一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂

随着深层、超深层及非常规油气开采的不断深入,钻井过程中盐污染已成为水基钻井液在极端盐度和高温条件下面临的严峻挑战,盐污染会导致钻井液流变性和滤失性能的急速恶化。为避免上述问题发生,通过自由基聚合反应研发了一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂(PAMN),并利用红外光谱分析(FT-IR)、核磁共振氢谱分析(1H-NMR)、热重分析(TGA)、分子模拟技术(MS)、扫描电镜(SEM)及钻井液流变和滤失分析等实验方法,表征了PAMN的分子结构、热稳定性及增黏降滤失性能,并揭示了PAMN的“盐响应”机理。研究结果表明:①合成的PAMN热降解温度高达285℃,PAMN分子链在饱和盐水中的均方位移、扩散系数及回转半径远大于其在纯水中,其回转半径分别为12.5Å和3.8Å;②当氯化钠含量为0时,PAMN分子链内或分子链间正负离子基团通过静电吸引力形成空间网络形态而卷曲成类球状结构,随着氯化钠含量增加,其分子链逐渐转变为溶解性更好的柔性链状结构,对氯化钠表现出正响应性;③PAMN可将饱和盐水钻井液表观黏度增加542.9%,滤失量从194 mL降低至4.8 mL,具有良好的增黏和降滤失性能。结论认为,PAMN的研发成功从根本上实现了传统钻井液处理剂从“抗盐”到“盐响应”的转变,该产品在含盐膏的深层、超深层油气开发工程中具有广阔的应用前景。

环保型两性离子抑制剂的制备及其性能评价

具有低成本、环境友好型的水基钻井液常广泛应用于现场钻井中,由于水基钻井液的主要成分为水相,易引起泥页岩水化膨胀、分散而造成井壁失稳以及水基钻井液性能恶化。为了提高水基钻井液的抑制性能避免上述问题,以N-(3-三乙氧基甲硅氧烷基)丙基丙烯酰胺(APTS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酸(AA)为原料制备两性离子型抑制剂YZ-1,通过红外光谱与凝胶色谱分析,证明其分子结构符合预期,分子量约为12 560 g·mol^(-1);进行了环保性分析、膨润土造浆、线性膨胀与页岩滚动回收实验,结果表明抑制剂YZ-1生物毒性EC_(50)值大于30000mg·L^(-1),生物降解性BOD_(5)/CODcr大于20%,具有良好的环保友好性能;抑制剂YZ-1可有效地抑制膨润土水化造浆、水化膨胀,并显著提高页岩滚动回收率,应用于水基钻井液中表现出良好的配伍性能。

保护低渗透油气层的钻井完井液体系

丘东油田主力气藏具有低孔、细喉、含有敏感性矿物和裂缝分布等特点,储层主要的潜在损害为水敏、速敏、水锁及应力敏感损害。在两性离子聚磺钻井液的基础上,通过实验优选出高效防水锁剂ABSN、成膜剂OCL-BJ和理想充填暂堵剂以及其推荐加量,研制出了低伤害两性离子聚磺钻井液,并对其性能进行了评价。性能评价结果表明,该钻井液具有良好的抗高温稳定性,抗温达140℃;API滤失量不大于5 mL,高温高压滤失量不大于10 mL;摩阻系数不大于0.141;与储层岩石和流体的配伍性好;其动态渗透率恢复值大于81.0%,具有较好的保护储层效果;动滤失量较低,初滤失基本实现了零滤失,钻井液成膜效果良好,适用于丘东油田低渗气层的钻进需要。

两性离子聚合物PADAM的合成及性能评价

采用自由基水溶液聚合,以氧化还原体系为引发剂,合成了四元两性离子共聚物:聚丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵-2-丙烯酰胺基-2-甲基苯磺酸钠-甲基丙烯酸(PADAM),讨论了4种单体的投料比对产物组成的影响。室内实验评价了3种共聚物PADAM产品的降滤失性、抗盐性、抑制性能、抗温性等。结果表明:PADAM具有较好的抗温抗盐性能、较强的降滤失能力和抑制性,是一种集降滤失和抑制性为一体的新型两性离子聚合物。

特低渗透砂岩储层盐敏实验及应用

以松辽盆地南部长岭凹陷腰英台区块储层岩心为研究对象,通过开展矿化度升高和降低的盐敏性实验,揭示了特低渗透储层的盐敏特性,探讨了盐敏损害机理。该区块储层岩性为岩屑长石砂岩,孔隙度为6%～16%,渗透率为0.01×10-3～10×10-3μm2,孔喉中值半径为0.01～0.54μm;粘土矿物含量为0.8%～6.5%,其中伊利石含量为20%～90%,伊/蒙间层含量为4%～36%。实验结果表明,矿化度升高和降低时,基块的盐敏程度均为弱到中等,裂缝的盐敏程度强。根据敏感性实验结果,优选出了矿化度范围适宜的两性离子聚合物甲酸钾钻井完井液,为更好地保护储层同时采用了屏蔽暂堵技术。现场应用结果表明,应用该储层保护技术的3口井,目的层井段平均井径扩大率为0.66%,比未采用该技术的邻井缩小了5.78%;表皮系数为1.75,低于没有应用该技术井的表皮系数平均值(4.54),证明以盐敏实验结果为依据设计并实施的钻井完井液技术,有效地控制了储层损害。

两性离子聚合物降滤失剂PMADA的制备

以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、马来酐(MA)、丙烯酰胺(AM)为单体,氧化还原体系为引发剂,利用水溶液聚合法合成了两性离子聚合物降滤失剂PMADA。用单因素法考察了反应温度、引发剂质量分数、单体摩尔比及单体总质量分数对产品降滤失性能的影响,并采用红外光谱法表征了产品的分子结构,确定了最佳反应条件:反应温度60℃,引发剂质量分数0.2%,n(AM)∶n(AMPS)∶n(DMDAAC)∶n(MA)=10∶2∶1∶3,单体总质量分数25%。

两性离子聚合物降滤失剂的合成及评价

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为合成单体,以自由基聚合法合成了水基钻井液用降滤失剂(PAASDA)。利用FTIR,~1H NMR,DTA-TG,SEM等方法对PAASDA的结构和热稳定进行了表征。采用单因素法确定了适宜的合成条件为:m(AM)∶m(AMPS)∶m(SSS)∶m(AA)∶m(DMDAAC)=30∶40∶8∶15∶7,引发剂用量0.6%(w)。高温老化实验结果表明,在盐水基浆中PAASDA加量为2.0%(w)时,可抗180℃高温;在不同老化温度下滤失性能均比其他磺化降滤失剂优异;在复合盐水聚磺钻井液体系中,老化后滤失量为2.2 mL,高温高压滤失量为8.2 mL,相比常用抗盐降滤失剂,滤失量可降低72.7%,降滤失效果更佳。

高密度强抑制性钻井液在缅甸PYAY油田的应用

泥岩水化分散造浆性强,是中油国际在缅甸Pyay油田钻井过程中遇到的一个显著难题。CNPC于2005年2月28日在缅甸钻开钻的第一口探井PSC-1井因泥浆性能问题,曾发生多次井下卡钻事故,影响PSC-1井钻井进度和钻进安全,并最终工程报废。鉴于此种状况,CNPC决定对PYAY油田钻井液体系选择问题展开研究。在高密度条件下,通过对两性离子聚磺钻井液和两性离子聚磺钾盐钻井液体系进行研究,优选了其中一种作为Pyay油田日后钻井所选用的钻井液体系。同时对处理剂(降滤失剂、润滑剂)也进行了优选,在Pyay油田安全顺利地钻成了PSC-101和PSC-2两口试验井,并且各项钻井经济技术指标均比PSC-1井有了显著提高。事实证明两性离子聚合物钾盐钻井液体系可以满足Pyay油田安全钻进需要。

钻井液用两性离子P(AM-AMPS-DAC)共聚物反相乳液的制备与性能评价

作为钻井液处理剂．反相乳液聚合物与粉状聚合物相比．能够减少聚合物在烘干、粉碎过程中由于降解、交联等反应造成的不利影响，产品可以直接加入钻井液并快速分散，在达到同样效果的前提下，可减少用量，降低钻井液处理费用，且更容易实现绿色环保生产。以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料，采用氧化还原引发剂体系，通过反相乳液聚合．制备了两性离子P（AM-AMPS-DACl反相乳液聚合物。研究了复合乳化剂的HLB、乳化剂用量、引发剂用量、油水体积比、AMPS和DAC用量对共聚物的水溶液表观黏度及所处理钻井液的流变性和滤失量的影响，测定了聚合物的红外光谱和TG曲线。结果表明，当油水体积比为1．0，单体质量分数为30％，复合乳化剂质量分数为5％～6％，复合乳化剂HI。B值为7．1，引发剂用量为0．2％，n（AM）n（AMPS）：n（DAC）=0．59：0．35：0．06时，能够制得热稳定性好的反相乳液聚合物，且在淡水、盐水、饱和盐水和复合盐水基浆中具有较好的增黏、降滤失能力，抗温、抗盐能力强，同时具有较强的润滑和防塌能力。

两性离子型聚合物处理剂SIOAP的合成与性能

以丙烯酰胺、丙烯酸、含磺酸基单体、阳离子单体和无机材料为原料,采用氧化-还原引发体系合成了一种耐温抗盐的两性离子聚合物钻井液处理剂SIOAP,并对其钻井液性能进行了评价。结果表明,钻井液处理剂SIOAP热稳定性好,降滤失能力、抑制性和耐温抗盐能力强。

新型两性离子聚合物FA369钻井液在樊学油田的应用

介绍了樊学油田地质概况,论述了新型两性离子聚合物FA369钻井液的配方及优点,提出了现场维护要点。

新型两性离子聚合物页岩抑制剂的制备及性能评价

针对泥页岩储层段黏土矿物含量较高,钻井过程中易发生井壁失稳现象等问题,以小分子有机胺(LCA-2)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(HPEG)为单体,制备了一种两性离子聚合物页岩抑制剂DDM-1。采用红外光谱对其结构进行了表征,结果表明其分子结构符合预期设计。考察了DDM-1的抑制性能、耐温抗盐性能和对钻井液性能的影响,结果表明,加入1.0%DDM-1可以使泥页岩钻屑滚动回收率达到90%以上,并具有良好的抑制膨润土造浆能力,抑制效果明显优于无机盐类抑制剂;同时具有良好的耐温抗盐性能;DDM-1对现场钻井液体系的流变性和滤失量的影响较小,具有较好的配伍性,且抑制性强于国内同类产品,与国外产品效果相当。说明DDM-1是一种性能优良的泥页岩抑制剂,能够满足高性能水基钻井液对强抑制性的要求。

两性离子聚合物钻井液体系在吉林DB区块的应用

吉林DB区块位于吉林乾安地区,是中石化新星石油公司华东局在东北勘探开发的重点地区,属于松辽盆地南部长岭凹陷腰英台构造带。该地区地层复杂,钻井施工中易发生缩径、井塌、井漏情况,并引起卡钻事故。选择了两性离子聚合物钻井液体系,并加入聚丙烯酸钾、有机硅腐植酸钾和酸溶性屏蔽暂堵剂等对钻井液进行调整。在现场应用中,根据不同井段优化钻井液的流变性,尤其进入易塌井段后注意降低钻井液对井壁的冲刷。现场应用表明,缩径和井塌的事故明显减少,易塌井段平均井径扩大率由原来的16%-20%降低到10%-15%,调整后的钾盐两性离子聚合物钻井液技术方案满足了吉林DB井区的钻井需要。

两性离子聚合物HRH钻井液在临盘油田的应用

临盘油田近些年油气井钻井多应用PAM钻井液,但该钻井液在使用中存在抑制能力不足、钻井液性能稳定时间短、防塌效果有限、使用成本较高等问题。为此,在借鉴国内外先进技术的基础上,引进了较为先进的两性离子聚合物HRH,通过溶解试验、絮凝试验、抑制性和配伍性试验对其进行了评价,优化了原有钻井液配方,研制出一种两性离子聚合物HRH钻井液。室内试验表明,该钻井液流变性能稳定,动塑比保持在0.5左右,耐温能力达150℃以上,抑制性优于PAM钻井液,其岩心渗透率恢复率高达90%以上,且与润滑剂复配后泥饼黏附系数小于0.1。在临盘油田295口井的现场应用表明,该钻井液的流变性、滤失性、润滑性和抑制性等均优于PAM钻井液,平均井径扩大率控制在10%以内,井下故障率由2.57%降至1.64%,平均机械钻速由20.58m/h提高至23.02m/h,具有良好的经济效益。由此可知,两性离子聚合物HRH钻井液能解决PAM钻井液所存在的问题,在临盘油田具有推广应用价值。

新型水基钻井液用页岩抑制剂LSM-2的合成及性能评价

采用水溶液聚合法,以小分子胺(HA-2)、丙烯基单体(HA-3)、环氧丙烷(PO)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,合成了一种新型两性离子聚合物页岩抑制剂LSM-2,考察了该抑制剂对页岩滚动回收率、膨润土膨胀率、基浆粒度分布、泥页岩压入硬度及现场钻井液性能的影响。结果表明:合成的抑制剂LSM-2具有较好的抑制性能,当质量分数为2.0%时,泥页岩钻屑的滚动回收率能够达到90%以上,膨润土的16h线性膨胀率降至10.9%,基浆颗粒比表面积比未加LSM-2时降低了87.5%,压入硬度保留率可以达到75%以上;LSM-2与现场钻井液体系的处理剂具有良好的配伍性,随着LSM-2质量分数的增加,体系流变性和滤失量变化较小,钻屑滚动回收率显著增大,能够较好地抑制钻屑的水化分散作用,提高了目标区块泥页岩储层段水基钻井液体系的抑制性。

鄂北地区钻井液技术

鄂北钻井液工作的重点是防止井径扩大和低压、低渗储层保护。优选三套适合鄂北地区钻井需要的钻井液体系即:钾铵基聚合物钻井液体系;两性离子钻井液体系;正电胶钻井液体系并制定技术管理措施。井下复杂情况、井径扩大率减小,各体系均具有良好的防塌性,能有效抑制地层水化膨胀和剥蚀掉块,并能提高机械钻速,现场应用表明效果良好。