环保型生物质合成树脂降滤失剂

绿色高性能钻井液已经成为发展趋势,降滤失剂作为核心处理剂,不仅要求其抗温、抗盐和降滤失性能好,还要求其易生物降解。以木质素为原料,经生物降解和化学反应得到生物质合成树脂降滤失剂LDR-501。性能测试结果表明:LDR-501的BOD₅/COD_Cr为0.26,可生物降解;EC₅₀为440 000 mg/L,无毒;浊点盐度为160 g/L,用其处理的基浆在180℃老化16 h后的高温高压滤失量为18.6 mL,抗温、抗盐、降滤失性能好。环保型生物质合成树脂降滤失剂的成功研发,为促进生物质资源在钻井液领域的应用,提高水基钻井液绿色环保性奠定了基础。      

环保型水基钻井液在胜利油田的研究与应用

废弃钻井液一直是钻井工程的主要污染物之一,而研发环保型水基钻井液体系,从源头上控制废弃钻井液环境污染,已成为现阶段实现“绿色钻井、清洁生产”的重要途径。针对胜利油田环保型水基钻井液技术需求,自主研发了基于改性淀粉的抗高温环保降滤失剂HBFR,其在淡水、盐水中均具有良好的降滤失性能,抗温达150℃,形成了环保型水基钻井液系列配套处理剂,构建了综合性能良好的抗高温（150℃）环保型水基钻井液体系（SLHB）。评价结果表明,SLHB体系具有良好的流变、滤失、抑制页岩水化及抗污染性能,高温高压滤失量为10.2 mL,EC₅₀值大于1×105 mg/L,BOD₅/COD_Cr为16.2%,可达到国家污水排放二级标准。SLHB已在胜利油田现场应用10余口井,较好地满足了胜利油田环保钻井液技术需求。      

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。     

抗高温环保型降滤失剂低聚糖接枝物的合成与应用

以淀粉衍生物低聚糖为原料，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮为接枝单体，AIBN为引发剂，利用反相乳液法聚合得到低聚糖接枝物降滤失剂CG-FL。通过FTIR、扫描电镜、热失重分析等手段表征了接枝物结构，检测了低聚糖接枝物的生物毒性EC₅₀、生物降解率及重金属离子含量，通过单剂对比测试、实验室配制环保钻井液对比测试及现场井浆性能测试，评价了低聚糖接枝物的钻井液性能。室内评价结果表明，低聚糖接枝物降滤失剂CG-FL抗温超过180℃，抗盐达15%，分散性和配伍性较好，性能优于对比产品。现场试验应用证明，加入CG-FL后能够降低钻井液滤失量，现场钻井液性能稳定，无起泡或者处理剂碳化现象发生。     

高性能环保水基钻井液的研究与应用

针对高性能水基钻井液体系配方复杂、性能调控难度大、生物毒性与重金属超标等技术难题,采用疏水缔合与接枝复合改性方法,设计、研发了一种基于天然高分子/无机纳米复合材料的环保降滤失剂EFR-1,并对其性能进行评价。结果表明,EFR-1的抗温可达170 ℃,在饱和盐水中API滤失量仅为14.8 mL,生物毒性EC₅₀值为96 500 mg/L,生物降解性BOD₅/COD_Cr为18.56%,较好地解决了降滤失剂抗温、耐盐与环境友好性能相互制约的问题。构建了抗高温为170 ℃的高性能环保水基钻井液体系HPHB,该钻井液的流变、滤失性能稳定,配方组成简单,高温高压滤失量仅为7.8 mL,生物毒性EC₅₀值为56 800 mg/L。目前高性能环保水基钻井液体系HPHB已在胜利油田、新疆准中区块等现场应用20余口井,施工顺利,实验井段的井径扩大率≤5%。在显著提升钻井液工程性能的基础上,实现了绿色无毒,为深层超深层、海洋深水、非常规等复杂油气藏的绿色开发提供了技术支撑。      

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。      

油基钻井液天然岩沥青降滤失剂的环保性能

为了解决环保油基钻井液中低成本降滤失剂环保问题,采用致癌多环芳烃含量和急性生物毒性检测对天然岩沥青降滤失剂进行环保性能评价。结果表明,天然岩沥青降滤失剂中未检出致癌多环芳烃,掺入3%天然岩沥青的白油基钻井液体系污染后的岩屑EC₅₀值为104 751 mg/L,达到环保无毒标准。沥青族组成分析结果表明,天然岩沥青中不含低分子量的饱和分和芳香分,可变形的胶质组分含量为13.83%,其余为刚性的沥青质,所有组成均可参与封堵泥饼空隙,起到降滤失效果。天然岩沥青在油基钻井液体系中150℃高温高压滤失量不大于3.7 mL,200℃高温高压滤失量不大于4.0 mL。天然岩沥青降滤失剂绿色环保、降滤失效果稳定,可用于环保油基钻井液体系。      

基于改性植物多酚的高温高密度环保型水基钻井液

为提高环保型水基钻井液的耐温性能和密度上限,通过对天然多酚类植物提取物进行接枝改性,分别研制了降滤失剂EHT-FL和分散剂EHT-TH,并利用红外光谱对2种合成产物进行了表征。室内性能评价结果表明,降滤失剂EHT-FL和分散剂EHT-TH均具有良好的抗高温性能,且EC₅₀分别达2.38×105 mg/L和4.49×105 mg/L,无生物毒性;EHT-FL加量为2.0%时,淡水基浆在200℃老化后的中压滤失量和高温高压滤失量分别为7.2 mL和23.6 mL;EHT-TH加量为1.0%时,高密度水基钻井液（ρ=2.0 g/cm3）在200℃老化后的表观黏度由106.5 mPa·s降低至66.5 mPa·s,高温增稠现象消失。在降滤失剂EHT-FL和分散剂EHT-TH的基础上,配伍其他环境友好型处理剂,研制出一套抗高温高密度（ρ=2.0 g/cm3）环保型水基钻井液体系。该体系具有合理的流变与滤失性能,抗温达210℃,抗盐侵25%,抗钙侵1%,抗劣质土侵10%,EC₅₀为4.19×104 mg/L,BOD₅/COD_Cr为29.23,重金属含量低于标准值,对环境友好,能满足深井复杂地层钻井的需求。      

抗高温淀粉降滤失剂的合成及其性能

以六甲基二硅氮烷、苯基有机胺、羧甲基淀粉(CMS)、3-氯-2-羟丙基磺酸钠等为主要原料,制备出抗160℃高温的钻井液用淀粉降滤失剂(HTS)。采用FTIR和DT方法分析了HTS的结构及其热稳定性。表征结果显示,CMS结构上引入了苯基阳离子、有机硅官能团及磺酸基团;HTS的热分解温度为232℃。考察了HTS的淡水钻井液性能、抗高温性能以及耐盐性能。实验结果表明,HTS具有良好的抗高温性能,含HTS的淡水钻井液在160℃滚动16 h前后降滤失性能均优良,且钻井液的流变性能变化较小,与传统的改性淀粉降滤失剂相比,抗高温能力提高近40℃;无论在NaCl含量为4%(w)还是8%(w)的盐水钻井液中,HTS的降滤失性能都较好,说明磺酸基因的引入可提高降滤失剂的耐盐性能。     

耐温耐盐淀粉类降滤失剂的改性研究与性能评价

以淀粉（St）为基体,通过引入丙烯酰胺(AM)、2- 丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸（AMPS）,合成了St/AM/AMPS 接枝共聚物,并通过正交实验对其合成条件进行了优化,然后在此基础上引入阳离子单体丙烯酰氧基三甲基氯化铵（DAC）,合成出了一种环保性能好的抗高温抗盐两性离子降滤失剂。通过红外光谱对其结构进行了表征,考察了其降滤失效果并分析了其作用机理。结果表明,加有1% 该两性离子改性淀粉降滤失剂的淡水钻井液在150 ℃老化前后的滤失量分别为7.9 mL 和10.9 mL,在160 ℃老化后的滤失量为12 mL;盐水钻井液老化前后的降滤失效果比较好,但是饱和盐水钻井液老化前后的降滤失效果有待改善;180 ℃、3.5 MPa 下的高温高压滤失量为22 mL ;具有较好的抗盐性和抗高温稳定性。      

耐温抗盐微纳米环保降滤失剂的性能

针对国内环保型抗高温抗盐降滤失剂种类较少,分子结构过于单一的现状,以1-溴代十二烷为引发剂,对羟乙基纤维素进行改性,使其与纳米碳酸钙接枝共聚,使接枝共聚物大分子链间产生分子内或分子间的缔合作用,形成了不同形态的超分子网络结构,并与纳米颗粒相互作用形成稳定结构以增强其相关性能,合成了一种新型的耐温抗盐的微纳米环保型降滤失剂MND-1。该降滤失剂体积小,比表面积大,表面活性羟基多,可形成以氢键和范德华力连接的空间网架结构,这种空间结构的强度有限,在高剪切作用下容易被破坏,溶液的黏度下降,当剪切速率降低后,大分子间的缔合作用形成的交联网络结构重新形成,黏度恢复,空间网架结构的破坏和恢复形成了动态平衡,体现了优异的剪切稀释性,可有效封堵滤饼和微纳米空隙,起到降滤失作用。通过对MND-1性能评价结果得出,MND-1有优异的降滤失作用,在淡水、盐水、饱和盐水中降滤失性能良好,在180℃、16 h下的饱和盐水基浆中的API滤失量仅为6.8 mL,易生物降解,EC₅₀为4.3×104mg/L,环保性能良好,可用于高温高盐且对环保性要求较高的地层。      

环保型水基钻井液在胜利油田的研究与应用

废弃钻井液一直是钻井工程的主要污染物之一,而研发环保型水基钻井液体系,从源头上控制废弃钻井液环境污染,已成为现阶段实现“绿色钻井、清洁生产”的重要途径。针对胜利油田环保型水基钻井液技术需求,自主研发了基于改性淀粉的抗高温环保降滤失剂HBFR,其在淡水、盐水中均具有良好的降滤失性能,抗温达150℃,形成了环保型水基钻井液系列配套处理剂,构建了综合性能良好的抗高温（150℃）环保型水基钻井液体系（SLHB）。评价结果表明,SLHB体系具有良好的流变、滤失、抑制页岩水化及抗污染性能,高温高压滤失量为10.2 mL,EC50值大于1×105 mg/L,BOD5/CODCr为16.2%,可达到国家污水排放二级标准。SLHB已在胜利油田现场应用10余口井,较好地满足了胜利油田环保钻井液技术需求。     

油基钻井液天然岩沥青降滤失剂的环保性能

为了解决环保油基钻井液中低成本降滤失剂环保问题,采用致癌多环芳烃含量和急性生物毒性检测对天然岩沥青降滤失剂进行环保性能评价。结果表明,天然岩沥青降滤失剂中未检出致癌多环芳烃,掺入3%天然岩沥青的白油基钻井液体系污染后的岩屑EC50值为104 751 mg/L,达到环保无毒标准。沥青族组成分析结果表明,天然岩沥青中不含低分子量的饱和分和芳香分,可变形的胶质组分含量为13.83%,其余为刚性的沥青质,所有组成均可参与封堵泥饼空隙,起到降滤失效果。天然岩沥青在油基钻井液体系中150℃高温高压滤失量不大于3.7 mL,200℃高温高压滤失量不大于4.0 mL。天然岩沥青降滤失剂绿色环保、降滤失效果稳定,可用于环保油基钻井液体系。     

钻井液用淀粉微球降滤失剂的制备及性能评价

针对常规的淀粉类处理剂抗温能力不足的缺点,以可溶性淀粉为原料,N-羟基琥珀亚酰胺（NHC）为交联剂,采用乳液聚合方法,合成了一种环保型淀粉微球。采用傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、热重分析仪、Nanobrook粒度-Zeta电位测试仪等对其进行表征。实验分别评价了,其在淡水基浆、盐水基浆和氯化钙基浆中的降滤失性能,并考察其抗温能力。实验表明,新研制的淀粉微球颗粒大小较均匀,呈圆球状,粒径约为50 nm,热稳定性好;150℃热滚后,加入1%淀粉微球,可分别使4%膨润土基浆、10%盐水基浆、1% CaCl₂基浆的API滤失量分别下降70%、55%和60%。且对钻井液流变性影响较小,在降滤失能力、抗温和抗盐方面均优于常规的淀粉类降滤失剂。      

一袋化多功能钻井液的研究与应用

采用分散聚合工艺合成了一种新型环保多功能添加剂PF-MFA,其同时兼具增黏提切、包被抑制、滤失控制等多种功能;以其作为唯一核心添加剂,搭配海水基液和加重剂,研发了一套新型一袋化钻井液体系。该钻井液组成简单、性能高效,当PF-MFA加量为1%时,80℃热滚后体系仍具有较高的黏度、切力和较强的抑制性,API滤失量控制在6.5mL以下,而且抗盐抗钙抗污染能力突出,可抗20% NaCl或15%的污染土,抗钙可达2% CaCl₂,另外,体系具有环保可降解的特点。该一袋化钻井液体系在渤海蓬莱PL19-3油田V40井进行了应用并取得了成功,现场应用表明,新型一袋化钻井液体系材料用量少,性能稳定,配制维护简单,能够满足地层相对简单的生产井和调整井钻井作业。      

一种环保型抗高温钻井液技术

随着中国对环境保护要求力度的加大,传统的磺化类、矿物油类材料使用受限,同时勘探开发向着更深发展,完钻井深不断增加,温度越来越高,目前国内环保钻井液仅能抗温达180℃,难以满足环境敏感区域深井施工要求。因此,研制合成了新型环保抗高温增黏剂BZ-ZNJ、环保抗高温降滤失剂BZ-KGJ等处理剂材料,复配其他环保处理剂,最终形成了一种环保抗高温钻井液体系。该体系抗温达到230℃,在230℃下流变性能可控,黏度切力满足施工要求,抗盐达到饱和,抗钙达到1.5%,抗黏土侵10%,钻井液的EC₅₀大于30 000 mg/L,属于无毒,金属离子含量均低于标准值,满足环境保护要求。该体系具有较好的应用前景。