降滤失剂作用机理研究——新型降滤失剂的研制

总结了降滤失剂的主要作用机理。探讨了丙烯类共聚物和CMC类降滤失剂作用机理和改进原理。通过引入羧酸钙盐并与大分子钙盐复配改进了HPAN类,研制出新型降滤失剂S-1。对CMC类进行了氰乙基化改性。实验结果表明,S-1具有较好的降滤失效果,S-1及改性CMC的耐温性、耐盐和耐Ca~(2 )、Mg~(2 )能力均得到了提高。证实了降滤失剂作用机理的研究结论是确实可信的。     

钻井液用超高温抗盐聚合物降滤失剂的研制与评价

针对当前国内外超高温水基钻井液高温稳定性及滤失性调控技术难题,基于分子结构优化设计、聚合单体优选,通过优化合成条件研制了抗高温(240℃)抗盐聚合物降滤失剂HTP-1。HTP-1的最优合成条件为:pH=7.0、单体配比DEAM∶AMPS∶NVP∶DMDACC=6∶3∶3∶1、引发剂0.1%、反应温度60℃、反应时间4 h。热重分析表明,HTP-1的热稳定性很强,发生热分解的初始温度达320℃以上。HTP-1的抗盐能力大于267 g/L,抗钙能力大于5 g/L,与国外抗温聚合物Driscal相当,优于国内钻井液用金属离子增黏降滤失剂PMHA-Ⅱ。HTP-1在淡水基浆、淡水加重基浆、饱和盐水基浆和复合盐水基浆中均具有优异的抗高温(240℃)降滤失作用,优于国外Driscal(抗240℃)和国内PMHA-Ⅱ(抗220℃)。分析了HTP-1的抗温、抗盐抗钙和降滤失作用机理。图6表5参5     

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     

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。     

降滤失剂 PSA-1 的研究与应用

丙烯酸类聚合物钻井液处理剂吸附基团和水化基团稳定性差,在高矿化度条件下使用受到多方面的限制。研制出一种新型降滤失剂 PSA-1,该剂是 AMPS／AM／AA三元共聚体的聚合物。经室内评价和现场应用表明,PSA-1降滤失剂热稳定性好,抗盐及抗高价金属离子污染能力强,是一种具有推广应用价值的钻井液处理剂。     

耐温抗盐聚合物降滤失剂CPF的研究及应用

本文根据四川地层特点，针对聚合物钻井液在高温高压井段及盐类污染下，滤失量大，滤饼质量差等问题，研究了抗温抗盐性聚合物滤失剂ＣＰＦ。室内研究表明，ＣＰＦ在１８０℃的淡水钻井液中，或在１５０℃的含盐钻井液中，均能有效的降低滤失量，且热稳定性好，在四川、吐哈等油气田应用，取得了良好的效果。     

高温抗盐降滤失剂SHR的研究与应用

采用酰胺生物与不同来源褐煤接枝合成了降滤失剂ＳＨＲ。进行了室内评价和现场应用试验。结果表明,ＳＨＲ具有很好的抗温、抗盐及抗钙性能,在降滤失的同时还具有很好的防塌润滑及降粘改善流变性等多种功能。     

降滤失剂作用机理研究——对不同类型降滤失剂的分析

在滤饼电性质、滤饼渗透率、滤液粘度、电镜分析和粒度分布等方面研究结果的基础上,论述了非离子、阴离子型降滤失剂的作用机制。分析了不同类型降滤失剂性能差异的根本原因,即分子结构的不同导致了降滤失剂效果的不同,包括含有极性基的数量和种类、分子量、分子结构以及空间位阻。非离子型降滤失剂主要通过全方位堵塞滤饼毛细孔发挥作用;阴离子型降滤失剂则是通过增加滤饼负电荷密度,缩小毛细孔孔径来达到降滤失目的;非离子型降滤失剂没有分散作用,而阴离子型降滤失剂则有一定的分散作用;但降滤失剂都有良好的护胶作用。     

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℃。      

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。      

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     

两性离子聚合物降滤失剂PMADA的制备

以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、马采酐(MA)、丙烯酰胺(AM)为单体,氧化还原体系为引发剂,利用水溶液聚合法合成了两性离子聚合物降滤失剂PMADA.用单因素法考察了反应温度、引发剂质量分数、单体摩尔比及单体总质量分数对产品降滤失性能的影响,并采用红外光谱法表征了产品的分子结构,确定了最佳反应条件:反应温度60℃,引发剂质量分数0.2%,n(AM):n(AMPs):n(DMDAAC):n(MA)=10:2:1:3,单体总质量分数25%.     

耐温抗盐聚合物降滤失剂的合成与评价

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体,过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂,采用水溶液聚合的方法制备了一种抗温抗盐聚合物降滤失剂;考察了单体质量配比、引发剂用量、溶液p H、单体用量和反应温度对合成的降滤失剂性能的影响;测定了降滤失剂的相对分子质量,对其进行了红外光谱分析和热重分析,考察了降滤失剂对基浆性能的影响。实验结果表明,合成水溶液聚合降滤失剂适宜的条件为:AM,AMPS,IA,DMDAAC,NVP的质量比为4.8∶2.5∶1.2∶0.5∶1.0,引发剂用量为单体水溶液总质量的0.5%,p H为6,单体用量为单体水溶液总质量的25%,反应温度为60℃;此条件下得降滤失剂的黏均相对分子质量为12×104;降滤失剂在饱和盐水基浆中的加量为3%时,滤失量降至4.4 m L,180℃下老化24 h后滤失量为8 m L。     

两性离子聚合物降黏剂的制备与性能评价

为降低制备两性离子聚合物降黏剂时常用链转移剂的危害,以丙烯酸（AA）、2-丙烯酰氨-2-甲基丙磺酸（AMPS）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）为单体,基于水溶液爆聚法工艺,采用绿色环保的二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）代替常用巯基化合物链转移剂,合成了低分子量两性离子聚合物钻井液用降黏剂。以在室温下的降黏率为考核指标,优化了降黏剂的制备条件,并评价了其降黏性能。结果表明,降黏剂的最优合成条件为：TMTD加量0.75%、氧化-还原引发剂加量占单体总质量的3%、NaOH加量为AA与AMPS总物质的量的50%、AA加量为44%、AMPS加量为5.5%、DMC加量为4.5%。在此条件下,制备的两性离子聚合物降黏剂的数均分子量为914 g/mol,其在淡水基浆中的降黏率为91.53%,且具有良好的抗温性能,可以满足180℃的抗温要求。该制备方法降低了低分子量两性离子降黏剂合成工艺对环境的污染。     

HFT高温封堵性降滤失剂的研制与评价

研制出一种HFT高温封堵性降滤失剂,高温时封堵性好,低温时分散性好。通过室内和现场试验评价了几种高温封堵性降滤失剂的封堵效果,结果表明,HFT降滤失剂封堵效果最为理想。     

钻井液用两性离子聚合物降滤失剂的研究

以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）和顺丁烯二酸酐（MA）为单体,采用水溶液聚合方法,以过硫酸铵／亚硫酸氢钠为引发剂, 合成了两性离子聚合物降滤失剂PA—1。PA－1的最佳合成方案为：反应温度60％,单体质量配比为AM：AMPS：DMDAAC：MA=50：30：10：10,引发剂浓度0．3％（质量分数）,单体总浓度30％（质量分数）,反应时间3h。在淡水、盐水、饱和盐水和含钙盐水基浆中对降滤失剂PA－1进行了室内评价,结果表明PA－1热稳定性好,降滤失能力和抗温能力强。图7表1参4     

PFL系列超高温聚合物降滤失剂在徐闻X3井的应用

PFL系列聚合物降滤失剂具有黏度低、耐温抗盐降滤失效果显著等特点。质量分数为1%的PFL-L、PFL-H水溶液的表观黏度分别为12 mPa.s和26 mPa.s。在240℃滚动老化16 h情况下,加有5%PFL-L的盐水泥浆(4%膨润土浆+36%NaCl)的滤失量由226 mL(空白样)降至32 mL;加有4%PFL-H的盐水泥浆的滤失量由226mL(空白样)降至8.2 mL;加有1.5%PFL-H的淡水泥浆(4%膨润土浆)的滤失量为由100 mL(空白样)降为9.6 mL。以PFL系列超高温聚合物降滤失剂为主,结合磺化类降滤失剂、抑制剂、防塌剂、稀释剂,形成了抗200℃强抑制盐水及淡水钻井液体系。现场应用表明,PFL系列超高温聚合物降滤失剂抗高温能力强,降滤失效果显著,确保井深5974 m、电测温度为211℃的徐闻X3井顺利钻至井深6010 m。表5参4     

水基钻井液降滤失剂HRS的制备与性能研究

淀粉与丙烯酰胺在硫酸铈铵/过硫酸钾氧化还原引发剂作用下反应得到淀粉丙烯酰胺接枝物,再添加一种抗氧剂复配制备了水基钻井液降滤失剂HRS,研究了HRS在盐水浆中不同温度下的滤失性能、抗钙、抗镁能力及产品的生物毒性和生物降解性。研究结果表明:产品在150℃使用环境中抗盐至饱和,抗Ca²⁺至2300 mg/L,抗Mg²⁺900 mg/L。此外,HRS低毒易降解。