水基钻井液用抗超高温聚合物刷润滑剂的研制

深部复杂地层油气钻探过程中，为了满足钻井液抗高温、抗盐的技术要求，以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸羟乙酯为主要原料，偶氮二异丁腈作为引发剂，制备了一种水基钻井液用聚合物刷润滑剂HLM。通过傅里叶红外光谱、核磁共振、热重分析和凝胶色谱分析对产物进行了表征。然后评价了HLM与钻井液的配伍性以及高温、高盐、高密度条件下的润滑性能，利用多功能材料表面性能测试仪和四球摩擦实验仪进一步分析了润滑性。实验结果表明，HLM的热稳定性较好，重均分子质量为3494;HLM在室温下与基浆配伍性良好，对流变性基本没影响，抗温可达260℃；加量2%时，常温下润滑系数降低率达91.16%, 260℃老化后润滑系数降低率达88.24%；在饱和盐水基浆中润滑系数降低率为75.69%，在高密度基浆中润滑系数降低率大于40%。表面摩擦实验进一步证明了HLM可以大幅度降低金属-金属间的摩擦力，四球摩擦实验证明了HLM可在金属表面形成稳定的润滑膜。由于HLM具有多个吸附位点且吸附能力强，在高温、高盐条件下吸附膜仍具有一定的强度，因此赋予HLM良好的润滑性能。可为深层超深层钻井液体系的构建提供技术借鉴。     

新型纳米乳液润滑NMR的研制

针对常用的油类润滑剂环境污染和水基润滑剂持效性差等问题,研制出一种水包油型纳米乳液润滑剂NMR.评价其各项性能指标结果为:润滑剂密度为0.94 g/cm3,表观黏度为15.5 mPa·s,放置40 d不分层.在膨润土基浆中加量为1%时,润滑系数降低率为85%;在常用的聚合物钻井液和磺化钻井液中加量为1%时,润滑系数降低率为78%以上,且对钻井液流变性无影响,略有降滤失作用;160℃下热滚动40 h后钻井液润滑性略有下降;NaCl加量增加,润滑性提高.     

抗磨减阻剂KMJ-1在HD10-1-4HF双分支水平井的应用

HD10-1-4HF双分支水平井位于塔里木盆地满加尔凹陷北部哈得逊构造带哈得1号构造,为提高钻井液润滑性,减少钻分支水平井段过程中的托压、卡钻等复杂问题,使用了抗磨减阻剂KMJ-1。抗磨减阻剂KMJ-1主要通过其组分中的成膜润滑材料和抗磨增效材料吸附沉积在钻具和泥饼上,形成一层高效耐磨的润滑膜,来降低钻具和套管之间、钻具和泥饼之间的摩擦阻力,发挥高效的润滑作用。室内评价和现场实际应用结果表明,抗磨减阻润滑剂KMJ-1用量少、润滑性好,加量为1.0%时即可将欠饱和盐水聚磺钻井液的润滑系数降低85%,加量为1.5%时即可将泥饼黏附系数降低75%以上,且能使钻井液的抗磨承压能力提高5倍以上;对钻井液性能无不良影响;其可以降低钻进时的转盘扭矩,降低起下钻及接单根时钻具的摩阻,降低黏滑比,为该井的快速安全钻井施工提供了有效保障。     

高密度钻井液用润滑剂SMJH-1的研制及性能评价

针对高密度钻井液对润滑性能的要求,采用多元醇、含双键的长链脂肪酸、矿物原料等为原料合成一种高密度钻井液用润滑剂SMJH-1,其为一种接入具有极压抗摩能力化学元素的大分子酯。性能评价结果表明,润滑剂SMJH-1加量为1%、2%和3%时,润滑系数降低率为24.2%、33.6%、38.3%,具有良好的润滑性,抗温达180℃,抗盐达30%,对密度为1.4~2.0 g/cm3的高密度钻井液在150℃、16 h老化前后流变性能影响较小,并有助于高温高压滤失量的控制。SMJH-1通过物理化学吸附作用和侧向黏附力在钢质表面形成固态膜,增强表面的疏水性,控制流动界面内的固有涡流,减少摩阻压力。该润滑剂在元陆601H和元陆31井进行了试验应用,取得较好的润滑效果。      

逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF

研制出了一种逆乳化凝胶润滑封堵剂XZ-RF,分析了其作用机理,对其润滑性和封堵性进行了评价。实验结果表明,XZ-RF具有很好的润滑能力,1%的加量即可将膨润土浆摩阻系数降低60%,当XZ-RF加量为3%时,可将膨润土浆摩阻系数降低80%以上,且XZ-RF在聚合物钻井液能表现出良好的润滑性;XZ-RF具有好的抗温、抗盐封堵能力,可将膨润土加重浆160℃高温高压滤失量降低65.8%,将欠饱和盐水加重浆120℃高温高压滤失量降低86.8%。XZ-RF在新疆油田2口预探井进行了现场应用,均取得了较好的效果,而且该产品无荧光,具有更大的应用范围。      

氨解改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂

大豆卵磷脂为双脂肪酸甘油磷脂衍生物,结构中富含磷酸酯基、羟基、氨基等润滑吸附基团,但是其结构中双脂肪酸甘油酯疏水性过强、分散性过低,无法直接作为钻井液润滑剂。将大豆卵磷脂、醇胺、催化剂、矿物油分散剂混合加热反应获得改性磷脂润滑剂,采用红外光谱与核磁共振磷谱分析了醇胺氨解大豆卵磷脂的机理。通过摩擦磨损实验确定了改性磷脂润滑剂的抗磨耐磨能力。对比其他市售润滑剂,分别测试了改性磷脂润滑剂的润滑性能、高温稳定性能、抗盐抗钙性能,最终测试了改性磷脂润滑剂对聚磺钻井液的配伍性能以及润滑提升能力。氨解改性工艺中醇胺的最佳加量为10%～25%,醇胺能够氨解大豆卵磷脂中脂肪酸酯形成脂肪酰胺,从而降低其结构中疏水脂肪链成分,提升其水分散性。氨解所形成的羟基进一步与磷酸酯阴离子发生分子内酯化反应形成五元环状磷酸酯,掩蔽磷酸酯阴离子。所形成的改性磷脂润滑剂具有优异的润滑性能、高温稳定性能、抗盐抗钙性能以及钻井液配伍性能,具有潜在钻井液润滑应用前景。      

耐高温高盐钻井液润滑剂的研制与性能评价

针对深井超深井钻井过程中高扭矩和高摩阻等难题,利用硼酸、多元醇和长链脂肪酸等原料,合成出一种耐高温高盐钻井液润滑剂SOB,该润滑剂在高温高盐条件下具有良好的润滑性能。在5%基浆中加入1%润滑剂SOB后,润滑系数降低率为92.7%,泥饼的黏附系数降低至0.0405,极压润滑持效性强;210 ℃下润滑系数降低率保持在90.2%,210 ℃、35%NaCl条件下润滑系数降低率保持在81.3%。高温高盐条件下SOB在高密度钻井液中配伍性良好,200 ℃老化后对钻井液的流变性无影响,能够降低钻井液滤失量,润滑系数降低率为45.09%,相比常规润滑剂性能优越,这是由于润滑剂能够在钻具表面有效吸附,形成一层疏水性较强的膜,使钻具与井壁的直接接触变成了润滑膜之间的接触,从而降低摩擦。      

极性吸附钻井液润滑剂的研究进展与发展趋势

随着深井、超深井、大斜度井、定向井及水平井等复杂井不断增多,高摩阻对于水基钻井液的润滑性能提出了更高的要求。具有极性吸附功能钻井液用润滑剂,能够有效地增强其在摩擦表面的吸附强度,提高钻井液的润滑性能。综述了近年来具有极性吸附功能钻井液用润滑剂,包括醇醚类、植物油酯及其衍生物类、长链烷基葡萄糖苷和极压润滑剂的研究进展。在此基础上,介绍了具有金属钻具表面吸附以及多吸附点功能润滑剂的发展趋势。总体而言,钻井液润滑剂的润滑性能与其结构中的吸附基团的极性、类型与数量具有密不可分的关系。具有较强极性的氨基或酰胺基在钻具或井壁表面的吸附能力强于较弱极性的羟基或醚键。极压润滑基团硫、硼酸酯、以及磷酸酯能够在极压条件下,通过化学反应的形式吸附于钻具金属表面。另一方面,含氮杂环化合物能够牢固地吸附于金属钻具表面,形成络合吸附膜。具有多个极性吸附基团的润滑剂能够在摩擦表面形成多点吸附,可有效增强润滑膜的强度。      

水平井高密度钻井液润滑减阻技术研究及现场试验

高密度水基钻井液在水平井钻井中普遍存在润滑性较差、摩阻较大等问题,为此研究了润滑减阻技术。分析了高密度水基钻井液润滑减阻性能的影响因素,研制了以长链脂肪酸植物油为原料的润滑剂RHJ-1。性能评价结果表明:RHJ-1能使5.0%膨润土浆的极压润滑系数降至0.040;密度2.10 kg/L的钻井液加入RHJ-1后,其润滑系数最低可降至0.105,抗温能力达到150 ℃;钻屑加量为10.0%和15.0%、RHJ-1加量增大至4.0%时,钻井液的润滑系数最大降低率达55.58%。为了保证水平井钻井时高密度钻井液的润滑减阻作用,还采取了控制固相含量、利用加重剂 “轴承”效应等多种技术措施,形成了水平井高密度钻井液润滑减阻技术。该技术在西南某深层页岩气区块WY23-4HF井进行了现场试验,完钻时起钻摩阻仅300 kN,完全满足水平段钻井的润滑减阻要求。研究结果表明,水平井高密度钻井液润滑减阻技术可行,效果良好,值得推广应用。      

新型纳米乳液润滑剂NMR的研制

针对常用的油类润滑剂环境污染和水基润滑剂持效性差等问题,研制出一种水包油型纳米乳液润滑剂NMR。评价其各项性能指标结果为：润滑剂密度为0.94 g/cm³,表观黏度为15.5 mPa·s,放置40 d不分层。在膨润土基浆中加量为1％时,润滑系数降低率为85％;在常用的聚合物钻井液和磺化钻井液中加量为1％时,润滑系数降低率为78％以上,且对钻井液流变性无影响,略有降滤失作用;160 ℃下热滚动40 h后钻井液润滑性略有下降;NaCl加量增加,润滑性提高。     

碱探1井超高温水基钻井液技术

碱探1井是位于柴达木盆地中央鼻隆带碱山构造的一口重点风险探井,钻探的主要目的是探索碱山构造基岩含气性,该井完钻井深为6343 m,实测井底最高温度达到235℃,为目前国内陆上钻井井底温度最高记录之一。该区块地层存在裂缝发育、长段膏泥岩层、高压盐水层、高浓度CO₂、高地温梯度,施工过程中井塌、井漏、溢流、膏泥岩层蠕变缩径等复杂因素相互交织。室内通过开展超高温稳定性能、流变性能以及超高温下的滤失性控制等方面的技术攻关,在有机盐钻井液的基础上,通过对国内外超高温降滤失剂、封堵防塌剂、润滑剂、热稳定剂等的筛选及优化,形成碱探1井抗240℃超高温有机盐水基钻井液的最终配方。该配方钻井液在老化72 h后,高温高压滤失量保持在10 mL以内、润滑系数小于0.1、砂床侵入深度小于12 cm。另外,该井四开、五开钻遇微裂缝及基岩风化壳,裂缝多次发生漏失,优选耐温性能良好的刚性、柔性及胶质封堵材料,形成了碱探1井超高温堵漏技术配方,漏失井段承压能力逐步提高,为超深井段的井壁失稳和井漏的预防治理发挥了关键作用,顺利完成了柴达木盆地第一超高温井碱探1井的钻探保障任务。      

纳米成膜剂NM-1的合成及其在钻井液中的应用研究

纳米钻井液处理剂具有超强吸附、降低摩阻以及细微堵孔的能力，能更好地稳定井壁和保护储层。利用微乳液聚合法合成了有机纳米成膜剂NM-1。Mastersizer2000型激光粒度仪的测定结果表明，NM-1的平均粒径为65nm。对比研究了NM-1与成膜剂CH1203B、CMJ-2、PVA、纳米SiO2对钻井液流变性和API滤失性能的影响，得出NM-1具有较好的控制滤失和降黏作用；成膜实验证明了NM-1在岩心端面形成了不透水隔离膜；抗盐实验表明NM-1在低浓度下的抗盐能力较强，浓度一旦大干5％时其抗盐能力较差，可以通过改变乳化剂的类型（如用非离子型表面活性剂）来提高其抗盐能力。     

川深1井钻井液关键技术

川深1井是中石化部署在川东北地区的一口超深预探井,完钻井深为8420.00 m。该井面临着井温高、地层条件复杂、地质资料少及井壁易失稳等诸多技术难点。针对高密度钻井液技术难点,通过室内实验优选出抗高温处理剂:2% SPNH、2% SMP-3、0.5% SMPFL（DSP-1）、3% SMT（SMS-H）、3% RHJ-3、1% HPA、3%纳米SiO₂。通过钻井液体系正交实验得出了流变性好、抑制性强、抗温性强、沉降稳定性好、抗污染能力强的高密度聚磺钻井液,并在该井四开井段取得了成功应用。最后,对现场应用过程中的钻井液关键技术进行了系统的阐述,如气液转换技术、特殊地层处理方法、钻井液的现场维护技术措施及保护油气层技术等,主要取得以下认识:①加重时循环混入低黏度切力的高密度钻井液,逐步降低膨润土含量;②通过固控设备严格控制固相含量;③钻遇盐膏层时可提高钻井液密度,并严格控制滤失量,保证钻井液pH值不低于10;④酸性地层可适量提高Cl-含量对钻井液进行预处理提高其抗盐性能;⑤破碎地层须提高钻井液密度并加入相应处理剂,从力化耦合角度防止井壁失稳;⑥易漏地层应严格控制钻井液密度,适当减少排量及提高黏度和切力,可加入不同粒径可酸化的封堵材料,进行屏蔽暂堵。      

硅酸盐钻井液实验研究

在对硅酸盐钻井液发展进行调研的基础上，针对当前硅酸盐钻井液研究中的不足，进行了室内实验研充，包括：硅酸盐钻井液与常用钻井液处理剂的配伍性；无机盐含量、膨润土含量、硅酸盐模数、硅酸盐加量对硅酸盐钻井淑性能的影响。结果表明。硅酸盐钻井液与含有铵、钙等离子的处理剂如NH4PAN、PAC-141等不配伍，与WF-1和XY-28的配伍性也不是很好，与SD-102、高温高压降滤失剂SPNH、HV-CMC、LV-CMC等处理剂的配伍性鞍山；在兮适的有机处理剂下。KCl和NaCl对硅酸盐钻井液流变性和滤失量的影响较小，而CaCl2的影响较大；硅酸盐的模数越大，钻井液抑制页岩分散的能力越强，防塌性能越好；随着硅酸钠加量的增大，黏土对硅酸钠的吸附量不断增大（在100g／L以上）。硅酸钠加量不变，随着温度的升高。黏土对硅酸钠的吸附量也增大，而且增幅逐渐变大，说明吸附主要为化学吸附。     

一种钻井液用高效抗磨润滑剂

长水平井段高摩阻扭矩及深井高温高压环境,对钻井液润滑剂的润滑抗磨能力提出了更高的要求。传统钻井液用润滑剂难以满足上述技术要求。基于“固-液”协同高效润滑技术思路,优选改性植物油MVO-3、改性可膨胀石墨GIC,结合分散剂、乳化剂的优选及制备条件的优化,研制出了一种高效抗磨润滑剂SDL-1。评价结果表明,5%淡水基浆、4%盐水浆中加入0.5% SDL-1时,其润滑系数降低率分别为不小于85%、大于70%。SDL-1与现场钻井液的配伍性良好,抗温达150℃,起泡率低,且荧光级别小于5级。销-盘式摩擦磨损实验结果表明,SDL-1的抗磨耐磨效果优良,润滑持效性较好,可有效缓解或解决复杂井高摩阻扭矩技术难题,具有良好的推广应用价值。      

涪陵焦页18-10HF井水平段高性能水基钻井液技术

焦页18-10HF井是中石化在涪陵页岩气田部署的一口开发井,完钻井深4560 m,水平段长度1378 m。该工区三开井段页岩脆性矿物含量高,微纳米级孔隙裂缝和层理发育,一直使用油基钻井液应对井下复杂情况。针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性,通过核心处理剂端胺基聚醚抑制页岩表面水化,植物油酰胺极压减摩剂有效润滑减阻,纳米封堵封固,构建了JHGWY-1高性能水基钻井液,页岩滚动回收率大于98%,极压润滑系数0.16,钻井液封堵泥饼承压超过10MPa,满足龙马溪五峰组页岩微裂缝发育、脆弱胶结面对封堵封固及水平段润滑减阻要求。该体系首次在涪陵工区的焦页18-10HF井三开井段代替油基钻井液,在设计垂厚10 m、实钻8~10 m的五峰组中顺利穿行,起下钻畅通,钻完井顺利。该体系表现出良好的流变性、低滤失量和稳定页岩井壁能力,完井作业顺利,满足了该井三开钻完井工程需要。      

水基钻井液用润滑剂SDL-1的研制与评价

高摩阻高扭矩问题是制约水基钻井液在大位移长水平段井应用的因素之一。针对这一问题,利用长链脂肪酸、小分子多元醇等原料,合成出了多元醇合成酯主剂,然后与极压添加剂复配形成水基钻井液用润滑剂SDL-1。性能评价结果表明,4%淡水基浆中加入1%润滑剂SDL-1,润滑系数的降低率为85.2%,泥饼的黏附系数降低率为59.3%;在150℃下老化16 h后,润滑系数的降低率可达94.0%,泥饼的黏附系数降低率为62.3%;在180℃下老化16 h后,润滑系数降低率仍可达90%,因此润滑剂SDL-1可抗温180℃;此外还能抵抗30% NaCl和30% CaCl₂的污染。四球摩擦实验表明,经30 min摩擦后,SDL-1能有效减少划痕,降低表面磨损,抗磨效果优于国外润滑剂DFL。在2.0 g/cm3无土相钻井液体系和2.2 g/cm3环保钻井液体系中加入2%的SDL-1润滑剂后对体系的流变性影响较小,并能将体系的润滑系数降至0.08。整体而言,SDL-1具有良好的润滑性能和抗温抗盐污染性能,在深层大位移井中具有一定的应用前景。      

一种环保油基钻井液体系

针对目前油基钻井液存在因所含矿物油和处理剂的生物毒性大,而被限制或禁止排放的问题,制备出生物毒性低的油基钻井液基油,合成高效低毒的一体化乳化剂和新型高凝胶改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了一套环保型油基钻井液体系。该钻井液体系的生物毒性LC₅₀达到15 000 mg/L以上,生物可降解性好;体系的流变性良好,破乳电压达到800 V以上,高温高压滤失量小于6 mL;钻井液体系能抗5%石膏、5%钻屑和15%盐水污染;该油基钻井液应用性良好,油水比可在60/40～90/10的范围内调节,密度可在1.25～2.0 g/cm3范围内调节,抗温可达220 ℃,高温稳定性良好。研究结果表明,环保型油基钻井液具有低毒环保、可降解等优势,抗污染、抗高温、稳定性强、可调节范围广,完全可满足较复杂地层和环境保护要求高区块对钻井液的要求。      

Environment friendly fluid loss additives to protect the marine environment from the detrimental effect of mud additives

The exploration and exploitation of hydrocarbon from the ocean dictate the use of environment friendly muds and mud additives to protect the existing wealths such as fishes, coastal areas and other habitats of the ocean. Hence, the preservation of the Australian as well as global ocean environments from the detrimental effects of muds and mud additives dictates the design of better environment friendly drilling mud systems using mud additives having no/negligible environmental impact. This paper describes the fluid loss characteristics of several starches and provides a comparative assessment with respect to a widely used modified starch.Experimental results indicate that some of the starches have static and dynamic fluid loss characteristics similar to or better than those of a widely used modified starch used by the mud industry. The static fluid loss properties measured after thermal treatment at different temperatures indicate that the newly developed starch products can be used as fluid loss additives for drilling boreholes having bottom hole temperature up to 150 °C.The products developed by gelatinization using a reactive extrusion technique have negligible impurities, need no solvent during gelatinization, produce no waste water as a by-product and thus are suitable for environment sensitive areas. The products have been developed from local resources and have lower manufacturing cost and thus expected to decrease the cost of drilling mud significantly.