+0.2%Na₂CO₃+1.2%增黏剂SSDP+0.4%增黏剂DDL+0.4%增黏剂PAM+0.3%四硼酸钠+3%降滤失剂SL-Ⅱ+3%超细碳酸钙+1%润滑剂HL-8+2%防塌剂AP-1。室内性能评价表明,该钻井液抗温性较好,耐温达170℃;密度为1.22 g/cm³;抗劣质土污染能力较好,抗污染容量达10%:极压润滑系数为0.0388,与油基钻井液接近,润滑性能较好;钻屑在钻井液中的回收率高达96.84%,黏土在钻井液中的膨胀率远小于清水,防塌抑制性能较好;岩心渗透率恢复率>90%,储层保护效果较好.     

VIS-3型油基钻井液增黏剂的合成及其流变性能测试

以高级脂肪酸、二乙烯三氨为主要原料、浓H2SO4为催化剂,利用缩合法得到浅黄色片状或颗粒状的增黏剂。测试了增黏剂在三种体系,即5号白油、5号白油+有机土体系以及全油基钻井液体系中的流变性能,考察了增黏剂加量、钻井液密度对全油基钻井液流变性能的影响。全油基钻井液配方为:5号白油、3.0%有机土、2.0%降失水剂A、2.0%降失水剂B、0.5%CaO、3.0%超细重质CaCO3、0~180%重晶石、0.2%润湿剂、0~2.0%自制增黏剂。结果表明,在不同体系中加入1.0%VIS-3型增黏剂后,热滚前后均能较好成胶,体系未出现分层和沉淀。该增黏剂在三种体系中均有较好的增黏效果。当增黏剂的加量由0增至2.0%时,全油基钻井液热滚前的φ3(黏度计3转下的读数)由2增至27,静切力(Gel,Pa)由2/2增至26/27,塑性黏度(PV)由58降至28 mPa·s,动切力(YP)由3.5增至20 Pa,API滤失量由5降至3 mL;150℃热滚16 h后的φ3由2增至21,Gel由4/5增至22/25,PV由59降至24 mPa·s,YP由3.5增至21 Pa,API滤失量由4降至2 mL。当含1.0%VIS-3型增黏剂的全油基钻井液密度由0.9×103增至2.0×103kg/m3时,老化前的φ3由2增至10,Gel由2/3增至10/11;老化后的φ3由2增至7,Gel由2/3增至9/11。钻井液密度增加,增黏剂对全油基钻井液的增黏作用增强。钻井液密度相同时,老化后的φ3和Gel略有降低。钻井液密度对PV和YP的影响没有明显规律,总体影响不大。     

耐温抗盐聚合物微球降滤失剂的制备与性能评价*

为揭示聚合物微球在钻井液中的性能特征,制备具有优良耐温抗盐性能的降滤失剂,以聚乙二醇水溶液为分散介质,丙烯酰胺、丙烯酸、多官能团丙烯酸酯为主要单体,聚丙烯酸为分散稳定剂,采用氧化还原引发体系,通过水分散聚合方法合成了微米级亲水性阴离子型交联聚合物微球。采用粒度分析、扫描电镜等方法表征了聚合物微球的粒径大小及形貌,研究了聚合物微球对钻井液性能的影响。结果表明,制备的聚合物微球为平均粒径小于10μm的球状颗粒材料,能有效降低钻井液滤失量,对钻井液流变性的影响较小,耐温性能优良,其起始分解温度为290.3℃。组成为4%膨润土+3%聚合物微球的钻井液经200℃老化16 h后的滤失量可保持在10.5mL。该聚合物微球降滤失剂具有优良的抗盐抗钙性能,组成为4%膨润土+3%聚合物微球的钻井液在加入NaCl或CaCl_2后的表观黏度、塑性黏度以及动切力变化较小,NaCl加量为2%和CaCl_2加量为1%时的滤失量分别为11.0、14.0 mL,显示出优良的抗盐(钙)污染能力。图3表6参10     

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。      

莺琼盆地抗高温高密度水基钻井液

莺琼盆地地温梯度高,压力系数大,安全密度窗口窄,抗高温高密度钻井液技术是其高温高压地层钻井面临的主要技术难题之一。对该区块现用水基钻井液进行性能分析,通过对钻井液性能进行优化,构建了莺琼盆地高温高压段水基钻井液。该钻井液体系在200℃热滚16 h后的黏度为39 mPa·s,动切力为7 Pa,高温高压（200℃、3 MPa）沉降因子为0.512,高温高压滤失量为8.6 mL,高温高压砂床滤失量为14.4 mL,在4 MPa被CO₂污染后黏度为43 mPa·s,动切力为9 Pa,API滤失量为4.5 mL,高温高压滤失量为13.6 mL。研究结果表明,该体系的流变性、沉降稳定性、高温高压滤失性、封堵性及抗酸性气体CO₂污染性能均优于莺琼盆地现有高温高压段水基钻井液体系。