南极地区低温钻井液研究进展与发展方向

通过系统梳理南极地区钻井的特点、南极低温条件对钻井液的性能要求、低温钻井液的研究进展,找出了目前存在的问题,指出了南极低温钻井液的发展方向。南极地区钻井主要包括雪层、冰层和冰下岩层钻井,南极低温条件下钻井面临4个方面的问题：(1)钻井区低温、温度变化跨度大;(2)雪层易井漏卡钻、冰层易蠕变、暖冰层易冰屑聚集卡钻、冰下岩层易井壁坍塌;(3)基础设施缺乏,后勤保障难度大;(4)环境脆弱,承载能力低。南极低温钻井液经过多年发展取得了一定的进展,研发了低温石油基钻井液、醇类钻井液、酯类钻井液和硅油类钻井液,但普遍存在耐低温不足、环保性能低以及井壁稳定性差等问题。为满足南极低温条件下钻井液的性能要求,未来必须深入研究低温钻井液作用机理,研发环境友好型低温钻井液基液及相关添加剂,构建环境友好型低温钻井液体系,建立可保持井壁稳定、提高钻遇冰层和冰岩夹层时的携屑能力的多功能一体化调控方法,进而形成现场配套施工规范,为南极钻井提供技术支撑。     

适用于深水水基钻井液的温敏聚合物流型调节剂

针对深水水基钻井液低温流变调控的要求，利用温敏聚合物在对温度响应的过程中有显著的流体力学体积和分子构象变化的性质，以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和丙烯酰胺（AM）为单体，合成了一种流型调节剂PNAAM。通过傅里叶红外光谱（FT-IR）表征了产物的官能团。热重分析显示产物初始热分解温度在300℃。浊度分析显示，单体配比和盐浓度均是通过影响分子链中亲水基团与水分子氢键的强度来影响产物的LCST（低临界溶解温度）。PNAAM在钻井液中4、25和65℃流变参数比值为AV_4℃∶AV_25℃∶AV_65℃=1.75∶1.22∶1、PV_4℃∶PV_25℃∶PV_65℃=1.8∶1.4∶1、YP_4℃∶YP_25℃∶YP_65℃=1.8∶1∶1.09。机理分析认为，温度小于LCST时，分子链中亲水基酰胺基团做主导，PNAAM分子溶于水，无可测量的流体力学半径；温度大于LCST时，分子链中疏水基做主导，PNAAM分子链之间疏水缔合作用增强，形成三维网状结构，黏度增大，聚合物粒度增大，泥饼膨润土颗粒更加致密有序。      

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。