2022~2023年国内钻井液处理剂研究进展

近两年(2022~2023年)我国在钻井液处理剂方面,针对钻井液技术发展和安全高效钻井对钻井液的要求,尤其是针对钻井施工中存在的摩阻大、井壁不稳定和钻井液高温下长期老化稳定性不足等问题,在抗高温降滤失剂、封堵剂、抑制防塌剂、润滑剂以及降黏剂、增黏提切剂、絮凝包被剂等方面投入了更多的精力开展研究,并取得了一些可喜的进展。就研究情况看,以降滤失剂、封堵剂、抑制防塌剂、润滑剂等研究较多,并更加关注封堵剂和润滑剂,而其他处理剂研究相对较少。而且多数处理剂的研究对现场存在问题的针对性不够强,深度和覆盖面还不够,创新性不足,由于缺乏经济性和可行性的考虑,致使用于现场的处理剂较少。今后处理剂的研究要在现场需求分析的基础上,围绕绿色、低成本钻井液发展及抗温抗盐的目标,利用价廉易得的天然材料,开发基于生物质资源的低成本处理剂。用支化或星形、树枝状或树形结构的聚合物材料替代传统处理剂,并在分子设计上突破传统结构,提高处理剂研究的针对性、适用性和效率,重视处理剂生产工艺及经济性研究,使成果更具向现场转化的基础。

纳米石蜡乳液在钻井液处理剂作用下的稳定性研究

由于页岩存在微细的裂缝网络和纳米至微米尺度的孔隙度,因此使用含纳米粒子的钻井液体系对页岩裂缝进行封堵是必不可少的。本文通过粒径测试、沉降稳定性以及离心稳定性实验,研究了传统钻井液处理剂对纳米石蜡乳液性质的调控效果。实验结果表明,纳米石蜡乳液在水性介质中具有良好的稳定性,其平均粒径在60-70 nm之间,并遵循正态分布。在不同钻井液处理剂作用下,乳液的粒径和稳定性表现出显著差异。其中BPT-507抑制剂使乳液平均粒径显著增至465.97 nm,而HV-CMC增黏剂几乎不影响乳液的粒径,稳定在71 nm左右。此外,高光透过率(HV-CMC处理剂为90.7%)表明了处理剂在防止颗粒聚集方面的显著效果,进而提高了乳液的稳定性。此研究对页岩密封技术和钻井液处理剂的应用提供了理论支撑和实际指导。

钻井液处理剂受CO_(2)及盐膏污染机理研究

针对钾聚磺钻井液体系受CO_(2)及盐膏污染后性能无法满足现场施工要求的问题,本文针对其污染机理展开室内模拟研究。以“基浆+处理剂”体系为研究对象,研究污染前后的流变、滤失性能,结果表明KPAM、JD-6、LS-2较差,R STF较为稳定;对处理剂水动力学半径及处理剂在黏土上的吸附情况进行分析,结果表明CO_(2)及盐膏污染机理在于压缩了处理剂的扩散双电层,影响与黏土结合,进而使得处理剂有效浓度降低,导致体系性能变差。KPAM、JD-6、LS-2因耐盐性能较差导致抗污染能力弱,R STF因其优异的抗盐性能使其抗污染能力强。通过以上研究,为钾聚磺钻井液体系配方的构建及优化提供了参考。

钻井液处理剂检验标准应用中的问题及分析

钻井液处理剂标准是规范其生产和控制其质量的重要技术文件。本文通过分析钻井液用处理剂标准中存在的同类处理剂检测方法不一致、指标要求各不同、操作中存在不规范的行为等问题,分析原因,从规范标准、试剂材料、检验方法和信息化建设等环节进行了分析,并提出建议,从而达到测试程序统一、操作简洁明确,提高了实验室检测工作效率,有利于钻井液处理剂产品质量的提高。

钻井液处理剂对钻井废物主要污染物的贡献

钻井液处理剂是钻井液体系的重要组分之一,其主要污染物含量与钻井废物的环保指标直接相关。文章简述了钻井液处理剂的作用及种类,通过试验研究了西南油气田常用钻井液处理剂对钻井废物的COD、色度和有害重金属3种主要污染物的贡献。结果显示:西南油气田各种主要钻井液处理剂对钻井废水和固体废物中的COD和色度均具有较大贡献,1%(质量百分比)浓度下COD贡献值达2.42×10^(2)~8.59×10^(4) mg/L,且同类型钻井液处理剂对COD和色度的贡献值差异大;汞和砷检出率较低,含量也低;镉、铅和铬检出率高,含量也较高,虽然未超标,但积累液存在可能污染环境的风险。试验结果可以指导钻井液处理剂,特别是同类型环境友好钻井液处理剂的优选,从钻井作业源头控制降低污染物的危害,对污染物的末端资源化处置利用具有重要意义。

封堵防塌钻井液处理剂研究进展

随着钻遇地层条件日益复杂,钻井作业对钻井液的防塌性能和强化井壁能力要求越来越高。封堵防塌处理剂能通过封堵地层原生孔隙和微裂缝,阻隔水化作用通道,提高钻井液的封堵能力,减少钻井液中的自由水侵入地层,降低地层坍塌压力从而起到稳定井壁的作用。简要介绍了沥青类处理剂、硅酸盐处理剂和聚合醇等常规封堵防塌处理剂,重点介绍了铝基封堵防塌处理剂、纳米封堵防塌处理剂和仿生固壁防塌处理剂等的国内外研究和应用情况,提出了封堵防塌处理剂的发展方向。

聚糖-木质素钻井液处理剂作用效能评价

通过木质素磺酸钙LS与甲醛、伯/仲胺的Mannich反应制备了一系列木质素磺酸钙Mannich碱LM,再与杂聚糖SJ反应制备出系列聚糖-木质素SL。利用红外光谱对其进行结构表征,室内考察了SL作为钻井液处理剂对水基钻井液的黏度、切动力和滤失量等性能的影响。结果表明,常温下多数聚糖-木质素在水基钻井液中具有增黏作用和弱的降滤失作用,在高温热处理(180℃×24小时)后,对钻井液大多有一定的稀释作用,塑性黏度都比较适中,可明显改善塑性黏度和动塑比,且具有一定的降滤失作用。与基浆相比,SL水不溶物处理的钻井液的塑性黏度PV、切动力YP、表观黏度AV、静动力G均有所增加,但明显低于SL水溶物处理的钻井液的相应指标;与LS、SJ钻井液相比,SL水不溶物处理的钻井液,动塑比显著提高,滤失量小于SL水溶物处理的钻井液,降滤失性能优良,其中水不溶物SL1-2(合成原料中的胺为二甲胺)处理钻井液的降滤失性效果最好,高温处理后滤失量仅为12.7 mL。

栲胶类钻井液处理剂的应用及前景

植物单宁的多元酚结构具有独特的化学性质 ,能与多种金属离子发生络合或静电作用 ;具有还原性和捕捉自由基的活性 ;具有两亲结构和诸多衍生化反应活性等。因其在使用中具有不耐温、不耐盐等较多缺陷 ,无法适用于特殊复杂的地层 ,但是通过对其改性 ,可以拓宽其应用范围。例如 :以栲胶为原料通过加入改性剂和改性天然材料制成的钻井液降粘剂和降滤失剂 ,因其性能良好被广泛应用。介绍了国内研究人员对栲胶进行改性的成果 ,提出了栲胶在油田钻井液处理剂应用中的发展前景 ,即 :经改性或复配后的栲胶类钻井液处理剂性能优良 ,可用于超深井 ;栲胶可以用于除氧、防腐等多种用途 ;落叶松栲胶经改性后可耐 2 5 0℃的高温 ,耐酸、碱、盐能力强 ,能用于 8× 10 4mg/L的高矿化度地层。

高温高密度油基钻井液处理剂性能研究

介绍了一套适用于南海莺琼盆地的高温高密度油基钻井液体系,对其中各种处理剂对体系性能的影响进行了研究。结果表明,所研究的高温高密度油基钻井液体系及其处理剂不仅具有较好的高温稳定性,而且在高达2.3g/cm^3的密度下体系的流变性稳定,满足钻井工程的需要。

AM/AMPS/MAA/HMOPTA四元共聚物的合成及作为钻井液处理剂的性能

用水溶液引发聚合的方法 ,由丙烯酰胺、2 丙烯酰胺基 2 甲基丙磺酸、甲基丙烯酸、2 羟基 3 甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵合成了AM/AMPS/MAA/HMOPTA四元共聚物 (粉剂 ) ,简介了合成方法 ,未说明单体投料比和共聚物结构参数。在淡水、4 %盐水、饱和盐水、钙镁钠复合盐水及含钙的 10 %盐水基浆中初步考察了共聚物作为泥浆处理剂的性能。该共聚物在各种基浆中均有较强的降滤失、提粘切、抗盐能力。加入 1.5 %共聚物可将含CaCl2高达 2 5 %的饱和盐水泥浆的滤失量控制在较低值 (18mL) ,抗钙能力远优于丙烯酸类聚合物处理剂MAN 10 1和SL 1。 1.5 %和 2 .0 %共聚物处理的各种泥浆在 15 0℃滚动 16h后滤失量仍较低。 12 0℃页岩滚动回收测试结果表明共聚物的抑制性好于阴离子型AMPS共聚物。中原油田某深井在用混油聚合物泥浆分别用等体积的饱和盐水和钙镁钠复合盐水稀释后加入 0 .3%或 0 .5 %共聚物 ,滤失量和抗温性获得大幅度改善 。

钻井液处理剂氧化氨解木质素制备及性能评价

为进一步改善木质素衍生物在钻井液中的抗温稀释和降滤失效能,采用工业木质素磺酸盐为原料制备了氧化氨解木质素,并将其用作钻井液处理剂。实验考察了反应温度、pH值及氧化剂和氨化剂用量诸反应条件对氧化氨解木质素作为钻井液处理剂作用效能的影响。结果表明:优化条件下制备的氧化氨解木质素在其处理浆中,室温下具有增大动切力和降低滤失量作用;高温下具有降低动切力和滤失量作用,氧化氨解木质素处理浆于180℃老化16 h,其降滤失率为11.4%;与工业木质素磺酸盐相比,氧化氨解木质素在钻井液中的降切作用减弱,抗温性增强。

钻井液处理剂对气体水合物形成的影响研究

海洋深水钻井过程中如钻遇浅层含气砂岩,气体进入钻井液,在海底低温和高压作用下易形成气体水合物,并堵塞井筒、环空或防喷器,严重影响钻井工程。利用自制四氢呋喃旋转试管测试平台,实验研究了海洋钻井常用的钻井液处理剂(无机盐、有机盐、高分子聚合物)对气体水合物形成的影响。结果表明:无机盐、有机盐能很好地抑制水合物的形成,而聚合物在高浓度时才会有较好的抑制效果,低浓度时则会促进水合物形成。

粘度法测量高聚物钻井液处理剂相对分子量的数据处理新方法

粘度法测量聚合物相对分子量的原理是在溶液极稀时测量聚合物对溶剂粘度的影响程度。目前常采用单线法和双线法回归聚合物溶液比浓粘度与溶液浓度的关系式,根据关系式求出溶液浓度趋近于0时的比浓粘度,进而求得特性粘度,再由特性粘度经验方程计算出聚合物相对分子量。试验测定室内合成的聚合物钻井液处理剂,发现线性处理方法回归的比浓粘度与浓度关系式相关系数较低,认为测定的相对分子量误差较大,因而提出了用多项式法处理数据的新方法。该方法回归的关系式相关系数较高,计算的相对分子量与线性处理方法相比差距较大。用此方法对另一种聚合物钻井液处理剂的试验数据进行处理,结论相同。多项式法计算聚合物钻井液处理剂相对分子量的可行性得到进一步验证。

国外钻井液处理剂20年发展分析

介绍了国外钻井液处理剂20年发展情况和处理剂的变化趋势。将全世界的钻井液、完井液产品,包括生产厂家的名称,产品的商品名称,主要成分和主要使用体系及其主要用途进行了综合分析。结果表明,页岩抑制剂类、降滤失剂类和降粘剂类产品,有共性的仍是合成聚合物类、纤维素类和腐植酸类比较有发展前途。从以上各原料分析可以看出,国外产品质量又有了很大提高,如淀粉类有各种类型,如抗高温、超低粘等,聚阴离子纤维素有超低粘等。依据对2002年各种处理剂的分析,预测了世界范围内钻井液处理剂的发展趋势,为中国钻井液处理剂发展方向提供了主要的参考数据。

具阳离子褐煤钻井液处理剂研制及评价

阳离子单体和褐煤在一定条件下与催化剂的作用进行接枝，合成具阳离子褐煤，具阳离子褐煤加入钻井液中，有很好的抑制性能和良好的防塌性能。文中分析了具阳离子褐煤在室内试验的合成方法、对页岩的抑制性、对钻井液性能的影响及聚合物复配的效果进行分析和评价。

国内1999-2000年钻井液处理剂研究与应用进展

本文介绍了国内近两年来钻井液处理剂的研究与应用进展 。

钻井液处理剂高温交联性能评价

针对深井水基钻井液实践中高温对钻井液性能的破坏问题,采用黏度法研究了钻井液处理剂SMP、SMC、SMK及SMP与SMC、SMK复配体系水溶液的高温交联随影响因素的变化规律及对应条件下高温交联与钻井液性能的关系,发现影响钻井液处理剂高温交联的因素有：介质矿化度（NaCl和CaCl_2）、处理剂类型、处理剂浓度配比、pH值、温度等。结果表明,在复配处理剂（SMP/SMC、SMP/SMK）配比大于1、NaCl浓度为10%~20%、pH值为8.0~11.0、温度为150~200℃时,有利于钻井液处理剂高温交联,从而改善钻井液性能。

接枝共聚法制备钻井液处理剂的研究与应用

介绍了接枝共聚法制备钻井液处理剂的基本方法 ,对纤维素、淀粉、木质素、腐植酸和栲胶等天然高分子材料与多种单体接枝共聚产物及其用作钻井液处理剂的研究应用概况进行了综述。

国内1996-1997年新开发的钻井液处理剂概况

综述了近两年来研制和新投入使用的降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂以及缓蚀剂等钻井液处理剂，指出了发展方向。

钻井液处理剂对长宁地区页岩抗压强度的影响研究

解决井壁失稳问题的核心是降低水基钻井液密度,进而改变坍塌应力大小。通过三轴岩石强度测试仪RTR-1000,研究经不同处理剂及体系浸泡24h后所表现出的应力应变规律及浸泡前后岩石力学性能、岩石变形和破坏规律,从而对钻井液处理剂及体系进行筛选和优化研究。实验结果表明,增强钻井液体系的封堵和抑制能力可以有效降低地层页岩的坍塌应力。在钻井液中加入无机盐KCl和有机盐甲酸钾可以增强页岩的强度;通过封堵剂中软化粒子以及聚合醇的浊点效应使岩石的残余强度增大,抗压强度增大。通过实验和理论研究,得到钻井液处理剂影响页岩强度的因素和规律,从而为防塌钻井液体系封堵剂和抑制剂等钻井液处理剂的优选提供理论和数据支持。同时为降低页岩地层坍塌压力,保持井壁稳定、提高机械钻速和为井下安全工作提供新的思路和方法。