无固相钻井液用增黏剂的合成

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,采用氧化还原引发剂水溶液聚合法合成了钻井液用增黏降滤失剂。通过单因素和正交实验确定了合成最优条件,并对产品的耐盐、耐温和降滤失性能进行评价。实验结果表明:在单体质量分数为37.5%、n(SSS)∶n(AMPS)∶n(AM)∶n(DMC)=1.5∶4.5∶9∶1、反应温度为45℃、引发剂用量为0.75%和pH=9条件下合成的聚合物具有较好的增黏、耐盐、耐温和降滤失性以及与其他钻井液添加剂有较好的配伍性。     

共聚物钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料,采用氧化还原引发体系合成了一种四元共聚物水基钻井液降滤失剂。确定了最佳合成条件:单体配比为AM/AMPS/AA/DMC=55∶30∶10∶5(质量比),引发剂加量各为0.3%(单体浓度为1),单体总浓度为20%(质量分数),反应温度为50℃,溶液p H值为7,反应时间为4 h。对聚合物进行了红外表征,合成产品与设计结构一致。钻井液性能评价结果显示:淡水基浆中聚合物加量为0.7%时,常温中压滤失量为6.0 m L,经过180℃老化后,API滤失量为8.2 m L,高温高压滤失量为11.6 m L;聚合物加量为1.0%时的页岩相对回收率达到99.4%。说明AM/AMPS/AA/DMC聚合物降滤失能力强,且热稳定性和抑制性能好。     

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。      

用分散聚合法制备水溶性两性离子共聚物

为了扩大分散聚合所合成聚合物的应用领域,在硫酸铵水溶液中以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,聚乙烯吡咯烷酮(PVPK12)为分散剂,2,2'-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(V-50)为引发剂,合成了可作为降滤失剂的两性离子共聚物。研究了硫酸铵浓度、AMPS浓度和单体总浓度对分散液表观黏度、颗粒粒径大小和聚合物特性黏数的影响,用红外光谱仪和核磁共振仪对共聚物的结构进行了表征,评价了聚合物的降滤失性能。结果表明,在单体加量为15%、单体摩尔比n(AM)∶n(AA)∶n(DMC)∶n(AMPS)=2∶5∶1∶2、V-50加量为0.0426%(以单体质量计)、PVPK12加量为1.4%(以水质量计)、温度55℃、p H=5的条件下制备的聚合物分子结构与设计相符,分散液中的聚合物颗粒为球形,分布均匀,粒径分布窄,在室温下存储稳定时长超过一年。硫酸铵和AMPS加量对分散液表观黏度和粒径的影响相同,均为随着加量的增大先降低后增加;随着硫酸铵浓度增大,聚合物的特性黏数先增加后降低,AMPS则相反。随着单体浓度增大,分散液表观黏度和颗粒粒径均增大。聚合物的降滤失性能较好。随着聚合物加量的增加,膨润土浆的中压滤失量、高温高压滤失量均逐渐减小并趋于稳定。采用分散聚合法制备的两性离子聚合物可作为降滤失剂用于钻井施工。     

耐温抗盐聚合物微球降滤失剂的制备与性能评价*

为揭示聚合物微球在钻井液中的性能特征,制备具有优良耐温抗盐性能的降滤失剂,以聚乙二醇水溶液为分散介质,丙烯酰胺、丙烯酸、多官能团丙烯酸酯为主要单体,聚丙烯酸为分散稳定剂,采用氧化还原引发体系,通过水分散聚合方法合成了微米级亲水性阴离子型交联聚合物微球。采用粒度分析、扫描电镜等方法表征了聚合物微球的粒径大小及形貌,研究了聚合物微球对钻井液性能的影响。结果表明,制备的聚合物微球为平均粒径小于10μm的球状颗粒材料,能有效降低钻井液滤失量,对钻井液流变性的影响较小,耐温性能优良,其起始分解温度为290.3℃。组成为4%膨润土+3%聚合物微球的钻井液经200℃老化16 h后的滤失量可保持在10.5mL。该聚合物微球降滤失剂具有优良的抗盐抗钙性能,组成为4%膨润土+3%聚合物微球的钻井液在加入NaCl或CaCl_2后的表观黏度、塑性黏度以及动切力变化较小,NaCl加量为2%和CaCl_2加量为1%时的滤失量分别为11.0、14.0 mL,显示出优良的抗盐(钙)污染能力。图3表6参10     

抗高温微交联聚合物降滤失剂的制备与性能评价

为提高聚合物降滤失剂耐温抗盐性和与高密度高固相深井钻井液体系的配伍性,以自制的六烯基单体TDED为交联剂,与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基共聚反应,制得微交联共聚物降滤失剂PTAPN。通过红外光谱仪表征了产物结构,研究了PTAPN的抗温耐盐性及与不同密度钻井液的配伍性。结果表明,产物分子结构与设计相符。PTAPN在高温、高矿化度环境中具备良好的降滤失性能。加入2%PTAPN后,淡水与复合盐水基浆240℃老化前后的黏度增加,滤失量大幅降低。PTAPN与不同密度水基钻井液的配伍性良好,可有效控制密度为2.30 g/cm3的加重钻井液在高温环境中的流变性与滤失量。当老化温度为240℃时,加重钻井液的API滤失量与高温高压滤失量分别为2.6 mL和12.6 mL,远小于含常规线性聚合物降滤失剂的钻井液。PTAPN适于作为高温高密度钻井液体系的降滤失剂。     

基于聚合物微球的复合降滤失剂的制备与性能评价

为制备耐温抗盐性能优良的钻井液降滤失剂,以丙烯酰胺、丙烯酸和多功能团丙烯酸酯为主要原料制备了聚合物微球（PMS）,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮为主要原料制备了线性聚合物（PAAN）,采用PMS与PAAN复合的方法制备了聚合物微球复合钻井液降滤失剂（CLS）。采用热重分析、扫描电镜、Zeta电位分析和钻井液性能测试等方法评价了CLS的性能。结果表明,由PMS和PAAN复合而成的降滤失剂CLS组分间具有协同效应,降滤失作用好于任一单一组分。CLS对钻井液流变性的影响小,降滤失效果优良。对于膨润土含量为4%的钻井液,CLS加量在0-1%范围内变化时表观黏度变化幅度在±2.0 mPa·s以内,加量为0.6%时钻井液滤失量可降至6.0 mL。CLS起始分解温度为276℃,组成为4%膨润土+1.2% CLS的钻井液经180℃老化16 h后的滤失量保持在9.0 mL;在加入6%的NaCl后滤失量仅由5.5 mL增至7.0 mL,表现出优异的耐温抗盐性能。     

一种用作钻井液增黏剂的反相微乳液的性能研究

以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）为单体,采用反相微乳液聚合合成了微乳液型钻井液增黏剂AM/AA/AMPS/DMAM。该增黏剂直接以微乳液的形式加入到钻井液体系中,当加量达到0.6%时（30℃）,钻井液的表观黏度（AV）、塑性黏度（PV）、动切力（YP）和滤失量（FL）分别为26.5 mPa·s、16.0 mPa·s、10.5 Pa和14.2 mL。随热滚温度的升高,含1.0%增黏剂钻井液的AV、PV、YP均呈下降趋势,FL增大,但在150℃内的变化较小,耐温性较好。含2.0%增黏剂钻井液抗NaCl侵可达饱和,抗CaCl₂侵可达0.6%。该反相微乳液增黏剂与常规的钻井液增黏剂80A-51相比,其耐温抗盐性能有了较大幅度的提高。图1表6参6     

阳离子聚丙烯酰胺微球水溶液的剪切性及黏弹性能

为揭示阳离子单体和交联剂浓度对阳离子聚丙烯酰胺微球水溶液的剪切性及黏弹性的影响规律,以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)等为原料,通过反相乳液聚合法制备了阳离子度为2%数20%、交联度为0和阳离子度为10%、交联度为0.05%数0.2%的微球。采用高温高压流变仪研究了聚合物微球溶液的耐温耐剪切性、剪切恢复性以及黏弹性。结果表明,聚合物微球溶液的耐温耐剪切性优良,在80℃、170 s~(-1)的条件下剪切2 h的黏度仍能保持在150 mPa·s以上。增加阳离子度,微球溶液抗剪切性和剪切恢复性增强,黏度保留率从30.79%增至68.56%;加入交联剂,微球溶液的稳定性增强,黏度保留率高达85.38%,但微球溶液的整体黏度降低。在0.01数10 Hz频率扫描范围内,聚合物微球溶液的弹性模量始终大于黏性模量,具有良好的弹性;且随着阳离子度增加,微球溶液的黏弹性模量呈增大趋势;随着交联度增加,微球溶液的黏弹性模量先增大后减小。图8参13     

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。