油基钻井液提切剂标准用基浆探讨

为了满足高温深井、大斜度定向井、页岩长水平井等复杂井的钻探需求,提高油基钻井液的切力相当重要。目前提切剂产品标准制定不统一,均为各企业标准,且没有统一的基准物,无法对提切剂进行对比分析。收集了6种现场用提切剂,讨论了提切剂评价所需的基浆,为提切剂的检验统一标准基础,同时为提切剂标准的制定提供参考,有利于提切剂质量分析。

国外油基钻井液提切剂的研究与应用进展

采用有机土调控油基钻井液流变性,存在活化慢、易高温稠化失效的弊端。以油基钻井液提切剂部分或全部替代有机土能有效解决该问题。在调研国内外文献资料的基础上,综述了油基钻井液提切剂分子结构的发展变化,分析了其通过形成氢键和分子间缔合提高钻井液低剪切速率黏度的作用机理,介绍了其性能评价参数和测试低剪切速率动切力(LSYP)的新型4刃转子,将钻井液的LSYP值控制在3.6～7.7 Pa之间,能防止钻屑和重晶石沉降。最后,以恒流变油基钻井液、微泡油基钻井液等为例,介绍了提切剂的应用和效果。

凝胶型钻井液提切剂性能评价与作用机理

常规的钻井液提切剂(如HV-CMC、HEC等)已不能满足无固相钻井液新体系性能和环保要求,使用后存在潜在的环境污染风险,为此,以生物聚合物为主要原料,采用表面活性剂活化、复合等工艺制备得到了一种新型弱凝胶提切剂。进行了新型提切剂的性能评价和作用机理研究,并在塔里木轮南油田进行了成功应用。试验结果表明,新型提切剂具有优良的抗盐、抗温性能和高剪切速率黏度(在0.3r/min的剪切速率下,黏度达90000mPa·s以上),携岩能力强,可生物降解,无毒,满足了钻井工程要求和环保要求。

改性脂肪酸提切剂的研制及其应用

合成一种可在油基钻井液中代替有机土的改性脂肪酸提切剂,测定提切剂对乳液流变性能的影响,分析乳液样品的三段式触变性,使用冷冻电镜观察提切剂对乳液微观结构的影响,采用界面流变仪分析提切剂对油水界面流变性的影响,分析提切剂的作用机制,在高密度油基钻井液中进行适用性评价。结果表明:提切剂有利于提高乳液黏度尤其是低剪切速率黏度;加入提切剂后,乳液具有优良的触变性,并观测到蜂窝状结构;提切剂能够显著增强油水界面弹性模量和界面膜强度,有利于乳液稳定;提切剂吸附在油水界面,通过氢键作用在乳液中构建三维网架结构,从而增强弱凝胶结构和提高切力;与含有机土的油基钻井液相比,使用提切剂的无土相油基钻井液具有较优异的流变结构与电稳定性。

聚酯提切剂的研制及高密度油包水钻井液的配制

为提高油包水钻井液的悬浮能力,以高纯二聚酸与聚氧乙烯醚脂肪胺为原料,通过缩聚法合成了一种分子量在8 000左右的油溶性聚酯提切剂。通过分析作用机理认为,该剂具有酯基、醚基以及叔胺基等强极性基团,能迅速依靠氢键缔合成一定强度的网架结构。实验评价了加入PZX-1后,基浆和油包水钻井液低剪切速率下的切力(LSYP)和静切力的提高程度,以及钻井液在不同高温热滚后的沉降稳定性及其随静置时间的改善程度。结果表明,加入1%提切剂后,钻井液的LSYP从0.51增加到3.07 Pa,静切力从1.5/2.5增加到5.0/7.5 Pa/Pa,重晶石的沉降明显减缓,且效果好于国外同类产品。通过用Turbiscan LAB稳定性分析仪评价钻井液的稳定性指数对超细碳酸钙进行了优选,并用1%PZX-1与4%的粒径为0.03 mm和0.006 5 mm的超细碳酸钙复配,形成了密度达2.6 g/cm3的油包水钻井液,该体系抗温达180℃,悬浮性能好。

无土相油基钻井液用增黏提切剂的合成及性能

采用乳液聚合法制备出适用于无土相油基钻井液的增黏提切剂，考察了单体配比、单体加量、引发剂加量、交联剂加量、乳化剂加量、反应温度及反应时间对产物增黏提切性能的影响；采用FTIR、纳米激光粒度分析仪及金相电子显微镜对该增黏提切剂的结构和粒径进行了表征，并对其在柴油及无土相油基钻井液体系中的性能进行了评价。优化出最佳合成条件为：单体配比n（甲基丙烯酸十六酯）∶n（苯乙烯）=5∶5，单体加量（w）为30%～35%，引发剂过硫酸钾加量（w）为0.7%～0.9%，交联剂二乙烯基苯加量（w）为0.6%～0.8%，反应温度80～85℃，反应时间6～7 h，乳化剂配比m（十二烷基苯磺酸钠）∶m（OP-10）=1∶1.5，乳化剂加量（w）为5%～6%。表征结果显示，该增黏提切剂平均粒径在96 nm左右。实验结果表明，当其加量为柴油的3%（w）以上时，基浆动塑比在0.5以上，在80～160℃内变化不大，150℃下连续老化72 h性能稳定；在149℃、55.5 MPa下，该增黏提切剂在柴油中的动塑比为0.470，在无土相油基钻井液体系中的动塑比为0.200，具有更好的悬浮稳定性能。

无土相水基钻井液超分子增黏提切剂的研制

增黏提切剂是控制无土相水基钻井液流变性能的关键处理剂,通过将超分子网状结构引入聚合物中,利用胶束聚合物合成一种超分子增黏提切剂CZN,并评价其性能。结果表明:CZN具有明显的超分子网状结构,有较好的增黏提切性和剪切稀释性,表观黏度、动塑比要远高于同浓度的PAM;具有较好的抗温性和实用性。以CZN为增黏提切剂配置了无固相聚膜钻井液体系,现场应用表明,该钻井液可有效携带井底岩屑,保证顺利钻进。该技术可为提高复杂地层钻井效率提供技术支撑。

聚醚脂肪酸类油基钻井液提切剂的研制与应用

针对油基钻井液切力低,易导致沉砂卡钻等严重问题的现状,合成了一种聚醚脂肪酸类油基钻井液用提切剂LQZ。利用红外光谱、热重曲线、凝胶强度和界面扩张流变参数等测试方法,分析了提切剂的结构、热稳定性、凝胶性能和作用机理,同时探究了基础油、油水比、密度和温度对其提切效果的影响。结果表明,该提切剂分子中含有羟基、酰胺基、酯基、醚键,能形成网架结构,提高悬浮能力,且具有快速弱凝胶特点;300℃无明显热分解;加量小于0.85%时有利于乳液稳定性;该提切剂对白油基、柴油基和合成基钻井液体系普遍适用,且白油基中效果最好;当钻井液油水比为8∶2、密度为2.1 g/cm^(3)、190℃时提切效率最佳,动切力、φ6及φ3读数和静切力增长约1倍;与国外同类产品相比,LQZ具有提切不增塑性黏度的优势。LQZ在现场页岩油气井应用时,动切力、φ6及φ3读数和静切力基本增加100%,塑性黏度无明显增长。LQZ能够提高油基钻井液悬浮能力,不显著增加塑性黏度,具有很好的推广应用前景。

油基钻井液提切剂的复配研究

应用混料设计法研究了油基钻井液提切剂的配方,以动切力、低剪切动切力和塑性黏度为指标,得到了优化的提切剂配方组成为:油酸聚乙二醇单酯80.6%,异辛酸铝7.4%,软脂酸6.0%,肉豆蔻酸6.0%。热滚实验验证了加入该提切剂后钻井液流变性和悬浮性都得到改善。计算表明,该钻井液应选用赫巴模式来描述其流变性。

钻井液增粘提切剂YF-01的研制

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)为单体,根据自由基聚合反应原理,合成出增粘提切剂YF-01。考察了单体质量比、反应温度、引发剂用量、单体含量、反应时间等对其表观粘度和静切力的影响。结果表明,在单体质量比(AM:AMPS:DMDAAC)7:4:1,单体含量40%,引发剂用量0.15%,反应温度45℃,反应时间75 min最佳条件下,合成的增粘提切剂YF-01产品使泥浆表观粘度由56 mPa·s提高到211 mPa·s,初切力由4.078 Pa提高到12.365 Pa,终切力由4.699 Pa提高到13.897 Pa。

油基钻井液稳黏提切剂的研制及应用

随着目前国内外对页岩气及非常规气藏的大规模开发,油基钻井液得到了广泛的应用。在水平井施工过程中暴露出高密度油基钻井液流变性调控困难、黏切过高、起下钻不畅、易粘卡等问题。为此以脂肪酸二聚体与多元醇为原料的反应产物复配以肉豆蔻酸,研制出一种油基钻井液用提切剂G322-MOD。评价了该提切剂在高密度无土相油基钻井液的提切性能、抗温性能以及在不同基础油的提切性能并与国外同类产品进行了对比。结果表明,提切剂G322-MOD可显著增强油基钻井液的动切力和低剪切速率切力,对黏切影响较小,抗温可达180℃,对基础油的适应广泛,可用于多种基础油。在长宁-威远页岩气示范区和四川反承包项目进行了推广应用,取得了良好的效果,解决了长水平段施工中高密度油基钻井液黏度过高而低剪切速率切力过低,钻井液流动性差,流变性难以调控的难题。为页岩气及其它非常规气藏低成本规模开发提供了技术保障。

一种抗高温环保型低增黏提切剂

为提高水基钻井液用提切剂抑黏提切效果和环保性能,以低黏聚阴离子纤维素钠盐(PAC-LV)和十六烷基异氰酸酯为原料,二丁基二月桂酸锡(DBTDL)为催化剂,合成了一种疏水缔合型天然改性产物作为抗高温环保型低增黏提切剂LVHY-1。通过正交实验确定了最佳合成条件:PAC-LV与十六烷基异氰酸酯的质量比为4∶1、反应温度为60℃、反应时间为12 h、DBTDL浓度为0.4%。借助核磁共振光谱仪(1H-NMR)进行了分子结构表征。流变性能测试结果显示,在120℃老化实验中,动塑比随LVHY-1加量的增大而提高。加量为0.2%LVHY-1的钻井液经170℃老化16 h后,其动塑比仍可达0.5 Pa/mPa·s,高温作用时间达64 h后仍保持良好的提切效果,表现出良好的抗温性和耐候性。透射电镜(TEM)观测结构显示,LVHY-1在溶液中可形成立体的网络结构,这是其具备提切效果的原因。环保性能测试结构显示,LVHY-1的半致死浓度EC为30 100 mg/L,生物降解性评价指标(Y)为18.25,达到排放标准,易被微生物降解。

油基增黏提切剂VSSI的制备和性能评价

针对高温时常规油基钻井液面临着大量有机土带来的流变恶化导致机械钻速低和钻井成本等问题,以二聚脂肪酸和二乙烯三胺为原料,改进合成工艺,制备了一种高性能油基增黏提切剂VSSI。利用红外谱图确定了增黏提切剂VSSI的分子结构,结合三维分子式模拟图解释了增黏提切剂VSSI作用机理。增黏提切剂VSSI对基础油的增黏提切性能显著,可用于常规油基钻井液和无土相油基钻井液;在200℃和260℃的高温条件下,VSSI在油基钻井液中性能表现优异,可提供很强的悬浮能力。

水基钻井液用低增黏提切剂的合成与性能评价

为了实现在调控钻井液黏度的情况下获得良好的携岩能力,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)、甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸(DMAPS)和十六烷基疏水单体(C16-D)为原料,采用自由基聚合法,制备了一种新型的两性疏水缔合聚合物(PAADDC)。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(1H NMR)表征了PAADDC的分子结构,采用静态光散射(SLS)测定了聚合物的分子量,并对其流变性能进行了评价。结果表明,100℃老化16 h,加量为0.2%PAADDC的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力和动塑比分别为18.5 mPa·s,11.5 mPa·s,7.0 Pa和0.61 Pa/mPa·s,抗温可达160℃。与常规增黏剂相比,PAADDC具有良好的热稳定性和更佳的抑黏增切效果。在60~180℃热老化实验中,动塑比值随PAADDC用量的增加而降低。环境扫描电镜(ESEM)和原子力显微镜(AFM)的观察表明,PAADDC在溶液中形成了连续的三维网状结构,这是其剪切强度显著提高的主要原因。

油基钻井液用提切剂的研制及性能评价

油基钻井液为页岩气井、高温高压井和复杂井的首选。但相较于水基钻井液,油基钻井液的流变性更难以控制,国内适应的处理剂也很缺乏。笔者以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯为单体,通过悬浮聚合法合成一种亲油共聚物提切剂。利用红外光谱仪(FT-IR)对其化学结构进行表征,热重分析仪(TGA)分析其热稳定性能并评价了其在油基钻井液中的性能。结果表明,该聚合物提切剂具有良好的热稳定性,加入该聚合物的柴油基钻井液切力大幅上升,高温高压滤失量显著下降,较好地改善了泥饼质量,且不影响钻井液体系的稳定性,是一种很好的增黏提切材料。

钻井液用超分子增黏提切剂-ZJA的研发与评价

针对目前水基钻井液增黏提切剂普遍存在塑性黏度增加幅度大于切力增加幅度的缺点,采用超分子和高分子化学的原理,通过复合引发研发了AM/AMPS/DMDAAC三元共聚物。TEM表明,研发的三元共聚物分子间形成了具有超分子结构的三维网状结构,同时与黏土颗粒之间形成了具有超分子特点的动态可逆有序结构。同时,对产品性能进行了评价。实验结果表明,共聚物具有优异的提切效果。4%淡水基浆的表观黏度从9 m Pa·s提高到30.5 m Pa·s,动塑比从0.5 Pa/m Pa·s提高到1.77 Pa/m Pa·s,耐温150℃,可用于饱和盐水体系。

油基钻井液提切剂研究现状与发展趋势

油基钻井液流变性好坏是制约钻井过程中井下安全、影响钻进速度的关键因素。针对油基钻井液切力偏低导致携岩和悬浮能力弱的技术难题,介绍了提切剂研发中存在塑性黏度不可控、普适性低以及耐温性差的难点,系统综述了有机土类、脂肪酸酰胺类、油溶性聚合物类及纳米复合材料类等油基钻井液提切材料的研究现状,并详细阐明了油基提切剂通过氢键、配位键以及分子缔合作用提切的作用机理。同时,针对提切剂研发所存在的不足,提出了油基钻井液提切剂应从星型或树枝状聚合物、长链季铵盐改性有机土、纳米材料等方面开展研发的发展趋势。

抗高温油基钻井液用提切剂的研制及性能评价

针对油基钻井液在施工过程中流变性难以调控,钻井液泥浆动静切力比较低、容易发生沉降等问题,研制了一种抗高温油基钻井液用提切剂,在高温条件下仍能保持有效的提切性能。采用高纯度二聚酸(98%)、多烯多胺以及多元醇胺为原料,通过四元共聚法合成了一种可抗高温的油基钻井液用提切剂(命名为FPR-1),并对其做结构表征和性能评价。结果表明:提切剂FPR-1满足分子结构要求,可显著增强油基钻井液体系的动静切应力和电稳定性,动切力从6 Pa提高到12 Pa,破乳电压高达1496 V,提高了钻井液降滤失效果,滤失量仅2.4 mL,且观察滤饼厚度极薄,泥饼质量得到极大的改善,更重要的是其抗温能力可达到220℃,适用于高温高压地层环境,解决了现场施工过程中泥浆流变性难以调控及钻遇高温高压地层钻井液部分性能失效的难题。

油基钻井液提切剂的合成与评价

合成了一种适用于油基钻井液用的提切剂,用以代替传统油基钻井液所使用的有机土,解决高密度有土相油基钻井液中存在的粘度大、流变性控制困难等问题。使用聚醚胺D-2000、癸二酸与多元醇进行反应,对合成产物进行红外光谱分析,产生了目的官能团酰胺基及酯基,利用分子中的极性基团及长链形成网格结构。将合成提切剂与有机土加入基础配方中进行对比,提切剂配制的无土相高密度油基钻井液体系具有更高的切力及初切,且不提升基础配方的塑性粘度。密度2.2 g/cm3条件下,对提切剂加量进行优选,最终确定提切剂的优选加量为1%,150℃条件下,钻井液表观粘度37 mPa·s、动切力10.5 Pa、破乳电压>700 V、静沉降系数SF=0.504、动沉降系数VSST=0.081 g/cm3,钻井液拥有良好的流变性及悬浮稳定性,电稳定性良好。

以季戊四醇为支化剂合成低黏度高切力钻井液提切剂

针对目前水基钻井液常用的提切剂普遍存在黏度增加幅度大于切力增加幅度的缺点,以季戊四醇为支化剂,硝酸铈铵为引发剂,引发丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐(4-VPPS)共聚,合成出低黏度高切力钻井液用提切剂PAAVP,并考察了合成条件对该聚合物黏度和切力的影响。聚合体系中引入季戊四醇后其表观黏度降低,动塑比提高,优选季戊四醇加量为单体质量的2.5%~3.0%。4-VPPS有利于提高聚合物抗温抗盐性,优选在聚合单体中占比为6%~10%。引发剂加量为单体质量的0.0275%~0.03%。按照推荐配比合成出的聚合物PAAVP的1%水溶液表观黏度为27 mPa·s,动塑比为1.45 Pa/mPa·s。PAAVP溶液在150℃热滚后仍能保持74%的黏度和54%的动塑比值,比常规提切处理剂黄原胶具有更好的抗温性。PAAVP在5%NaCl溶液中能保持91%的黏度和85%的动塑比值,作为钻井液低黏提切剂有较大的应用潜力。