抗高温油基钻井液润湿剂的研制及性能评价

抗高温润湿剂是配制抗高温油基钻井液的一种重要处理剂。通过有机胺、脂肪酸和乙二酸合成了抗高温油基钻井液润湿剂(TRWET)。室内对比评价了抗高温润湿剂、十二碳炔二醇聚氧乙烯醚类表面活性剂(SUPERWET)和阳离子表面活性剂(CTAB)3种润湿剂的表面张力、接触角和吸光度提高率。实验结果表明:3种润湿剂改变重晶石润湿能力从强到弱的顺序依次为TRWET,SUPERWET,CTAB,合成的TRWET具有更好的润湿能力。TRWET加入油基钻井液中,不仅可以改善油基钻井液性能,而且抗温可达200℃。     

基于Pickering乳状液的油基钻井液乳化稳定性能研究

将纳米材料形成的Pickering乳状液机理引入到油基钻井液中,形成了新型的油基钻井液。室内研究出了强亲油性的纳米材料CQ-NZC,对其形成的油基钻井液乳状液稳定性及影响因素进行了研究。实验表明,由该纳米材料CQ-NZC形成的乳状液极为稳定,破乳电压可达到2 000 V以上,有机土、润湿剂、降滤失剂及密度调节剂(重晶石和中空玻璃微珠)的加入后均会使乳状液稳定性降低,但在一定范围内乳状液还是具有一定的稳定性能,纳米材料形成Pickering乳状液的油基钻井液体系具有很深的研究价值。     

油基钻井液润湿剂评价新方法

润湿剂是油基钻井液关键处理剂之一,目前尚未建立油基钻井液润湿剂评价标准。针对现有油基钻井液润湿剂评价方法的不足,基于油相塑性黏度、重晶石颗粒在油相中沉降速率、重晶石颗粒在油中的沉降体积等参数,建立了一种新的简单易行的油基钻井液润湿剂评价方法。选用了3种油基钻井液润湿剂A、润湿剂B及润湿剂C进行了润湿性能评价,基于以上评价参数,润湿剂的润湿性能优劣顺序依次为润湿剂C、润湿剂A和润湿剂B。为进一步验证所建立的油基钻井液润湿剂评价方法的可行性,通过实验评价了以上3种润湿剂的接触角以及加入以上3种润湿剂后油基钻井液的性能,研究结果表明,所建立的新的评价方法能有效评价油基钻井液润湿剂的润湿性能。      

深水钻井条件下气制油合成基钻井液低温流动性室内研究

气制油是一类新型合成基础油,具有粘度低、不含芳烃和生物降解性好等特性。研究了在深水钻井条件下影响气制油合成基钻井液低温流动性影响因素;结果表明,乳化剂类型、油水比变化、有机土加量等是影响气制油合成基钻井液低温流动性的主要因素;在此基础上优选出气制油合成基钻井液配方:70%气制油+30%盐水+3%有机土+4%乳化剂+0.5%润湿剂+3%降滤失剂+2%石灰。对比分析了线性α-烯烃、5号白油和气制油基油包水钻井液粘温特征,结果表明,气制油合成基钻井液具有较好的低温流动性,完全可以适用于深水钻井。     

白油中高成胶率有机土HMC-4的研究

有机土是油基钻井液中一种亲油胶体,主要功用是增黏提切和降滤失。目前常规有机土在芳香烃含量高的柴油中成胶性能好,而在芳香烃含量低的白油或气制油中成胶性能则差;但是柴油的生物毒性较大,随着人类环保意识的增强,在钻井液中使用柴油作为基础油受到了很大的限制,而将更多使用生物毒性小的白油或气制油。针对常规有机土在白油或气制油中成胶性能差的问题,通过优选土粉、有机覆盖剂及工艺条件,采用干法工艺制得有机土HMC-4,并对其性能进行了评价。结果表明,有机土HMC-4在5#白油中具有好的成胶性能,胶体率可达72%。以5#白油为基础油,由有机土HMC-4配制的全油基钻井液具有较高的切力和较低的滤失量,使钻井液具有了较好的稳定性和携岩性,可满足钻井工程要求。     

抗160℃超高密度柴油基钻井液体系

由于油气勘探开发逐步向深层、非常规等油气藏发展,要求采用抗高温超高密度油基钻井液钻进,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动/静沉降稳定性。研讨了抗160℃超高密度柴油基钻井液配方。通过大量实验得出,采用重晶石加重,无法配制出具有良好流变性能与动沉降稳定性能的超高密度柴油基钻井液;形成了抗160℃密度为2.4～3.0 g/cm3超高密度柴油基钻井液配方为,0#柴油与25%氯化钙盐水的质量比为90∶10,加入有机土+0.8%主乳化剂+1%辅乳化剂+1%润湿剂+5%降滤失剂+3% CaO+加重剂（重晶石∶MicroMax为6∶4）,其中有机土加量随钻井液密度增加而下降,密度为2.4、2.6、2.8和3.0 g/cm3的柴油基钻井液,最佳有机土加量分别为1%、0.5%、0.3%、0。      

新型油基降滤失剂FCL的研制及评价

采用α-烯烃与苯乙烯乳液聚合的方法,利用乙酸酐与浓硫酸进行适度磺化,得到一种亲白油的高分子量聚合物,这种高聚物经过进一步氢化反应,制得一种油基钻井液降滤失剂FCL,其在白油中以胶体形式出现,不会破坏钻井液性能,同时这种胶体尺寸能封堵泥饼中的孔隙,从而达到降滤失的效果。性能评价结果表明,其最佳加量为1.5%,在180℃、3.5 MPa的高温高压滤失量为8.4 m L,优于国外同类产品phlips D21;在密度低于1.5 g/cm3时,油基降滤失剂FCL对油基钻井液的流变性影响较小,在高密度油基钻井液中,表现出更高的降切性能,可使密度为2.0 g/cm3的油基钻井液动切力维持在15 Pa以下。     

深水线性α-烯烃合成基钻井液性能室内研究

合成基钻井液在深水钻井中应用非常普遍.针对线性α-烯烃基液,研究了乳化剂种类、油水比、有机土加量等因素对钻井液性能的影响,在此基础上优选出了一种合成基钻井液配方,即:油水乳状液+3%有机土+4%乳化剂E+0.5%润湿剂+3%降滤失剂,水相的体积分数不超过30%.对比分析了线性α-烯烃、白油和气制油基油包水钻井液性能,结果表明,线性α-烯烃合成基钻井液具有更好的低温流动性,更适宜于深水钻井.     

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。      

交联型油基钻井液降滤失剂的合成及性能评价

通过测试不同矿源腐植酸样品的特征常数E4/E6值,筛选出了腐植化程度高的腐植酸,然后采用不同碳链长度的脂肪胺结合适量的交联剂对该腐植酸进行亲油改性和适度交联,研制出了新型油基钻井液降滤失剂SDFL.红外光谱分析表明,新研制的SDFL中的一部分羧基被脂肪胺封闭;SDFL适用于白油基和合成基钻井液,能抗200℃高温,抗岩屑(24％岩屑)、盐水(20％CaCl2水溶液)污染能力强;与钻井液的配伍性好;可使油基钻井液滤失量降低85％以上,对油基钻井液的流变性影响小,降滤失性能优于中国产品,与国外同类产品水平基本相当.     

生物柴油包水钻井液体系

生物柴油主要成分是脂肪酸烷基酯,其闭杯闪点高不易着火,且不含或含少量硫和芳香烃,其性能稳定、毒性低、无荧光性,对测井无影响,是良好的酯基钻井液基液。因常规油基钻井液处理剂与生物柴油配伍性较差,笔者针对生物柴油包水钻井液的处理剂进行了优选,优选出主乳化剂TC-PEM、辅乳化剂TC-GSEM、提切剂UP-GEL和降滤失剂UPGEL,并通过对生物柴油包水钻井液性能评价实验,研制出3种不同密度的生物柴油包水钻井液体系。该体系具有良好的抗温性,抗温为120℃,抗淡水侵能力为15%、抗CaO能力为2%;生物柴油包水钻井液体系生物降解性评级为容易,是一种环境友好型钻井液体系。现场应用表明,该钻井液具有良好的流变性能,提高了机械转速,大幅度缩短了建井周期。      

国产油基钻井液CQ-WOM首次在页岩气威远H3-1井试验

在分子结构设计的基础上,研发了油基钻井液乳化剂CQ-ETS、纳米材料CQ-NZC、降滤失剂CQ-FBY、封堵剂CQ-BFX、流型调节剂CQ-RZL和润湿剂CQ-WBP在自主研发的六种处理剂的基础上,形成了抗,温120^oc,最高密度2.30g/cm³,适用于页岩气钻井的无土相强封堵油基钻井液体系CQ-WOM,并首次在页岩气
威远H3-1井试验成功。现场应用结果表明,CQ-WOM体系综合性能优良,具有良好流变性、抑制性、润滑性和储层保护特性;破乳电压大于1000v;封堵性与滤失造壁性能优异,高温高压滤失量小于2mL（120^oc测定）。该体系现场施工维护工艺简单,无需频繁的处理。     

VIS-3型油基钻井液增黏剂的合成及其流变性能测试

以高级脂肪酸、二乙烯三氨为主要原料、浓H2SO4为催化剂,利用缩合法得到浅黄色片状或颗粒状的增黏剂。测试了增黏剂在三种体系,即5号白油、5号白油+有机土体系以及全油基钻井液体系中的流变性能,考察了增黏剂加量、钻井液密度对全油基钻井液流变性能的影响。全油基钻井液配方为:5号白油、3.0%有机土、2.0%降失水剂A、2.0%降失水剂B、0.5%CaO、3.0%超细重质CaCO3、0~180%重晶石、0.2%润湿剂、0~2.0%自制增黏剂。结果表明,在不同体系中加入1.0%VIS-3型增黏剂后,热滚前后均能较好成胶,体系未出现分层和沉淀。该增黏剂在三种体系中均有较好的增黏效果。当增黏剂的加量由0增至2.0%时,全油基钻井液热滚前的φ3(黏度计3转下的读数)由2增至27,静切力(Gel,Pa)由2/2增至26/27,塑性黏度(PV)由58降至28 mPa·s,动切力(YP)由3.5增至20 Pa,API滤失量由5降至3 mL;150℃热滚16 h后的φ3由2增至21,Gel由4/5增至22/25,PV由59降至24 mPa·s,YP由3.5增至21 Pa,API滤失量由4降至2 mL。当含1.0%VIS-3型增黏剂的全油基钻井液密度由0.9×103增至2.0×103kg/m3时,老化前的φ3由2增至10,Gel由2/3增至10/11;老化后的φ3由2增至7,Gel由2/3增至9/11。钻井液密度增加,增黏剂对全油基钻井液的增黏作用增强。钻井液密度相同时,老化后的φ3和Gel略有降低。钻井液密度对PV和YP的影响没有明显规律,总体影响不大。     

油基钻井液用憎液性纳米封堵剂

为了解决油基钻井液在页岩气藏钻遇井壁失稳的难题，以纳米材料物理封堵和改变岩石表面润湿性为研究思路，通过溶胶-凝胶法对纳米二氧化硅进行表面改性，合成具有憎液性能的纳米封堵剂SNP-1。利用核磁共振进行分子结构表征，同时结合扫描电镜等微观实验和自然渗吸等宏观实验对其性能进行评价。结果表明，合成的纳米封堵剂SNP-1具有预先设计的基团，其能够使页岩表面液相接触角大于150°，反转毛细管附加压力为阻止液相进入孔喉的阻力，进一步降低岩心自然渗吸油含量；150℃老化后，使得油基钻井液的高温高压滤失量低至2.4 mL，破乳电压达800 V以上，能有效阻止页岩岩心的压力传递。      

油包水钻井液降滤失规律研究

钻井液滤失性是钻井液的重要性能。通过对加入不同降滤失剂的油包水钻井液体系滤失规律的试验研究,表明油基钻井液体系的滤失性和水基钻井液有着相同的规律,滤失量的大小和时间的平方根呈线性关系,油包水钻井液降滤失剂的评价方法可以采用与水基钻井液相似的方法进行评价,但是需要对破乳电压进行测定。当油基钻井液体系经过高温老化后,油包水钻井液的滤失量会大幅度降低,这使得油基钻井液在高温地层钻井时有很好的优势,能更好地维持钻井液的性能稳定。     

超高温高密度油基钻井液研究与性能评价

深层超深层油气钻探中面临着超高温高压、高压盐水、巨厚盐膏层和泥页岩层等复杂地质条件,导致油基钻井液的乳化稳定性、流变、滤失损耗等性能极难调控。合成了不饱和酸酐接枝妥尔油脂肪烃基的咪唑啉酰胺类主乳化剂和辅乳化剂,选用抗高温增黏剂、流型调节剂、润湿剂和降滤失剂,采用API重晶石和超细硫酸钡复合加重,构建了超高温高密度油基钻井液配方。性能评价结果表明,该超高温高密度油基钻井液抗温达220 ℃,复合加重后流变性显著改善,密度最高可达2.8 g/cm3,可抗40%淡水、40%复合盐水、5%～10%泥页岩岩屑和5%～10%石膏污染;在65 ℃/常压～220 ℃/172.5 MPa下具有良好的流变稳定性和悬浮稳定性。该超高温高密度油基钻井液为深层超深层油气资源的安全高效钻探提供了技术支撑。      

高温高密度全白油基钻井液体系室内研究

为了满足页岩油、气等非常规油气及复杂深井的钻井要求,研制了高温高密度油基钻井液用有机褐
煤降滤失剂,研发了高温高密度全白油基钻井液体系。研制的有机褐煤降滤失剂降滤失性能优良,抗温可达２００
℃。通过确定各主要处理剂的加量,研制了抗高温高密度的全白油基钻井液体系。实验评价表明,研制的高温高
密度全白油基钻井液抗温最高可达２２０℃,密度最高达２．４ｇ／ｃｍ^３
,具有沉降稳定性较强、滤失量低、储集层保护效
果好,抗污染性能较好等特点。     

微乳液型油基钻井液冲洗液技术

为了高效清除井壁及套管壁上残留的油基钻井液、提高水泥环与环空界面胶结强度,根据表面活性剂盐水溶液与油接触后表面活性剂组装形成油水界面膜包裹油相而原位形成微乳液的原理,以琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸钠(AOT)、异构十三醇聚氧乙烯醚(AEO5-13)的复配体系为主表面活性剂,以柴油或白油为油相制备微乳液,通过考察微乳液增溶参数、界面张力等主要性能指标,确定了微乳液型冲洗液配方:KCl盐水(清洗柴油基钻井液时质量分数为7%,清洗白油基钻井液时质量分数为10%)+4%AOT+3%AEO5-13+6%正丁醇,并评价了该冲洗液的润湿反转能力、冲洗效率及与钻井液和水泥浆的相容性。研究结果表明,随盐度增加,微乳液相态经历Winsor Ⅰ型到Winsor Ⅲ型再到Winsor Ⅱ型的转变,Winsor Ⅲ型微乳液具有最佳的增溶参数和界面活性,形成Winsor Ⅲ型柴油微乳液及白油微乳液的最佳盐度分别为7%和10%。微乳液型冲洗液的润湿反转能力强、冲洗性能优越,7 min对油基钻井液冲洗效率达95%以上,且与钻井液及水泥浆的相容性好。     

油基钻井液低温流变特性实验研究

采用正交实验和方差分析的方法,通过测定油基钻井液的流变曲线,研究了低温下影响油基钻井液塑性黏度、动切力的主要因素。结果表明,当油水比一定时,润湿剂和降滤失剂的交互作用对钻井液低温下的黏度影响最大,其次是润湿剂和有机土。采用二元表分析方法,优选出对温度最敏感和最不敏感的2套配方体系。考虑油水比和基油的种类对温度敏感性最弱的配方低温流变性能的影响,结果表明在一定温度范围内,塑性黏度随温度的升高而近似线性降低,油水比越低,变化的幅度越明显。相同温度下,5#白油体系的黏度和动切力最高且对温度的敏感性最强,合成基体系黏度低且对温度的敏感性弱。最终得到一套适合深水钻井的对温度敏感性最弱的油基钻井液体系。     

基于油基钻井液提高钻速的原理与方法

结合通用钻速方程和油基钻井液的特点,分析了油基钻井液对钻速正反两方面的影响,指出了影响机械钻速的主要因素是地层岩石特性,其次是井型和钻井液性能.提高机械钻速的主要途径包括钻头的合理选型、钻进技术参数的合理优化,以及钻井液配方与性能优化.通过调整钻井液配方与性能,使其能够有效清洁钻头、改变井底岩石的润湿性、大幅度提高钻井液的极压润滑性;向钻井液中加入中性润湿剂改变微裂隙表面润湿性;加入抗高温的油溶性高分子增黏提切剂代替有机土、氧化沥青等胶体颗粒,以便降低微米、亚微米颗粒含量,提高剪切稀释性和携岩效率,从而提高机械钻速.