改性腐植酸合成油基钻井液降滤失剂

采用有机胺对腐植酸进行改性,用做油基钻井液降滤失剂,以替代沥青类产品,提高机械钻速和保护环境。探索了合成产物性能的影响因素,并评价了在油基钻井液中的性能。改性腐植酸降滤失剂最佳合成条件为:腐植酸与有机胺 H60B 摩尔比15:6,反应温度190℃,反应时间8～9 h。改性腐植酸降滤失剂具有良好的降滤失效果,在加量为3%时,150℃高温高压滤失量为6.8 mL,好于沥青类降滤失剂,并且对钻井液流变性影响较小。     

新型抗高温油基钻井液降滤失剂的研制与性能

通过二乙烯三胺对腐植酸进行酰亚胺化交联反应,再利用十八烷基三甲基氯化铵对其进行亲油改性,制备了抗温达220℃的油基降滤失剂DR-FLCA。借助红外光谱、扫描电镜和热重分析,表征了降滤失剂DR-FLCA的分子结构、微观形貌和热稳定性,并通过实验评价了降滤失剂DR-FLCA对抗高温高密度油基钻井液流变性、电稳定性和高温高压滤失性能的影响。结果表明:降滤失剂DR-FLCA分子结构上有具有乳化功能的酰亚胺基、酚羟基和醇羟基等基团以及亲油长链铵,该降滤失剂微观结构为质地疏松的纤薄层片状聚集体颗粒,热分解温度为248℃。加有降滤失剂DR-FLCA的密度为2.4 g/cm3的油基钻井液在220℃老化16 h后高温高压滤失量仅为8.6 mL,破乳电压高达1154 V,塑性黏度为69 mPa·s,动切力为7 Pa,证明该降滤失剂在抗高温高密度油基钻井液中具有良好的降滤失性能、辅助乳化性能和降黏作用,高温高压降滤失性能(200℃)略优于贝克休斯和哈里伯顿降滤失剂产品(高温高压滤失量分别为5.4、8.2、6.5 mL),泥饼更薄、更坚韧,且对比体系老化后电稳定性均有不同程度的降低。      

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。     

自交联型油基钻井液降滤失剂的研制与评价北大核心

针对传统油基钻井液降滤失剂耐温性能不足、影响体系流变等问题,基于自交联改性思路,以N-羟甲基丙烯酰胺为功能单体,与丙烯酸丁酯和苯乙烯进行乳液聚合,研制了一种自交联型油基钻井液降滤失剂(BSN)。通过红外光谱仪、激光粒度仪和透射电镜表征了BSN的主要官能团、微观形貌和自交联特征。实验结果表明,BSN含有自交联功能基团羟甲基,平均粒径为247 nm,颗粒间具有明显的交联结构。热重测试结果显示,BSN热稳定性良好,初始分解温度高达355℃,显著高于非自交联型的降滤失剂BS(278℃)。在油基钻井液体系中添加1%的BSN,不仅不影响体系流变参数而且能够提高破乳电压,180℃下的高温高压滤失量仅为4 mL,滤失控制能力明显优于非交联型的降滤失剂BS以及3%的传统油基钻井液降滤失剂有机褐煤和氧化沥青。     

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.     

钻井液降滤失剂研究述论

介绍了国内油田用钻井液降滤失剂的研究近况,包括改性天然产物降滤失剂、合成聚合物类降滤失剂、合成树脂类降滤失剂、有机-无机复合降滤失剂、成膜降滤失剂和其他新型降滤失剂。总结了近年来钻井液降滤失剂研究的思路和方法,探讨了钻井液降滤失剂的发展趋势。     

降滤失剂作用机理研究——新型降滤失剂的研制

总结了降滤失剂的主要作用机理。探讨了丙烯类共聚物和CMC类降滤失剂作用机理和改进原理。通过引入羧酸钙盐并与大分子钙盐复配改进了HPAN类,研制出新型降滤失剂S-1。对CMC类进行了氰乙基化改性。实验结果表明,S-1具有较好的降滤失效果,S-1及改性CMC的耐温性、耐盐和耐Ca~(2 )、Mg~(2 )能力均得到了提高。证实了降滤失剂作用机理的研究结论是确实可信的。     

乳液聚合法制备油基钻井液降滤失剂及其性能评价

以长链丙烯酸酯和苯乙烯为主要单体,二乙烯基苯为交联剂,用乳液聚合法合成了具有微交联结构的油基钻井液用降滤失剂;通过红外光谱和扫描电镜对其结构和微观形态进行了表征,并对其在油基钻井液中的性能进行了评价。研究结果表明,该产品具有良好的降滤失能力,加量为3%时可以将油基钻井液在150℃时的高温高压滤失量控制在5 m L以下;同时适用于有土相和无土相油基钻井液,在200℃以内具有良好的降滤失效果,且对钻井液流变性能影响小。     

抗温270℃钻井液聚合物降滤失剂的研制

采用水溶液聚合引发体系,合成了抗高温聚合物降滤失剂HR-1。考察了基团比、单体摩尔比、体系p H、总单体用量、交联剂加量、引发剂加量等条件对HR-1性能的影响;并在淡水基浆和水基钻井液中对HR-1的性能进行了评价。采用FTIR,TG,DTG等方法对HR-1进行表征。综合考虑最优合成条件为:基团比为6∶4,单体摩尔比为10∶5,p H8,总单体用量(w)保持在60%~67%,交联剂加量(w)固定在7.0%~8.5%,引发剂加量(w)为0.3%~0.7%。实验结果表明,HR-1表现出良好的热稳定性和降滤失能力,抗温达270℃,在淡水基浆中HR-1加量为2.0%(w)时,中压滤失量(FL)由46.0 m L降至7.6 m L;抗温270℃钻井液体系高温稳定性好,流变性易于控制,FL小于4.0 m L,高温高压滤失量小于13.0m L。表征结果显示,反应单体发生了接枝共聚反应,并具有较强的热稳定性。     

水基钻井液用抗高温降滤失剂的合成及性能评价

针对牛东区块钻探过程中使用的抗高温降滤失剂价格高、增加生产成本的问题,开发了高温性能稳定且成本相对低廉的钻井液用抗高温降滤失剂BZ-HTF。用单因素实验法优选出最优合成参数:单体浓度为30%,反应时间为4 h,反应温度为55℃,引发剂用量为0.10%,AM、AMPS和IA质量比为42∶40∶18,水解度为30%。BZ-HTF抗温达220℃,且性能稳定;在淡水、盐水、复合盐水和饱和盐水基浆中均具有较好的降滤失能力,且对钻井液黏度、切力影响不大;与国外产品Driscal D性能相当,但商品估价只有其四分之一,具有较好的发展前景。     

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。      

钻井液用淀粉微球降滤失剂的制备及性能评价

针对常规的淀粉类处理剂抗温能力不足的缺点,以可溶性淀粉为原料,N-羟基琥珀亚酰胺（NHC）为交联剂,采用乳液聚合方法,合成了一种环保型淀粉微球。采用傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、热重分析仪、Nanobrook粒度-Zeta电位测试仪等对其进行表征。实验分别评价了,其在淡水基浆、盐水基浆和氯化钙基浆中的降滤失性能,并考察其抗温能力。实验表明,新研制的淀粉微球颗粒大小较均匀,呈圆球状,粒径约为50 nm,热稳定性好;150℃热滚后,加入1%淀粉微球,可分别使4%膨润土基浆、10%盐水基浆、1% CaCl₂基浆的API滤失量分别下降70%、55%和60%。且对钻井液流变性影响较小,在降滤失能力、抗温和抗盐方面均优于常规的淀粉类降滤失剂。      

抗高温降滤失剂的制备与性能研究

为满足深层油气资源勘探开发钻井施工的需要,提高钻井液的抗温、抗盐抗钙等能力,采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和4-羟基苯磺酸钠（SHBS）为单体,辣根过氧化物酶（HRP）为催化剂,采用酶促反应方法,制备了分子主链中具苯环的新型钻井液降滤失剂PAANS,基于相同反应条件合成未含苯环结构的对比聚合物PAAN,并借助核磁共振光谱（1H NMR）进行了结构表征。流变和滤失性能测试结果表明,220℃老化16 h,加量为2.0% PAANS的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力、常温中压滤失量和高温高压滤失量分别为16.5 mPa·s,10.5 mPa·s、6.0 Pa、12.4 mL和24.0 mL,抗盐可达饱和,具有一定的抗钙能力,性能明显优于PAAN钻井液。通过对吸附量、粒径分布和滤饼微观结构的测试等,揭示了分子主链含有苯环结构的刚性抗高温降滤失剂的作用机理。      

抗高温改性淀粉降滤失剂的制备与性能

针对改性淀粉降滤失剂抗温能力不足的问题,从提高分子刚性的角度出发,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、2,5-二羟基苯磺酸钾（PDHBS）为单体,辣根过氧化物酶（HRP）为催化剂,采用酶促反应方法,合成出一种改性淀粉降滤失剂St-AANDP,基于相同反应条件合成未含苯环结构的对比改性淀粉降滤失剂St-AAND。对降滤失性能进行测试,结果表明,140℃下老化16.0 h后,加量为1.0%的St-AANDP钻井液的常温中压滤失量仅为5.2 mL,高温高压滤失量为26.2 mL ;当老化温度高于160℃时,St-AANDP钻井液的滤失量才出现明显增大,抗盐可达饱和,降滤失性能明显优于St-AAND钻井液。通过吸附量和泥饼微观形貌测试,揭示了可通过向分子主链中引入苯环提高分子刚性的方式来提高降滤失剂抗温能力的作用机理。     

水基钻井液用改性玉米淀粉降滤失剂的合成

以4％黏土淡水基浆50℃滤失量降低率为测定指标，用正交设计实验方法考察了制备醚化淀粉的工艺。特别是溶解NaOH用的水量和分散剂异丙醇的用量．最佳合成配方和条件如下：玉米淀粉8．1g，NaOH12g。水16mL，丝化温度40℃．丝化时间1．5h，氟乙酸11．5g，异丙醇180mL，醚化温度50℃，醚化时间3h。在该合成条件下制得的羧甲基淀粉在加量2％时降滤失率约46％，抗盐、抗钙性能较好，90～130℃抗温性测试结果表明具有一定抗温能力。 图2表4参5。     

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。     

梳型聚合物降滤失剂的合成及其在深井盐水钻井液中的应用

针对当前抗温抗盐聚合物降滤失剂在高浓度盐、二价盐存在下降滤失性能不够好的问题,以烯丙基聚氧乙烯醚400、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,采用水溶液聚合法合成得到无色透明黏稠的液体梳型聚合物降滤失剂DMP-1,其有效含量为30%。对其进行结构表征表明,大分子单体APEG400与单体AMPS、AM参与了反应,形成了梳型聚合物,且聚合反应进行完全。热重分析表明,该聚合物热分解温度为310℃。与常见抗温抗盐聚合物降滤失剂DSP-2、Driscal D、PAMS601进行的对比评价结果表明,该降滤失剂水溶液180℃高温老化后黏度降低率小于42.0%,抗温达200℃,抗盐达饱和,抗氯化钙达3%,与DSP-2等常见抗温抗盐聚合物降滤失剂相比,其抗饱和盐、抗钙离子的效果更加显著。在涪陵地区泰来201井和永兴1井三开盐膏层段及四开高温井段钻进中的应用表明,在高温、含盐、含Ca2+情况下降滤失效果显著,降低了盐水/钙处理钻井液的API滤失量和高温高压滤失量,保证了安全施工,在深井、饱和盐水/钙盐钻井液中具有良好的应用效果。