抗高温抗钙盐钻井液降滤失剂的研究与性能评价毕业论文

本 科 毕 业 论 文题目 抗高温抗钙盐钻井液降滤失剂的研究与性能评价学生姓名 学 号教学院系专业年级指导教师 职 称单 位 化学化工学院辅导教师 职 称单 位完成日期 年 月 日Reserch and appraisal on a anti-high temperature and calcium salt of fluid loss control agent1摘 要随着石油勘探开发向深部地层和海上发展，钻遇的地层条件日趋复杂，对钻井液处理剂提出了更高的要求。经过多年的发展，聚合物钻井液降滤失剂表现出的综合性能好、流变性能好和抗温能力好等特点，在油田开发中具有广阔的应用前景本文根据钻井液降滤失剂对聚合物性能的要求，进行分子结构设计，并选择合适的聚合用单体和引发体系。本文选用丙烯酰胺(AM)、丙烯磺酸钠(AS)和丙烯酸钙，在水溶液中以过硫酸铵亚硫酸氢钠氧化还原体系引发而成的多元共聚物。并通过正交实验的设计，找出了最佳单体配比和最佳反应条件：单体配比(质量分数)AM:AA:AS=8:4:1；反应时间 4h；反应温度 60；pH 值 7；引发剂加量 0.9%；单体总浓度 20%。对合成的多元共聚物钻井液降滤失剂进行基浆性能、抗高温、抗盐、抗钙性能的评价。实验结果表明，合成的多元共聚物钻井液降滤失剂具有较强的降滤失性能和抗温能力；对于盐水基浆，增加降滤失剂的加量也可以达到降滤失的效果；在钙污染基浆中，降滤失剂有一定的抗钙污染能力。关键词：多元共聚物 钻井液 降滤失剂 抗高温 抗钙盐 2AbstractAlong with the petroleum prospecting development to the depth portion stratum and the marine development, drills the formation condition which meets to be day by day complex, to set a higher request to the handling agents of drilling fluid. After many years development, the polymer fluid loss control agent manifests it to the good overall performance of the drilling fluid, has changed the performance good, if he processes the medicinal preparation compatibility good and the anti- warm ability is good and so on the characteristic, had a broad application prospect in the oil-field development.Based on the drilling fluid loss of the polymer performance requirements, this article has designed molecular structure and selected the appropriate use monomer and polymerization initiator. This article has designed take the acrylic amide(AM), the propylene sulfonic acid sodium (AS) and the acid of propylene calcium, in the watery solution many Yuan copolymer which becomes by the sodium sulfite potassium persulfate oxidation reduction system initiation. And through the orthogonal experiment design, has discovered the best monomer allocated proportion and the best response condition: AM: AA:AS=8:4:1;time 4h;temperature 60;pH is 7; initiating agent 0.9%；monomer concentration 20%.The evaluation of the polybasic co-polymer fluid loss control agent had be performacd.It includes the properties of the base slurry, anti-warm, anti-salty and the anti-calcium appraisal. The test result indicated that the synthetic amphiprotic co-polymer fluid loss control agent has a stronger fluid loss controlling property and the anti-warm ability;Regarding to the salt water base drilling fluid, the increasing of the Fluid Loss Control Agent also may achieve a good fluid loss controling; In the calcium pollution base drilling fluid, the Fluid Loss Control Agent has some anti-calcium capacity.Keywords: polybasic co-polymer;drilling fluid, fluid loss control agent, anti-salty, anti- calcium saltyI目 录1 绪论 .11.1 研究背景 .11.1.1 降滤失剂发展趋势 .21.2 钻井液的滤失性 .21.2.1 钻井液在井内的滤失全过程 .31.2.2 影响钻井液的因素 .41.2.3 钻井液滤性能评价方法 .51.3 聚合物降滤失剂及其作用机理 .61.3.1 钻井液降滤失剂 .61.3.2 钻井液降滤失剂的作用机理 .71.3.3 影响聚合物溶液的因素 .81.4 研究思路 .101.5 聚合物的分子结构设计 .101.5.1 单体的选择 .112 降滤失剂的合成 .132.1 原料和仪器 .132.1.1 原料和试剂 .132.1.2 仪器和设备 .132.2 主要实验方法 .142.2.1 引发剂的选择 .142.2.2 合成方法 .142.3 反应影响因素的研究 .152.3.1 实验步骤 .152.3.2 反应温度的选择 .152.3.3 反应时间的选择 .162.3.4 单体浓度的选择 .172.3.5 单体配比的选择 .172.3.6 引发剂 浓度的选择 .202.4 合成最佳条件的确定 .212.4.1 正交实验 .21II2.4.2 合成条件的优化 .212.4.3 最佳合成条件 .232.5 降滤失剂的性能评价 .232.5.1 聚合物降滤失剂的性能评价 .243 结论 .29参考文献： .30致 谢 .31抗高温抗钙盐钻井液降滤失剂的研究与性能评价11 绪论随着石油勘探开发向深部地层和海上发展，钻遇的地层条件日趋复杂，对钻井液处理剂提出了更高的要求，喷射钻井和优化钻井技术的进一步发展 1。在石油钻探中,降滤失剂是用量最大的一类泥浆处理剂。近年来,随着我国新探区石油勘探开发步伐的加快,深井钻井数量大量增加,要求降滤失剂必须耐高温、高压有优良的耐盐性。针对这一情况,国内已投入了大量的人力及物力来研制新型降滤失剂,取得了很大的成功。近年来，随着超深井、特殊井和复杂井数量的增多，石油勘探开发向深部地层和海上发展，钻遇地层条件日趋复杂，钻井深度的增加，为了满足在复杂地层钻井、优化钻井、保护油气层和提高固井质量的需要，钻井作业对钻井液处理剂的抗温性要求越来越高，原有的钻井液处理剂己不能完全满足需要。因此研制新型抗高温抗钙盐钻井液体系有重大的理论和实际意义。鉴于此，世界各大石油公司和国内各油田都投入大量的人力物力开发钻井液处理剂和性能优良的钻井液体系。1.1 研究背景随着世界能源需求的增加和钻探技术的发展，向地层深部挺进，向深地层要油气已成必然。在我国，这种现象尤为明显，作为全国石油天然气产量的主力接替区的西部，其石油资源量的 73%、天然气资源量的 52%都埋藏在深地层。而在当今世界，由于石油勘探开发技术水平的不断提高和经济利益的驱使，那些中、浅地层的油气资源己经基本被完全开发。在这种情况下，深井、超深井的钻探就必将成为我国乃至全世界石油工业的一个重要方面。在六十年代初期，国外就认识到水泥浆失水的危害，并着手研究水泥浆降失水剂，可试水泥浆维持在较低的失水量，经过三十多年发展，品种很多。其中美国发明研制的降失水剂品种占很大的比例。随着外加剂的广泛使用，API 对外加剂的分类和使用做了具体规定，为现场施工和选择外加剂创造了良好的环境。从钻井液处理剂的发展来看 20 世纪 70 年代以来水解聚丙烯腈盐、聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺在钻井液得到广泛应用，并形成了低固相不分散钻井液体系，从而促进了钻井液技术水平的提高，解决了一系列的复杂问题；磺化酚醛树脂的成功应用，使抗高温的深井钻井液体系得以出现，从而拉开了研制新型钻井液处理剂及钻井液体系的序幕。20 世纪 80 年代后，逐渐发展并完善了系列钻井液处理剂，从而大学本科毕业论文2完善了各种钻井液体系，基本上满足了我国各种类型的钻井作业的需要，促进了现代钻井工艺的发展。经过多年的发展，聚合物钻井液降滤失剂体现了它对钻井液的综合性能好、流变性能好、与其他处理剂配伍好和抗温能力好等特点，在油田开发中具有广阔的应用前景 2。1.1.1 降滤失剂发展趋势在石油可采、易采储量不断减少的情况下，油田勘探开发已向海洋、复杂地层、中深井、深井以及超深井方面发展。中国西部油田、南方海相等油藏基本处于6000m 左右的地层，井底温度随井深的增加迅速提高，给钻井施工带来了许多问题，例如：在高温、高压、高矿化度情况下，原有的许多钻井液添加剂性能达不到要求。我国在钻井液降滤失剂研究与应用方面已取得了很大的进展，钻井液工艺亦日趋完善，现有降滤失剂已基本上能满足钻井液滤失水的需要，同时在新型处理剂研究方面也积累了一些经验，就目前发展看，应将钻井液降滤失剂的研究方向放在：1.降低成本，对天然廉价的高分子进行改性，提高其耐温、耐盐、耐酶解等性能；2.开发新型水溶性聚合物，如开发含有磺酸基团和刚性基团(如苯环)的单体进行聚合，得到耐温耐盐的降滤失剂；3.对现有的降滤失剂合理复配使用，可以是天然高分子或合成聚合物；4.采用一些工业废料，比如含木质素的造纸废水、化纤废料等合成成本低廉的降滤失剂。1.2 钻井液的滤失性 2钻井液的滤失性主要是指其滤液向地层滤时量的大小以及在井壁所形成滤饼的质量。质量好的滤饼一般薄而韧，表现为结构致密，耐冲刷，且摩阻系数小。滤失性也是钻井液一项十分重要的性能，如控制不好将对钻井工作产生多方面不利影响。一般来讲，滤失量过大常会引起以下不良后果：1.损害油气层，降低产能；2.井壁垮塌，井径不规则，起下钻遇阻；3.在高渗透性地层形成较厚滤饼，造成卡钻；4.因滤液侵入半径过大，致使测井解释不准，甚至失去发现油气层的机会。通常用滤失量(Filtration Loss)或失水量(Water Loss)来表示滤失性的强弱。钻井抗高温抗钙盐钻井液降滤失剂的研究与性能评价3液滤失的两个前提条件是：存在压力差和存在裂隙/孔隙性岩石。钻井液滤失与造壁性是钻井液的一项重要指标，它对松散、破碎、和遇水失稳地层（如水化膨胀性地层）的井壁稳定有十分重要的影响。1.2.1 钻井液在井内的滤失全过程1.瞬时失水 Spurt Loss滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水量。特点：时间短（t2 秒)；比例小 ;失水的大小与钻井液中固相级配、含量、压差、地层渗透率、孔隙度等有关。2.动失水 Dynamic Filtration钻井液循环时的失水量。特点：泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡。 （高渗透率 低渗透率 = C）（低渗透率高渗透率= C ）失水速率大、失水量大。3.静失水 Static Filtration 井下：钻井液停止循环后的失水。 室内：指定静态条件下，静失水仪器测得的失水。特点：失水速率小；失水量占总失水的比例较小；泥饼逐渐增厚（无冲蚀作