梳型聚合物降滤失剂的合成及其在深井盐水钻井液中的应用

针对当前抗温抗盐聚合物降滤失剂在高浓度盐、二价盐存在下降滤失性能不够好的问题,以烯丙基聚氧乙烯醚400、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,采用水溶液聚合法合成得到无色透明黏稠的液体梳型聚合物降滤失剂DMP-1,其有效含量为30%。对其进行结构表征表明,大分子单体APEG400与单体AMPS、AM参与了反应,形成了梳型聚合物,且聚合反应进行完全。热重分析表明,该聚合物热分解温度为310℃。与常见抗温抗盐聚合物降滤失剂DSP-2、Driscal D、PAMS601进行的对比评价结果表明,该降滤失剂水溶液180℃高温老化后黏度降低率小于42.0%,抗温达200℃,抗盐达饱和,抗氯化钙达3%,与DSP-2等常见抗温抗盐聚合物降滤失剂相比,其抗饱和盐、抗钙离子的效果更加显著。在涪陵地区泰来201井和永兴1井三开盐膏层段及四开高温井段钻进中的应用表明,在高温、含盐、含Ca2+情况下降滤失效果显著,降低了盐水/钙处理钻井液的API滤失量和高温高压滤失量,保证了安全施工,在深井、饱和盐水/钙盐钻井液中具有良好的应用效果。      

腈硅聚合物钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以2-丙烯酸胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯腈(AN)、丙烯酸(AA)和硅烷偶联剂为主要原材料,利用正交实验设计,合成出了一种新型抗温耐盐钻井液降滤失剂——腈硅聚合物降滤失剂SO-1.实验考察了加有SO-1的淡水钻井液和饱和盐水钻井液高温老化前后的中压滤失量和流变性能,同时分析了该剂的作用机理.实验结果表明,SO-1在淡水钻井液和饱和盐水钻井液中均具有优异的抗高温降滤失作用,抗温达240℃,抗盐至饱和,优于国内外同类聚合物产品,在深井超深井中有很好的推广应用前景.     

钻井液用抗盐降滤失剂MPA-99的研究与应用

以丙烯酰胺、丙烯酸、2—丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸等为主要原料，采用正交试验方法，通过优选共聚物的最佳原料配氏，并在大分子中引入羧钙基、磺酸基等多种官能团，合成了一种抗温、抗盐、抗钙镁离子污染的新型钻井液用聚合物降滤失剂MPA—99。该降滤失剂为淡黄色粉末，在饱和盐水、复合盐水和高钙镁离子钻井液中均具有较强的降滤失效果，并且抗温能力强，是一种综合性能较好的抗盐降滤失剂。室内评价和现场应用表明，聚合物降滤失剂MPA—99在淡水、复合盐水、饱和盐水钻井液中均具有良好的降滤失能力，并且与常规处理剂配伍性好；MPA—99具有较强的抗温、抗钙镁污染能力，钻井液性能稳定，既使在钻穿盐层时，钻井液性能变化也很小，满足了钻井施工的需求。MPA—99生产工艺简单，具有推广应用价值。     

一种抗盐耐温降滤失剂的室内研究

通过对聚合物降滤失剂作用机理以及抗盐机理的分析,确定了高效钻井液用降滤失剂的合成方向,在丙烯类聚合物中引入羧钙基、在聚合中引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠单体,同时引入可聚合的具有表面活性的大分子基团,研究了聚合物合成的最佳单体配比及反应条件,合成了一种钻井液用抗盐耐温降滤失剂。性能评价结果表明,该降滤失剂用量为0.5%时,饱和盐水的滤失量仅为5.6 mL,降滤失效果较好,耐温性能好,抗温达120℃,同时兼具一定的提黏、泥页岩抑制性,抗盐、抗钙的能力,是一种综合性能较好的聚合物,其工艺容易控制,推广性较强。     

正电胶钻井液降滤失剂JHG

在室内合成了一种阴、阳、非复合离子型多元共聚物正电胶钻井液降滤失剂JHG。JHG的性能评价结果表明,JHG在淡水钻井液和正电胶钻井液中均具有很好的降滤失性能,与正电胶钻井液的配伍性能好,具有很好的抗盐、抗钙和抗温性能。当JHG加量为1.0％时,抗盐可达饱和,抗钙在2000 mg/L以上,抗温在150℃以上。JHG不仅能作为正电胶钻井液的降滤失剂,还可作为淡水钻井液、盐水(或饱和盐水)钻井液及深井钻井液的降滤失剂,具有较好的应用前景。     

爆聚法合成抗高温抗盐水基降滤失剂及性能评价

为了克服水相聚合法产物含量低、烘干过程分子量易增大和高能耗等问题,通过爆聚法利用单体苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸分别与丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵合成制备了抗高温抗盐降滤失剂WS-1和WS-2。借助红外光谱（FT-IR）和热重分析（TGA）,表征了降滤失剂的分子结构和热稳定性,并且进行了降滤失剂在高温高盐水基钻井液中的流变性和高温高压滤失性能的影响实验。结果表明,具有刚性苯乙烯磺酸钠分子链段的降滤失剂WS-2具有良好的高温稳定性,热分解温度为310℃,降滤失剂WS-2在220℃饱和盐水基钻井液中高温高压滤失量为7.6 mL;具有大分子支链2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸链段的降滤失剂WS-1热分解温度为270℃,200℃饱和盐水基钻井液中高温高压滤失量为1.6 mL;利用爆聚法合成的降滤失剂WS-1和WS-2均具有良好的抗温抗盐性能。      

耐温抗盐降滤失剂P(AA-AMPS-AM)/nano-SiO_2的合成及性能

采用自由基水溶液聚合法,以纳米二氧化硅(nano-SiO2)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)等单体为主要原料,合成了四元共聚物降滤失剂P(AA-AMPS-AM)/nano-SiO2;采用FTIR法表征了该降滤失剂的组成,并评价了它的降滤失性效果、抗盐、抗钙和抑制性等性能,同时考察了该降滤失剂与其他处理剂的配伍性。实验结果表明,该降滤失剂具有良好的耐温抗盐降滤失性能,同时具有良好的抑制性能;与常用处理剂配伍性好,可在水基钻井液体系中显著降低其高温高压滤失量,所形成的饱和盐水钻井液体系在密度2.37 g/cm3下的高温高压滤失量仅为20.0 mL,满足高温下控制钻井液性能的需求。     

纳米材料钻井液在大港油田的应用

针对纳米材料在钻井液中团聚的问题,通过分子设计,改进纳米材料的表面性能,以改性纳米二氧化硅为核,通过接枝柔性聚合物,合成了一种纳米封堵降滤失剂。通过引入强的吸附基团和疏水基团,聚合物分子的亲疏水、氢键等协同作用形成空间的网架结构,使合成的纳米封堵降滤失剂能够以纳米级尺度分散在钻井液中,其在钻井液中纳米级粒度的含量高达59.3%,其不仅具有优异的降滤失性能,同时具有柔性可变形性,还能够吸附在岩石表面,提高纳米材料对微裂缝和小孔隙的封堵能力。以合成的纳米降滤失剂为核心处理剂,并优选出配套的纳米润滑剂、纳米抑制剂,形成纳米钻井液体系。该体系的抗温达150℃,API滤失量在2.4 mL以下、高温高压滤失量在9.8 mL以下、润滑系数不大于0.04,渗透率恢复值不小于91%、目的层井段岩屑回收率≥ 90.5%。该体系在大港油田枣1510井的应用中表现出良好的润滑性和保护油气层效果。      

抗高温抗盐降滤失剂ZYJ-1的合成及性能评价

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基单体共聚合成了一种抗高温抗盐降滤失剂ZYJ-1，考察了ZYJ-1在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、人工海水钻井液及含钙盐水钻井液中的降滤失性能。结果表明，ZYJ-1具有良好的降滤失作用，抗高温抗盐，尤其是抗钙、镁离子污染能力强。     

抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系

设计并研制了3种聚合物类水基钻井液抗高温处理剂,即弱交联结构两性离子聚合物降滤失剂、柔性聚合物微球纳米封堵剂和梳型聚合物润滑剂,构建了能够满足深部地层钻井的抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系。研究表明：弱交联结构两性离子聚合物降滤失剂具有良好的反聚电解质效应,200℃、饱和盐环境老化后API滤失量小于8 mL;柔性聚合物微球纳米封堵剂通过改善泥饼质量降低体系的滤失量,对纳米级孔缝具有良好的封堵效果;梳型聚合物润滑剂重均相对分子质量为4 804,具有多个极性吸附位点,高温高盐条件下润滑性能优异。构建的密度为2.0 g/cm³的钻井液体系流变性能良好,200℃的高温高压滤失量小于15 mL,高温静置5 d沉降因子小于0.52,对易水化岩屑的滚动回收率与油基钻井液接近,具有良好的封堵性能和润滑性能。     

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。      

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。      

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。      

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。     

环保型钻井液用降滤失剂研究进展

解决环境污染问题是改善钻井液的关键,开发环保型抗高温降滤失剂是当前研究的重要领域之一。概述了国内外环保型降滤失剂的研究进展,对国内外在环保型降滤失剂研制中所使用的原材料及产品性能,以及中国抗温改性天然高分子降滤失剂的发展近况进行了介绍。天然高分子降滤失剂是通过对淀粉、纤维素及木质素等天然高分子材料进行改性以提高其抗温、抗盐能力,使其可以应用于井温更高的深井钻探中。目前,中国环保型降滤失剂普遍可以应用到150℃的高温中,部分抗温能力可达到180℃却未能推广使用。通过对现有降滤失剂的研究,分析其抗高温的作用机理,探寻能有效提高抗温能力的单体分子结构及发挥作用的功能基团,例如磺酸基团、内酰胺基团等,以期对环保型抗高温降滤失剂的研制起到一定的指导和参考作用,加快环保型抗高温降滤失剂的发展。      

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。      

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。     

棕榈油基钻井液降滤失剂的研制

棕榈油不仅具有生物降解性强、成本低、环境友好等优点,还具备了油基钻井液基液的基本功能。但由于棕榈油的组分结构与柴油、白油等存在较大区别,目前市场上的降滤失剂不适用于棕榈油基钻井液,因此需要研制适用于棕榈油的降滤失剂。分别采用干法、湿法和酰氯法对棕榈油基钻井液降滤失剂进行制备及优选,并对优选出的降滤失剂进行性能评价。结果表明,用湿法由有机改性剂SAA-6与腐植酸钠通过离子吸附反应得到的降滤失剂FLA效果最好,在棕榈油中的胶体率达到92%,最佳反应条件为95℃、2 h,腐植酸钠与有机物比为5.5。将5% FLA加入到棕榈油基钻井液中,棕榈油基钻井液的API滤失量降为4 mL以下,动切力在8 Pa左右,表现出了良好的降滤失效果,并且加入FLA的棕榈油基钻井液体系的热稳定性良好,抗高温达150℃,高温高压滤失量低于9 mL。通过实验证明,该体系抑制性、润滑性、抗污染性能、保护油气层性能以及生物毒性等能够基本满足现场钻井的需要,为促进棕榈油在钻井液领域的应用提供了实验基础。      

液体型妥尔油沥青酰胺树脂的合成及降滤失性能评价

为减少传统沥青类降滤失剂对环境的影响,并提高油基钻井液的高温封堵能力,以天然植物油加工尾料妥尔油沥青为原料,采用顺丁烯二酸酐和多元有机胺依次对其进行改性,所得产物溶于环保溶剂油,制备得到液体降滤失剂BZ-FLA。红外光谱分析和核磁共振分析表明,最终产物BZ-FLA主要为顺丁烯二酸酐改性的树脂酸和多元有机胺缩合而成的交联型妥尔油沥青酰胺树脂。分别评价液体降滤失剂在典型油基钻井液中以及无土相油基钻井液中的性能,结果表明,液体降滤失剂BZ-FLA抗温达180 ℃,加量为0.75%～1.0%时可将钻井液高温高压滤失量降至4.0 mL以内,与常规沥青降滤失剂加量3%的效果相当。BZ-FLA与沥青类和褐煤类降滤失剂复合使用,可进一步提高油基钻井液的封堵能力。BZ-FLA在无土相油基钻井液中降滤失效果同样显著。