抗高温抗高钙降滤失剂DF-1 的研制与评价

为解决高钙污染下水基钻井液的稳定性及滤失性难调控问题,利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)单体合成了抗高温抗高钙降滤失剂DF-1。最佳合成条件为:AMPS、DMDAAC、AM质量比4.1∶2.9∶3.0,引发剂过硫酸铵加量0.3%,p H值=7,反应温度40℃,反应时间3h。室内评价结果表明,150℃老化16 h及40000 mg/L Ca2+污染下,添加DF-1基浆体系的表观黏度为9 m Pa·s,滤失量为16 m L,而未老化空白基浆的值分别为7.5 m Pa·s和30 m L,基浆体系的流变性和滤失性基本不受影响。采用红外光谱(IR)、TGA热重分析、滤饼扫描电镜(SEM)以及元素能谱(EDS)分析DF-1的微观作用机理。DF-1分子结构中含—CONH2和阳离子胺基,有助于其通过氢键和静电吸附在黏土表面有效吸附。分子链段热稳定性好,在300℃开始分解。Ca2+污染后,添加DF-1前后滤饼中Ca2+的相对含量分别为15.96%和3.77%;DF-1能有效阻止Ca2+在黏土表面离子交换吸附,从而阻止黏土颗粒聚并,有效形成致密滤饼。     

AM、AMPS、NVP、APEG四元共聚物降滤失剂的合成

采用丙烯酰胺、2—丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、N—乙烯基吡咯烷酮为主要单体,合成出具有一定抗温抗盐钙性能的四元共聚物降滤失剂。对合成的共聚物进行性能评价可知,经过180℃高温老化后的API滤失量为8.2 mL。该降滤失剂的加入对钻井液的流变性影响不大,确定最优加量为0.8%。AM/AMPS/NVP/APEG四元共聚物降滤失剂具有良好的抗盐钙能力,当NaCl浓度为20%,CaCl2的浓度为1%时,未出现恶性漏失的情况,且滤失量控制在合适的范围内。     

水基钻井液用抗高温降滤失剂的合成与性能评价

钻井液用降滤失剂在高温、盐水等复杂环境下失效是深井、超深井钻探开发过程中遇到的突出问题。采用丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为原料,合成了水基钻井液用抗高温降滤失剂JLS200,并对其进行了红外光谱和热重分析,评价了其在钻井液中的性能。结果表明,所合成的抗高温降滤失剂热稳定性好,抗温达200℃,抗盐至饱和;在KCl钻井液中具有良好的配伍性,滤失量低、流变性好,加入1% JLS200后,200℃老化后的API滤失量由12 mL降至3.2 mL,高温高压滤失量由54 mL降至15 mL,高温老化前后钻井液黏度和切力变化不大。该钻井液用降滤失剂具有较好的应用前景。      

含笼状纳米粒子复合降滤失剂的制备与性能

以笼状低聚倍半硅氧烷（POSS）为有机/无机杂化组分,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2 甲基丙磺酸 （AMPS）、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵为反应单体,通过乳液聚合法制备了一种有机/无机复合降滤失剂 PAAD,并分析了PAAD在高温高钙环境下对膨润土基浆流变性和滤失性的影响。研究表明,降滤失剂PAAD结 构中POSS与聚合物基质相容性好,在水溶液中可形成交联网状结构,热分解温度超过300 ℃,200 ℃下其水溶 液仍具有较高黏度。PAAD在膨润土基浆中具有增黏降滤失作用,在10% CaCl₂含量下,2.0% PAAD可使膨润土 基浆在150 ℃下老化16 h 后的滤失量由150 mL降低至15.4 mL,且形成了致密滤饼。微观分析表明PAAD屏蔽 了高温高钙对膨润土颗粒的不利影响,有效维持膨润土颗粒的分散稳定性。POSS粒子研究前景广阔,未来可进 一步探究改性POSS粒子对聚合物抗高温性能的影响。     

控流管路中降滤失剂的合成与性能研究

针对高压喷射钻井时,传统阴离子降滤失剂不能克服水眼黏度的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和丙烯酸钾（AA）为原料,在控流管路中共聚得到钻井液降滤失剂AMPS/AM/AA,确定AM与AMPS、AA与AMPS之间的最优投料比为7:6:1,总单体浓度为17%。考察了共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液和饱和盐水钻井液中的降滤失及流变性能。结果表明:在控流管路中合成的聚合物黏度低于同条件下釜式反应中合成的,解决了传统阴离子降滤失剂使水眼黏度过高的问题;AMPS/AM/AA能使高矿化度水基钻井液的滤失量降低94%,在淡水基浆、盐水基浆和饱和盐水基浆中,共聚物均表现出较强的降滤失性能和较弱的增黏性能;热稳定性分析及高温老化评价表明,AMPS/AM/AA可抗330℃的高温,满足现场对高温钻井液的要求。      

抗高温抗盐降滤失剂 HRF的研制及应用

为改善目前深井、 超深井钻井过程中高温、 高压条件下水基钻井液的高温稳定性和高温高压滤失性, 优选了聚合单体 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 （AMPS）、 丙烯酰胺 （AM）、 丙烯酸 （AA）、 N-乙烯基吡咯烷酮 （NVP） 和二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）, 利用氧化-还原引发体系进行水溶液聚合, 合成了一种抗高温抗盐降滤失剂HRF。通过测试降滤失性能确定最佳的合成条件为： AMPS、 AM、 AA、 NVP、 :DMDAAC摩尔比 35∶35∶10∶10∶10,引发剂加量 0.15%, 反应温度 50℃, 单体质量分数 30%。降滤失剂 HRF抗温最高达 230℃, 抗盐至饱和, 抗 CaCl₂/MgCl₂可达 2%, 性能优于国外公司同类产品 Driscal D和 Dristemp。降滤失剂 HRF成功在元坝 10-1H井进行了现场应用, 有效控制了井浆的 HTHP失水, 提高了井浆整体的抗温性能, 改善了井浆的流变性, 防止了高温减稠情况的发生, 取得了良好的应用效果。图6表6参12     

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。     

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。      

耐温抗高钙盐降滤失剂的合成及其性能评价

以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体,引入纳米二氧化硅(nano-SiO2)合成了钻井液降滤失剂P(AM-AMPS-AA-DMDAAC)/nano-SiO2(简称LX-2);利用FTIR和TG等方法分析了LX-2的结构及热稳定性,并考察了LX-2的降滤失性能和耐温、抗盐、抗钙性能。实验结果表明,LX-2具有良好的降滤失能力,单独以LX-2为降滤失剂时,钻井液中LX-2的含量为0.75%(w)较适宜。LX-2的耐温性能良好,其高温抗盐和高温抗钙性能明显优于其他降滤失剂。LX-2与其他处理剂的复配性能良好,复配降滤失剂可有效提高钻井液的降滤失性能、抗盐性能和耐温性能。     

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%。     

一种新型抗高温降滤失剂的研究和应用

通过将4-乙烯基吡啶（VP）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N-乙烯基己内酰胺（NVCL）以过硫酸铵和亚硫酸氢钠作为氧化还原体系进行自由基共聚反应,合成了抗温达260℃的一种新型降滤失剂（PDANV）。通过设计正交实验确定了最优合成条件为:n_DMAA:n_AMPS:n_NVCL:n_VP=6:2:1:1,反应温度为60℃,反应时间为2 h,引发剂质量分数为单体总质量（20%）的0.5%,并利用傅里叶红外光谱（FT-IR）和核磁共振光谱（1H NMR）进一步确定了产物的分子结构。热重分析（TGA）显示PDANV热分解温度在301℃以后,表明其具有良好的热稳定性。同时,将PDANV应用于水基钻井液中,进一步评价其对水基钻井液流变和滤失性能的影响。结果显示,当PDANV加量为2.0%时,水基钻井液的滤失量仅为4.4 mL,260℃老化后滤失量为6.0 mL,高温高压滤失量为24 mL（150℃）,同时抗盐至饱和,抗钙20000 mg/L。此外,通过对黏土的粒径分析、SEM分析和Zeta电位分析以及不同浓度的PDANV对黏土颗粒的吸附量的测量,进一步揭示了PDANV在水基钻井液中的降滤失机理。      

抗高温耐盐钙五元共聚物降滤失剂的合成与性能

针对深部地层钻井过程中遇到的高温、高矿化度等问题,以AM、AMPS、DMDAAC、DMAM、SAS为聚合单体,采用氧化-还原引发体系进行水溶液共聚,合成了一种五元共聚物降滤失剂。通过优化实验确定最佳合成条件,采用红外光谱和热重分析进行表征,并评价其在钻井液基浆中的性能。实验结果表明,合成的五元共聚物抗温达180℃、抗盐至饱和、抗钙达1.25%;五元共聚物加量为2%时,淡水、饱和盐水及含1.25% CaCl₂的基浆经180℃老化16 h后的滤失量分别为6.4、15.6和7.2 mL,均为加2% Driscal的不同基浆滤失量的50%左右。      

基于季戊四醇的超支化降滤失剂的合成及性能评价

针对现有的降滤失剂在使用过程中存在对钻井液流变性影响大、抗温和抗盐能力不足的问题,以季戊四醇为核心结构的多烯基单体四烯丙基醚（PPTE）,与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、丙烯酰胺（AM）为原料,通过自由基聚合反应合成一种基于季戊四醇的超支化降滤失剂PPAAN-1。在正交实验的基础上,进一步考虑四烯丙基醚加量对降滤失剂的表观黏度的影响,最终确认了降滤失剂PPAAN-1的最佳合成条件:PPTE加量为17%、AMPS∶AM∶NVP=2∶6∶1、反应温度为55 ℃、引发剂（AIBN）为0.2%。在室内评价其降滤失效果、流变性能、热稳定性能以及其对滤饼质量的影响。实验结果表明,与国外降滤失剂Driscal D和DrisTemp相比,降滤失剂PPAAN-1对钻井液流变性能影响小,同时拥有良好的热稳定性能以及降滤失效果,其热降解温度高达302.29 ℃,在30%氯化钠盐水浆（1%PPAAN-1）中的API滤失量（220 ℃老化后）为9.8 mL、高温高压滤失量（150 ℃）为18.5 mL;在高温高矿化度的条件下降滤失剂PPAAN-1可形成网状结构,并吸附在黏土表面,提高钻井液中黏土颗粒粒径的分布范围,从而形成致密的泥饼,以达到降滤失的目的。      

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。      

抗高温超分子降滤失剂的合成及性能评价

针对深井、超深井高温钻井过程中钻井液处理剂耐温能力不足、滤失造壁性能差等问题,以超分子聚合物的聚合理论为基础,以AMPS、AM与N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为单体,合成了一种三元共聚物降滤失剂。通过优化实验确定了最佳合成条件:单体物质的量比AM︰AMPS︰NVP=6︰3︰1,引发剂含量为0.2%,单体总含量为15%,反应温度为50℃,反应时间为4 h。采用红外、热重、TEM对合成产物进行了结构分析,结果表明合成的超分子降滤失剂是由具有特殊功能基团的单体通过自由基聚合而成的,侧链的功能基团通过氢键、亲疏水性、离子键等协同作用形成空间的有序网络结构。这种非共价键的网络结构外界条件变化时,能够迅速改变结构以适应外界条件的变化。此外,分子间强的分子间作用力使超分子降滤失剂具有快速适应环境变化的能力,表现出好的抗温、抗盐和抗钙性。在4%淡水基浆中考察了合成降滤失剂的降滤失性能,合成降滤失剂的抗温性明显优于PAC-LV,抗温高达180℃。      

抗高温高钙梳型降滤失剂的制备与应用

选择几种不同的单体,按照一定配比,优选最佳方案合成梳型聚合物降滤失剂WA-1,并通过对比实验对其进行性能评价。选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）为单体,合成质量配比AMPS∶DMDAAC∶NVP∶DMAA=5∶3∶1∶1,总单体浓度19.8%,加0.2%过硫酸钾作为引发剂,反应温度为60 ℃,反应时间共5 h,pH值为7。性能评价结果表明,WA-1可抗温180 ℃,具有良好的流变性和降滤失性,抗钙性能良好;含2%CaCl₂的基浆中加2%WA-1,在180 ℃老化16 h后,中压滤失量为11.2 mL,降滤失效果优于线性聚合物。对WA-1进行红外光谱表征、热重量分析、钻井液Zeta电位和粒径分布分析,结果表明,WA-1作为梳型聚合物降滤失剂,能够抗高温高钙,提高钻井液的稳定性,具备独特的性能优势。      

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。