控制水基钻井液高温高压滤失量的方法及途径

高温高压滤失量是钻井液性能的重要指标之一,该指标对现场井下安全、稳定至关重要。如何有效、合理地降低高温高压滤失量,通过合适的方法和途径把高温高压滤失量降到8 mL以下,值得思考和研究。在调研了近几年报道的低高温高压滤失量钻井液体系相关文献的基础上,提出降低钻井液高温高压滤失量的综合措施,分析了高温降滤失剂和封堵剂的现状,探讨了控制高温高压滤失量的方法和途径,包括研究高温高压降滤失剂和封堵剂的作用机理及其配伍性,达到处理剂种类尽量少且高效,从而降低成本和工作量的目的;合理使用酚醛树脂、褐煤类处理剂、磺化沥青、高温抗盐降滤失剂SPX树脂或含有AMPS单体的聚合物降滤失剂及含有有机、无机成分的较低成本的聚合物降滤失剂,来控制高温高压滤失量。      

两性磺化酚醛树脂ASP-1的研制及性能评价

制备了一种两性磺化酚醛树脂ASP-1，对其钻井液性能进行了评价。结果表明，两性磺化酚醛树脂ASP-1比磺化酚醛树脂SMP-1具有更好的降滤失性、防塌性、水溶性和抗温抗盐，而且与SMP-1成本相当，是一种较好的高温防塌降滤失剂。     

高密度钻井液滤失量影响因素定量评价

为了进一步降低高密度钻井液的滤失量,提高其在现场的应用效果,有必要对其中的处理剂加量进行严格控制。分析了膨润土、加重材料、降滤失剂、NaCl和烧碱等处理剂的加量对高密度钻井液滤失量及黏度等流变参数的影响。室内研究结果表明:膨润土含量和加重材料种类对钻井液的滤失量无明显影响,但是加重材料的配比对钻井液的高温高压滤失量影响较大;烧碱含量对滤失量的影响程度最大;高温热滚后pH值控制在8.5~9.5时滤失量最小;降滤失剂和NaCl对钻井液滤失量的影响较小。该研究成果为高密度钻井液在现场的成功应用提供了可靠依据。     

SMP-Ⅰ与SMP-Ⅱ的抗温抗盐性能对比

规范钻井液处理剂产品的使用范围,使处理剂达到更好的使用效果,是当前需要重视的问题。以SMP-Ⅰ和SMP-Ⅱ为例,从其组构特征、生产工艺及其在钻井液中降低滤失量和抗盐的作用机理等方面分析,讨论了磺甲基酚醛树脂SMP-Ⅰ和SMP-Ⅱ的应用范围,并比较了不同生产工艺的产品其抗盐抗温性能的差别。实验结果表明,在含盐量低于2%的钻井液中、井温不大于180℃的情况下,SMP-Ⅰ比SMP-Ⅱ的使用效果好;在井温为120℃与150℃时,SMP-Ⅰ可用于不同含盐量直至饱和的盐水钻井液,而SMP-Ⅱ只适用于含盐量高于25%的近饱和/饱和盐水钻井液;在井温为180℃下,SMP-Ⅰ可用于含盐量低于20%的盐水钻井液,而SMP-Ⅱ适用于含盐量高于20%的近饱和/饱和盐水钻井液。      

常用磺化酚醛树脂性能评价及分析

通过红外光谱、浊点盐度和黏均分子量分别验证了SMP-Ⅱ与SMP-Ⅲ的分子基团、抗盐性能和分子量大小。利用电镜扫描分析了2种产品水溶液以及与重晶石作用情况,测试了他们在钻井液中的性能,讨论了他们与黏土和其他处理剂复配后的效果及作用机理。实验结果表明,SMP-Ⅱ、SMP-Ⅲ在基团、抗盐性方面无明显差异,但SMP-Ⅱ的吸附能力较SMP-Ⅲ强;SMP-Ⅲ在单独使用时,高温高压滤失量为17.5 m L,而SMP-Ⅱ与SMC复配后的高温高压滤失量为20 m L;高温和高盐促使SMP-Ⅱ、SMP-Ⅲ自身以及与SMC等处理剂适度交联,形成的大分子聚合物析出后具有很强的护胶能力,能有效吸附黏土颗粒改善泥饼质量,从而达到降失水的效果。同时确定该类产品最优加量为5%。     

两性离子型酚醛树脂钻井液降滤失剂的合成与性能

基于酚醛树脂合成及苯环上取代反应原理，使低分子量的线性酚醛树脂先与二甲胺盐酸盐 甲醛反应。再与碘甲烷反应，制得含碘化亚甲基三甲基铵盐基团的阳离子中间体；使该树脂与羟甲基磺酸钠反应，制得含磺甲基的阴离子中间体；两种中间体在甲醛存在下缩聚，合成了水溶性的两性酚醛树脂。采用正交设计实验方法。根据合成物的阳离子含量、阴离子含量、粘土胶体化率、粘土膨胀率及MMH泥浆和10％盐水浆API滤失量数据，确定了两种中间体和两性树脂的最佳合成条件，得到的两性酚醛树脂(25％～28％水溶液)即为正电胶钻井液降滤失剂DSP-1。在加量为2．0％和2．5％时，DSP-1使0．8％MMH／6．0％膨润土浆的API滤失量由96．2mL分别降至24．6和22．4mL，120℃和150℃滚动16h后的AV和PV变化不大，API滤失量分别为28．8和31．6mL。页岩在2．0％和3．0％DSP-1水溶液中的回收率数据表明，DSP-1具有一定的抑制性。表6。     

超高温钻井液体系研究(Ⅲ)——抗盐高温高压降滤失剂研制

目前,高温高压降滤失剂磺化酚醛树脂(SMP)等不能满足超高温条件下盐水和饱和盐水钻井液高温高压滤失量控制及流变性的需要.为此,利用分子修饰,通过合成条件及配方优化,合成了一种抗盐高温高压降滤失剂HTASP,对其性能进行了评价,并借助红外光谱和热分析对产物的结构和热稳定性进行了分析.结果表明,HTASP热稳定性好,在盐水和饱和盐水钻井液中均具有较好的控制高温高压滤失量的能力,与磺化褐煤(SMC)和降滤失剂LP527、MP488等具有良好的配伍性,与LP527、MP488 和SMC等组成的高密度盐水钻井液体系高温稳定性好,流变性易于控制,高温高压滤失量小于16 mL,为盐水超高温钻井液体系的研究奠定了基础.     

抗高温降滤失剂磺化羟甲基苯酚的合成与室内评价

抗温达180-200℃的磺甲基酚醛树脂（SMP）降滤失剂,在215℃发生明显降解,不具备在高温下降滤失和改善钻井液流变性的能力。因此,在碱性条件下,用一步法合成出了甲阶磺甲基酚醛———磺化羟甲基苯酚（含低聚物）。室内研究结果表明：在反应过程中,加成反应优先于磺化反应,在苯酚与亚硫酸氢钠的物质的量比为1的前提下,适当过量的甲醛能增加产品的羟甲基含量,并且产物在215℃、pH值为9-12的苛刻环境下应用不交联;作为钻井液降滤失剂,磺化羟甲基苯酚（含低聚物）的抗高温性能优异,用其配制的钻井液流变性得到明显改善,高温高压滤失量随产物中羟甲基含量的增加而降低,优于SMP-1。     

抗260℃超高温水基钻井液体系

通过引入抗高温降滤失剂MP488、高温流型调节剂CGW-6,使超高温钻井液流变性得到控制,通过采用抗盐高温高压降滤失剂HTASP-C,使超高温钻井液高温高压滤失量得到有效控制,形成了抗温达260℃、密度为2.35g/cm3的淡水钻井液配方,并对其进行了抗温机理分析和性能评价。结果表明,该淡水钻井液抗Na Cl污染可达饱和,页岩滚动回收率达94.1%,抗钻屑、膨润土污染能力强,具有良好的沉降稳定性,在密度为2.0~2.5 g/cm3时表现出较好的适应性,能够满足钻井液抗温260℃性能要求。     

抗高温聚合物降滤失剂PFL-L的研制与应用

为使抗高温钻井液具有良好的流变性及高温高压滤失量,防止高温稠化,采用氧化-还原引发聚合反应,合成了一种低相对分子质量的抗高温聚合物降滤失剂PFL-L,进行了红外光谱和热重分析;采用凝胶渗透法测定了产物相对分子质量,评价了高温高盐情况下聚合物降滤失性能及配伍性。评价结果表明,PFL-L热稳定性好,产物分子量具有多分散性,适用于超深井钻井液处理剂,高温高盐条件下在显著降低钻井液滤失量的同时,可很好地控制钻井液高温下的黏度,抗温220℃,抗NaCl可达36%。该降滤失剂在徐闻X-3井进行了现场应用,应用结果证明,由PFL-L等处理剂形成的超高温钻井液热稳定性好,确保了徐闻X-3井三开长裸眼井段的顺利钻进,完钻井深6 010 m,取得了良好的应用效果,满足了安全高效钻井需求。      

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。      

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。      

超高温超高密度钻井液室内研究

分析了超深井高温高压条件下钻井液技术难点,采用室内合成的黏度效应低的抗高温降滤失剂MP488,LP527和HTASP为主处理剂,同时在体系中引入KCl,制得抗温240℃、密度2.5 g/cm3的超高温超高密度钻井液。该钻井液经240℃/16 h高温老化后仍具有良好的流变性,高温高压滤失量(180℃)小于25 mL。钻井液的抗盐、抗钻屑和黏土污染能力强,页岩一次回收率达99.4%,沉降稳定性好。解决了流变性与滤失量控制难以及黏土高温分散导致钻井液增稠、胶凝等问题。     

超高温钻井液降滤失剂P（AMPS-AM-AA）/SMP的研制

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA）,在磺化酚醛树脂（SMP）存在下,以过硫酸钾 亚硫酸氢钠为引发剂,合成了P（AMPS-AM-AA）/SMP复合聚合物降滤失剂,以产物降低钻井液高温高压滤失量的能力作为考察依据,通过正交试验得到了优化配方:SMP与(AMPS＋AM＋AA)的质量比为7∶3、甲醛用量为原料总质量的8.0%,氢氧化钠用量为原料总质量的0.6%,反应混合物质量分数45%。对采用优化配方合成的产物进行了性能评价,并借助红外光谱和热分析对产物进行了基团和热稳定性分析。试验结果表明,P（AMPS-AM-AA）/SMP复合聚合物热稳定性好,抗温达240 ℃,在淡水、盐水钻井液中均具有较好的降滤失作用,与SMP相比,对高密度钻井液黏度影响较小,与SMC等具有良好的配伍性,可以有效控制高密度钻井液的高温高压滤失量和流变性。      

耐高温钻井液降滤失剂的研究

以苯酚、对氨基苯磺酸、甲醛为原料,合成了与磺甲基酚醛树脂（SMP）具有相似分子结构的降滤失剂对氨基苯磺酸盐酚醛树脂。通过单因素实验确定了合成降滤失剂的最佳工艺条件：单体总含量（质量分数）35％,n（对氨基苯磺酸）：n（苯酚）=1：1．5,n（对氨基苯磺酸＋苯酚）：n（甲醛）=1：1．25,反应体系pH值9-10,反应温度90℃,反应时间4．5h。合成的降滤失剂在淡水泥浆中的适宜加量为5％。用该降滤失剂配制的钻井液具有良好的降滤失效果,耐温能力可达180℃。     

抗 240 ℃高温水基钻井液体系的室内研究

中国深部大陆科学钻探井设计井深将超过万米,井底地层温度可能在 300 ℃以上,井内钻井液将长期处于高温高压环境,性能会受到严重的影响和破坏。室内实验通过在不同加量、不同温度（30、90、120、150、180、210、240 ℃）等条件下测试钻井液的流变性能及高温高压滤失量,对抗 240 ℃高温钻井液材料及处理剂进行了优选,最后选用 4% 新疆膨润土与抗高温材料 HPS 复合作造浆材料,添加了高温保护剂 GBJ;复配使用抗高温降滤失剂 LQT、SPNH、JSSJ、JSJ-1、SMP-I 作降滤失剂,引入了新型抗高温降滤失剂 DDP 和抗高温降黏剂 JNJ。评价了优选配方的高温高压滤失量和流变性,在 240 ℃高温滚动 16～72 h后,采用金属滤板直接在230 ℃高温下测试钻井液性能,测试温度由低到高, 再由高到低。结果表明: 优选出的配方在240 ℃下具有良好的高温稳定性和流变性, 高温高压滤失量低。      

改性磺化酚醛树脂性能的室内评价

高聚物降滤失剂改性磺化酚醛树脂是由磺化酚醛树脂与腐殖酸在一定条件下磺化共聚制成。对改性磺化酚醛树脂在淡水、盐水钻井液中的抗盐性、抗温性及降滤失性进行了评价。改性磺化酚醛树脂的最优加量为5％,它与其它增粘剂配合使用,抗盐达15％。改性磺化酚醛树脂抗温达200℃,随温度升高降滤失能力增强,温度为150℃时改性磺化酚醛树脂的降滤失效果最佳,改性磺化酚醛树脂的降滤失性能优于SLSP,高温时其钻井液形成的滤饼薄而致密。     

酚脲醛树脂改性褐煤降滤失剂的合成与评价

实验以褐煤为原料,通过与尿素、甲醛和苯酚反应制得酚脲醛树脂,经磺化剂磺化制得抗温、抗盐性能较好的钻井泥浆降滤失剂.对该降滤失剂的流变参数、老化性能和抗盐性能等方面进行了测试.结果表明,该降滤失剂的室温降黏率＞70％,室温中压滤失量＜ 10 mL,老化后高温高压滤失量＜15 mL,在质量分数4％的盐水浆中,180℃老化后...     

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。      

两性磺化酚醛树脂降滤失剂APR的研制

以苯酚、甲醛、亚硫酸钠、二甲胺和１－溴丁为原料,合成了两性磺化酚醛树脂降滤失剂ＡＰＲ。通过红外光谱对其结构进行了表征,考察了ＡＰＲ的抗高温盐降滤失性能、抑制性及其与两性聚合物重泥浆的配伍性。从研究ＡＰＲ在膨润土上的吸附入手,对其作用是进行了简要分析。