超高密度钻井液分散剂的合成及性能评价

以天然材料与乙烯基单体进行接枝共聚合成了超高密度钻井液用分散剂JZ-1,对相对分子质量调节剂、引发剂、天然材料与乙烯基单体配比等因素对分散剂性能的影响进行了考察.通过IR对共聚物进行了红外表征,借助热分析对共聚物进行了热稳定性评价,并对其在钻井液中的分散性能进行了室内评价.研究结果表明,在密度为2.8 g/cm3的钻井液中加入2％JZ-1,体系漏斗黏度由282 s降低至130 s,24 h上下密度差从0.56 g/cm3降低至0.03 g/cm3,显著提高了钻井液的流变性和沉降稳定性.     

超高密度钻井液分散剂的合成及性能评价

采用天然材料与乙烯基单体进行接枝共聚,合成了超高密度钻井液用分散剂JZ-1.通过红外光谱对分散剂进行表征,采用热分析法对分散剂进行热稳定性评价.结果表明,分散剂分散作用强,在密度2.8 g/cm3钻井液中加入JZ-1,可使该体系的漏斗黏度由282 s降低至130 s,并且具有较好的抑制性和抗盐、抗钙性能,可显著提高钻井液的流变性和沉降稳定性.     

天然气水合物抑制剂YHHI-1的合成及评价

深水钻井液在低温、高压条件下受到天然气侵容易生成天然气水合物,导致钻井液性能恶化、水合物堵塞管线等问题,常用的方法是添加水合物抑制剂,传统热力学抑制剂盐醇加量达20%以上,存在成本高、污染重的缺点,有必要开展新型动力学抑制剂研制。通过在二元共聚物中引入一种长链单体,合成了一种三元长侧链共聚物抑制剂YHHI-1。室内采用红外光谱、元素分析等对聚合物进行表征,用高压釜对聚合物抑制性能进行评价,考察了不同加量对基浆、实验浆低温老化性能及水合物生成时间的影响。结果表明,合成反应6 h黏均分子量可达约12万,红外光谱证实其结构包含预期官能团,元素分析证实单体反应程度约100%。2%YHHI-1水溶液抑制结晶时间达120.52 min。在5%的膨润土浆中加入1.0%YHHI-1可以将钻井液API滤失量降低至5 mL以内,并显著改善钻井液低温老化性能;当YHHI-1加量增至1.5%,模拟海水钻井液API滤失量降低至3 mL,低温老化后动塑比为0.5 Pa/(mPa · s),无性能突变现象。不同YHHI-1加量下,5%膨润土浆、模拟海水钻井液的水合物生成实验表明,在基浆中加入1.0%YHHI-1,无水合物生成时间大于5 h;在实验浆加入1.5% YHHI-1,无水合物生成时间可达3 h以上。     

抗高温有机硅共聚物降滤失剂的合成与性能

以内烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和含双键的有机硅为单体,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,通过自由基聚合制备了有机硅共聚物。以有机硅共聚物质量分数为0.5%的淡水钻井液的滤失量为依据,通过正交实验优化了有机硅共聚物的合成条件:n(AM):n(AMPS):n(NVP)=3:1:1,有机硅单体摩尔分数2.0%(基于AM,AMPS,NVP的总物质的量),BPO的质量分数0.4%～0.6%(基于AM,AMPS,NVP的总质量),聚合温度80℃。用FTIR手段表征有机硅共聚物的结构。实验结果表明,含有机硅共聚物的淡水钻井液、NaCl质量分数为4.0%的盐水钻井液及饱和盐水钻井液均具有较好的降滤失性能和较强的抗温性能。     

新型三元共聚物降失水剂的合成与性能研究

以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和一种含磺酸基的单体为反应单体,过硫酸铵/亚硫酸氢钠氧化-还原体系为引发剂,采用乳液聚合法合成了一种三元共聚物;采用FTIR和GPC等手段对三元共聚物进行了结构表征并采用TG方法分析了它的热稳定性;以三元共聚物为降失水剂,考察了其对钻井液降失水能力的影响。表征及分析结果显示,三元共聚物中含有AA、AM、含磺酸基的3种单体的结构单元,热分解温度高达266℃,数均相对分子质量为60 000,重均相对分子质量为150 000,相对分子质量分布为2.5。实验结果表明,该降失水剂能显著提高钻井液的降失水性能和抗盐性能,与饱和盐水基浆相比,含8%(w)三元共聚物的饱和盐水钻井液的失水量降低了9.6倍。     

超高密度钻井液的性能研究

为满足高压地层快速、安全钻井的需要,在对重晶石进行表面处理和控制膨润土含量的基础上,采用润湿分散剂XL、非增黏降滤失剂ZY等特殊处理剂研制出了密度为3.0g/cm3的超高密度钻井液(基本配方为:1％～2％膨润土+3％SMC+5％～7％润湿分散剂XL+0.5％～1.0％非增黏降滤失剂ZY+0.5％润滑剂RT-1+重晶石),并对其性能进行了系统评价.研究结果表明,超高密度钻井液具有较强抗污染能力,在被3％NaCl、质量浓度2000 mg/L Ca2+、0.7％石膏和7％钻屑粉污染后,漏斗黏度小于250 s,仍具有良好的流动性;超高密度钻井液具有较好的热稳定性和沉降稳定性,在150℃/48 h高温老化和水污染后,钻井液性能变化很小,在24h内没有发生重晶石沉降,可满足高压深部地层的钻井需要.图4表7参6     

超高温聚合物降滤失剂PFL-1的合成及性能评价

针对超深井钻井对钻井液的要求,采用氧化-还原体系,通过对含磺酸烯基单体的选择和单体配比及引发剂用量的考察,在兼顾聚合物相对分子质量和降滤失效果的情况下,确定了聚合物合成的原料配比,在优化配方的基础上合成了一种聚合物降滤失剂PFL-1,对其在钻井液中的降滤失剂性能进行了初步评价,并用傅里叶红外光谱仪对PFL-1进行了红外光谱分析。结果表明,PFL-1不仅具有较强的降滤失能力,且其1%水溶液的黏度较低（低于15 mPa·s）,在钻井液中的黏度效应小,热稳定性好,抗温抗盐能力强,用该降滤失剂处理的钻井液即使经过240 ℃高温老化后其滤失量仍然较低,与SMC、SMP等具有较好的配伍性。      

两性离子聚合物BY－1及其钻井液体系

两性离子聚合物ＢＹ－１是以含阴、阳、非离子基团的乙烯基或丙烯基单体为原料合成的多元共聚物。本文报导了ＢＹ－１的抑制性、在钻井液中的配伍性和抗温、抗污染性能，简要介绍了ＢＹ－１钻井液的现场试验情况。结果表明，ＢＹ－１能抑制岩屑水化分散，在钻井液中具有良好的配伍性和较强的抗盐、钙污染能力。     

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。     

阳离子型AM/DMDAAC共聚物的合成及其性能评价

以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)为原料进行共聚,合成了一种阳离子型AM/DMDAAC共聚物.确定了最佳合成条件:反应温度45℃,反应时间6h,单体质量分数20%,AM与DMDAAc质量比9:1,引发剂加量0.05%,溶液pH值4.5.同时考察了AM/DMDAAC共聚物的耐温性和抗盐性,结果表明,该共聚物具有较好的耐温性和抗盐性.室内初步评价了该共聚物在钻井液中的性能,其降滤失效果明显.     

天然材料接枝共聚物分散剂的合成及性能评价

Cedigaz公司于2013年7月15日发布第五版地下储气库参考报告,预计全球天然气存储能力将从2013年初的3 770×108 m3增加至2030年初的(5 570~6 310)×108 m3。这期间将需要持续的投资总计1200亿欧元。根据Cedigaz的分析,存储占全球天然气需求的比例将从2013年的11.3%增加至2030年的11.6%~13.1%。新的存储市场(亚洲和中东)到2030年将占新     

不同加重剂对超高密度钻井液性能的影响

针对超高密度钻井液中加重剂用量大、货源稀少、价格昂贵,或硬度较大、磨损钻具、具有毒性等问题,选择目前应用最广泛的重晶石粉和国外开发的微锰粉MicroMAX为加重剂,研究了其对钻井液性能的影响。分别用扫描电镜和激光粒度仪分析了重晶石粉和微锰粉的微观形态和粒度分布,并将其按一定比例复配为加重剂,配制出2.85~2.90 kg/L的超高密度钻井液,高温老化后进行流变性、滤失性和沉降稳定性的评价试验。试验结果表明:纯度较高的重晶石粉能够配制出具有良好流变性、悬浮稳定性的超高密度钻井液,且高温高压滤失量小;用重晶石粉和密度更高、粒径较小的微锰粉复配加重,高温老化后钻井液的黏度和动切力下降,流变性有一定改善,但高温高压滤失量增大。综合考虑钻井液性能、经济性和实用性,建议用性价比相对较高的重晶石粉为加重剂。用重晶石粉加重的2.75~2.89 kg/L的超高密度钻井液在官深1井三开井段进行了现场试验,安全钻进约745 m。      

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。      

超高温高密度钻井液体系的研究与应用

针对大多数采用重晶石加重的高密度钻井液在高温下存在的流变性能调控难、高温高压滤失量大、重晶石沉降等技术难题,从抗温、降滤失、控制黏度和切力、提高沉降稳定性能等方面提出了钻井液体系的设计思路,通过研发超高温封堵降滤失剂SMPFL-UP、超高温高密度分散剂SMS-H等核心处理剂,优选抗高温封堵防塌剂SMNA-1、高温稳定剂GWW、高效润滑剂SMJH-1等关键配套处理剂,经过配方优化及评价,研发出了一套超高温高密度钻井液体系（SMUTHD）,抗温达220℃。SMUTHD密度不超过2.40 g/cm3时,经220℃老化后流变性能稳定,高温高压滤失量小于12 mL,极压润滑系数为0.178,在220℃下静置7 d沉降系数（SF）小于0.54,表现出良好流变性能、滤失性能和高温沉降稳定性能。SMUTHD在顺南蓬1井五开进行了成功应用,累计进尺581 m,井底温度为207.4℃,实钻钻井液密度为1.75～1.80 g/cm3,不同施工阶段井浆的SF均小于0.52,施工期间钻井液性能稳定,井下安全,取心顺利。SMUTHD的成功研发及现场应用,有力保障了深部油气层的勘探发现、增储建产和低成本高效开发,提高了我国超高温高密度钻井液技术的自主化水平。      

新型PAMS聚合物钻井液在中原油田的应用

PAMS聚合物(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙碳酸/丙烯酸/丙烯酰胺多元共聚物)钻井液自1998年3月开始现场应用以来,至2003年10月底已在中原油田不同区块累计推广应用100多口井。应用结果表明,PAMS聚合物钻井液体系具有良好的降滤失作用,热稳定性好,抑制性和抗温抗盐能力强,防塌效果好,井壁稳定。在易水化膨胀地层及高密度钻井液中能较好地控制低密度固相含量和团相的分散度,有利于固相清除,提高钻井液的稳定性,减少钻井液的处理频率,其抗温抗盐和抗钙镁污染能力显著优于传统聚合物钻井液体系,钻进中钻井液性能维护处理简单,且使用方便。统计结果表明,PAMS聚合物钻井液与传统聚合物钻井液相比,钻井液成本平均节约16.5％,显示出较好的技术经济效益和社会效益。     

密度对油基钻井液性能的影响

随着高密度油基钻井液被使用的越来越多,高密度时油基钻井液表现出的性能不稳定也逐渐被现场工程师发现。研究了密度对油基钻井液性能的影响,以及不同密度下温度、剪切时间、油水比、有机土、CaCl₂浓度和劣质固相对油基钻井液性能的影响。研究结果表明,重晶石能增加油基钻井液的黏度和切力,提高钻井液的乳化稳定性;油基钻井液的破乳电压和重晶石的加入量呈线性关系;在高密度时,油基钻井液的表观黏度受温度、油水比、有机土和劣质固相的影响程度比低密度时大;破乳电压在高密度时受油水比、CaCl₂浓度和有机土的影响比低密度时大。综上可知,密度的增加不仅单独对油基钻井液性能造成影响,还提高了油基钻井液对其它因素的敏感性。因此在使用高密度油基钻井液时,要加强对现场钻井液性能的监控和调节。      

低切力高密度无土相油基钻井液的研制

传统的油基钻井液采用有机土作为增黏剂来增加悬浮重晶石的能力,是一种含土相的油基钻井液,高密度条件下含土相油基钻井液流变性控制困难限制了其应用的范围。为此,以新研制的复合型乳化剂(G326-HEM)为核心,构建了无土相油基钻井液体系,并对该配方进行了优选和性能实验。结果表明:1无土相油基钻井液体系无须使用辅乳化剂、润湿剂,具有配方简单,高密度条件下流变性好等特性;2与含土相钻井液相比,高密度条件下塑性黏度、终切力低,降低了高密度钻井液因黏切高诱发井漏的风险,可节省10%的基础油;3塑性黏度和动切力随着油水比的降低而升高,不同密度下的油基钻井液选用不同的油水比;4无土相油基体系配方对基础油的适应性较广,可广泛应用于合成基、矿物油基钻井液。结论认为,该成果较好地解决了无土相体系在高密度条件下的电稳定性弱、悬浮稳定性差的难题,为页岩气及其他非常规气藏规模开发提供了技术保障。     

高密度钻井液高温静态沉降稳定性室内研究

高温高密度钻井液的沉降稳定性对钻井液性能稳定和井控安全都至关重要。采用低剪切应力及低振荡频率对钻井液胶液进行小幅度原位振荡的方法，考察了在不破坏胶体缔合结构的状态下高密度钻井液组分在胶液中的黏弹性响应，分析了静置条件下胶液中处理剂间的作用及重晶石在钻井液胶液中所处的应力环境。实验结果表明，钻井液中的共聚物、磺化材料、膨润土等通过疏水缔合、桥接作用形成具有柔性网架的弱胶凝结构，高密度钻井液胶液主要表现为黏性特征。表明高温下高密度钻井液胶液中黏土-磺化材料-共聚物中组分相互作用，减小了重晶石沉降速度，提高了重晶石的沉降稳定性能。      

新型随钻堵漏钻井液体系的研制

针对平方王油田钻井过程中钻井液漏失的难题,研制了一种新型多功能随钻堵漏钻井液体系。介绍了新型随钻堵漏钻井液体系的配方优选,探讨了该体系的最佳流变性能、防塌抑制性和悬浮稳定性,研究了该体系的承压能力和封堵能力。实验结果表明,该体系具有较强的抗温抗污染能力,悬浮稳定性好,密度调节范围广,封堵填充加固能力强,具有常规钻井液及随钻堵漏钻井液的性能特点,易操作、可调整。     

高密度钻井液加重材料沉降问题研究进展

钻井液的密度对于地层的压力控制至关重要,而流变性和沉降稳定性控制是高密度钻井液技术存在的主要技术难点之一。传统的加重材料,例如API重晶石在高密度钻井液中存在严重的沉降问题,对钻完井作业造成严重影响。不同粒径、形貌和比重的加重材料对改善高密度钻井液的流变性和沉降稳定性有不同的作用。综述了对API重晶石沉降问题的研究现状以及作为替代API重晶石的微粉加重材料的研究进展。国内外的室内研究与现场应用表明,高密度的微粉加重材料可有效解决高密度钻井液的沉降稳定性问题,并且具有降低摩阻、当量循环密度等优点。但是,微粉加重材料也存在固相控制、泥饼清除困难,微粉颗粒团聚的缺点,研究学者针对这些问题已展开大量研究,并提出相应解决办法。