抗高温抑制型钻井液降滤失剂的合成与评价

采用氧化还原引发体系,合成了丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯氰(AN)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)五元共聚物钻井液降滤失剂。通过单因素实验研究了共聚反应条件与其降滤失性能的关系。分别针对淡水、盐水、复合盐水、饱和盐水泥浆评价了共聚物的降滤失性能及其抗温性能,还针对此降滤失剂对于页岩的抑制性能研究。结果表明,1.0%的合成的五元共聚物降滤失剂可使淡水基浆中的滤失量达到7.2 mL/30 min,抗温性能良好,在淡水基浆中加入1.0%的降滤失剂180℃热滚老化16 h后的滤失量为10.6 mL/30 min。该五元共聚物的抑制性较好,1.0%的降滤失剂120℃热滚老化16 h后的页岩的一次回收率为79.4%,具有较强的抑制包被性。     

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。     

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。      

耐高温抗盐淀粉接枝共聚物的制备及其评价

采用接枝聚合的方法将丙烯酰胺、KGM两性离子单体接枝到淀粉骨架中,得到改性淀粉降滤失剂,分析了其降滤失机理。通过正交实验确定了最佳合成条件：m(淀粉)∶m(丙烯酰胺)∶m(KGM两性单体)为3∶5∶2、引发剂加量为0.9%、反应温度为65℃。性能评价实验结果表明：该改性淀粉降滤失剂热裂解温度达280℃;在改性淀粉加量为2.0%时,200℃老化后的淡水基浆、饱和盐水基浆、2.5%氯化钙基浆、复合盐水基浆API滤失量分别为6.4、15.6、10.2、16.8 mL;在多种基浆体系中改性淀粉API滤失量和HTHP滤失量均低于Driscal降滤失剂;改性淀粉降滤失剂具有良好的抗盐抗钙效果,抗温达200℃。     

AM/AMPS/DMDAAC/DAAM共聚物的合成与降滤失性能

采用水溶液聚合法合成了AM/AMPS/DMAAC/DAAM四元共聚物,通过正交实验确定了最佳反应条件,测定了黏均相对分子质量,研究了不同加量、不同温度下聚合物的降滤失性能,与油田常用降滤失剂性能进行了对比。结果表明,在m(AM)∶m(AMPS)∶m(DMDAAC)∶m(DAAM)=5∶3.6∶1∶0.4,w(引发剂)%=0.3,聚合温度为55℃,反应时间为6h条件下,其黏均相对分子质量为1.0×107;当温度达到130℃时,AM/AMPS/DMDAAC/DAAM四元共聚物的滤失量在淡水基浆中保持在10mL以下;在淡水基浆中,在AM/AMPS/DMDAAC/DAAM四元共聚物的加量为0.2%时,其滤失量为8.4mL。四元共聚物在淡水、盐水、人工模拟海水三种基浆的滤失量均小于FA367和低黏CMC在三种基浆的滤失量,且四元共聚物在三种基浆的滤失量均在10mL以下,符合SY/T 5621—93的API滤失量标准。     

水基成膜钻井液降滤失剂LS-1的制备及性能评价

以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠和酯类单体为原料,采用自由基水溶液聚合方法,以氧化还原体系为引发剂,合成了新型钻井液降滤失剂四元共聚物LS-1,采用红外光谱法表征了聚合物的分子结构,并验证了分子结构。室内性能评价结果表明,LS-1在淡水和盐水基浆中均具有较好的降滤失性,LS-1在淡水基浆中加量为0.5%时滤失量为6.8 mL,在盐水基浆中加量为1.5%时滤失量为7.4 mL,在饱和盐水浆中加量为2.5%时滤失量为7.8 mL;LS-1抗温达150℃。最后通过电镜扫描(SEM)分析,证实了LS-1能够形成膜结构,并结合膜结构对LS-1的降滤失机理进行了探讨。     

抗温抗盐降滤失剂乳液的制备与评价

通过反相乳液聚合方法合成了四元聚合物类降滤失剂乳液BZ-JLS。实验结果表明BZ-JLS可抗盐至饱和、抗温至200℃,明显改善泥饼质量。在KCl基浆中对其降滤失剂效果进行了评价,可明显改善滤失量。降滤失剂乳液较常规降滤失剂合成条件更温和,控制更容易,合成乳液可直接加入钻井液体系中,大大方便了现场使用。     

耐温抗盐降滤失剂PAMAP的合成及评价

以丙烯酰胺(AM),丙烯酸(AA),2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)及自制烯丙基壬基酚聚氧乙烯醚为反应单体,以Na2SO3与(NH4)2S2O8的氧化还原体系为引发剂,合成了聚合物降滤失剂PAMAP。FT-IR、1H NMR及能谱分析表明PAMAP的结构符合预期,热重结果表明其抗温性能良好。滤失实验结果表明PAMAP降滤失剂在淡水基浆中的最佳加量为1.5%;在160℃下老化16 h后的淡水基浆的API滤失量为8.2 mL、高温高压滤失量为32.4 mL;NaCl加量为30%时,老化前后的API分别为15.8和17.5 mL,表明PAMAP降滤失剂具有良好的抗温抗盐能力。     

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。     

AMPS/HMOPTA/AM共聚物降滤失剂的合成及性能

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺共聚，合成了一种抗高温抗盐降滤失剂，考察了合成共聚物对钻井液的降滤失效果。结果表明，合成共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、复合盐水钻井液、含钙盐水钻井液及现场钻井液中均具有良好的降滤失作用。当共聚物在新濮1-153井浆中用量为1．0％时，基浆的滤失量分别从老化前后的43mL和92mL降至4mL和7mL。抗高温、抗盐尤其抗高价离子污染能力强，防塌效果好。共聚物用量为0．5％时，页岩滚动回收率试验中，相对回收率达96％以上。     

双酯化改性淀粉降滤失剂的研究与应用

针对常规改性淀粉黏度效应大、抗温能力差的缺点,采用酯化改性方式,以醋酸酐、三偏磷酸钠和玉米淀粉为原材料,合成出一种双酯化改性淀粉降滤失剂BZ-JLS,该产品具有良好的分散性和降滤失效果。室内研究结果表明,在150℃老化16 h后,加入1.5% BZ-JLS的基浆常温中压滤失量仅为9.4 mL,而且BZ-JLS具有良好的抗盐抗钙能力,生物毒性、生物降解性及金属含量等均符合环保指标。BZ-JLS在大港油区现场试验1口井,现场应用表明,BZ-JLS与淡水、盐水钻井液均具有良好的配伍性,钻井液黏度变化低,滤失量降低明显。      

强抗钙强抑制改性淀粉的合成及性能评价

以淀粉和自制新型烯类单体为原料合成了改性淀粉接枝共聚物,并对该改性淀粉接枝共聚物性能进行了评价。结果表明,该改性淀粉在不同基浆中加量为2.0%~3.0%时,均可将滤失量控制在10 m L之内;抗温达130℃;尤其是具有强抗盐抗钙性能,抗氯化钠、氯化钙均可至饱和,并且随含盐量的增加,降滤失效果和提黏切能力反而增强。表观黏度上升率实验和黏土块浸泡实验结果表明,由于高含量阳离子基团的引入,该改性淀粉具有较好的抑制黏土水化分散性能。     

含离子液体链段抗高温高钙降滤失剂

深井超深井钻进过程中时常出现高温高钙恶劣环境,为了解决由此引发的滤失量过大问题,利用具有抗高温性能的离子液体1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐（VeiBr）、抗钙性能的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）与丙烯酰胺（AM）进行三元共聚,得到了抗高温抗高钙降滤失剂PASV。并对制备PASV的各单体加量进行了优化,最终确定在单体质量比为VeiBr:AM:AMPS=0.53:1:2时,聚合物表现出最佳降滤失行为。室内评价结果表明,PASV抗高温性能优异,初始分解温度达290℃,可满足大多数钻井需要;当钙离子浓度为40 000 mg/L时,加入2% PASV可使基浆在150℃老化前后滤失量分别降为5.2 mL与8.6 mL,显示出良好的抗高钙降滤失效果。机理分析表明,PASV通过牢固的离子键与氢键有效吸附在黏土颗粒上,并能屏蔽Ca2+对黏土的电性中和与絮凝作用,促进黏土颗粒的分散,改善滤饼质量,从而形成致密的滤饼,降低滤失量。      

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。      

环保型复合降滤失剂的研制与应用

为从源头上控制钻井液对环境的污染,减少废弃钻井液处理难度和处理费用,实现绿色环保钻井。以生物质材料植物多酚、木质素磺酸钠和玉米淀粉为原料,通过交联改性,合成了一种复合降滤失剂PLS。其EC₅₀为7.78×10⁴ mg/L,BOD₅/COD_Cr为5.05%,无毒且易生物降解。性能评价结果表明,含2%PLS的基浆在180℃下热滚16 h后中压滤失量仅为9.6 mL,且抗盐、抗钙性能优于羧甲基淀粉CMC-LV和两性离子淀粉接枝共聚物SAP。以PLS为唯一降滤失剂,配伍键合型润滑剂、双疏纳米封堵剂和仿生固壁剂等环保友好型处理剂,研制了一套环保型水基钻井液体系,并在大港油田某预探井的泥岩水平段进行了应用。应用井段内钻井液的流变与滤失性能稳定,摩阻低,泥饼薄而韧,无复杂情况发生,施工顺利。     

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℃。      

共聚物钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料,采用氧化还原引发体系合成了一种四元共聚物水基钻井液降滤失剂。确定了最佳合成条件:单体配比为AM/AMPS/AA/DMC=55∶30∶10∶5(质量比),引发剂加量各为0.3%(单体浓度为1),单体总浓度为20%(质量分数),反应温度为50℃,溶液p H值为7,反应时间为4 h。对聚合物进行了红外表征,合成产品与设计结构一致。钻井液性能评价结果显示:淡水基浆中聚合物加量为0.7%时,常温中压滤失量为6.0 m L,经过180℃老化后,API滤失量为8.2 m L,高温高压滤失量为11.6 m L;聚合物加量为1.0%时的页岩相对回收率达到99.4%。说明AM/AMPS/AA/DMC聚合物降滤失能力强,且热稳定性和抑制性能好。