01功气制油合成基钻井液关键处理剂研制

1、技术背景1关键处理剂研制2汇报内容性能表征与评价3现场应用4结论52 一、技术背景3 气制油基钻井液作为一种具有环保特性的新型钻井液体系，既具有油基钻井液 的性能特点，又对环境友好、无污染。而且与油基（柴油和低毒矿物油作为基础油） 钻井液相比，气制油基钻井液除具有油基钻井液的井壁、润滑性好和保护储层等特点外，还具有粘度低、钻速快、对环境更加友好等优势。国内外大量实践表明，采用油基钻井液钻进水的地层、深井高温高压地层、巨厚盐膏层等复杂地层时，可以大幅降低井下复杂事故率，提高机械钻速。但是，由于油基钻井液环境污染问题，在陆地环境敏感区域和海上复杂地层推广使用上受到了一定的限制。近年来我国西部油田超

2、过7000m的超深井和东部油田超过5000m的深井钻探中，井底 温度常超过180甚至200。在高温条件下，水基钻井液中的各种组分均会发生降解、发酵、增稠、失效等变化，从而使钻井液性能发生剧变，严重时将导致钻井作业无法正常进行。技术背景1关键处理剂研制2汇报内容性能表征与评价3现场应用4结论54 二、关键处理剂研制n 有机土（DR-GEL）的研制水解制浆过滤除砂钠化处理功能化大分子插层复合季铵盐插层浆图1有机土（DR-GEL）工艺压滤、烘干、粉碎+复合季铵盐插层功能化大分子插层+膨润土插层剂图2有机土（DR-GEL）插层反应示意图5 工艺：工艺简便、生产效率高；性能优势：不仅适用于柴油，而且在芳

3、烃含量较低的白油和气制油，具有粘切、抗温性能良好等优点。提纯土柴油基有机土有机土(DR-GEL)提纯钙基膨润土浆钙基膨润土浆钙基膨润土原矿二、关键处理剂研制n 主乳化剂(DR-MUL)的研制亲油基团反应活性基+功能基团多胺反应活性基不饱和脂肪酸T=150200n=50100rpm t=210h酰胺化 催化缩合图3 主乳化剂与结构示意图6 主乳化剂 ：利用不饱和脂肪酸与多胺进行酰胺化反应，然后再进行小分子缩合制得的具有弧状梳型结构乳化剂，主要起到降低表面张力，乳化钻井液体系的作用。n 辅乳化剂(DR-COAT)的研制亲油基团反应活性基+反应活性基羟基多胺功能基团不饱和脂肪酸酰胺化T=150200

4、催化缩合n=50100rpmt=210h图4 辅乳化剂与结构示意图辅乳化剂 ：利用不饱和脂肪酸与羟基多胺进行酰胺化反应，然后进行缩合，形成含有亲水基团的链状结构，与主乳化剂协同作用增强钻井液的乳化 性能，并能润湿重晶石和钻屑等亲水固相。二、关键处理剂研制n腐植酸胺降滤失剂(DR-FLHA)的研制碱液溶解过滤提纯有机胺高温裂解压滤干燥、粉碎图5 降滤失剂(DR-FLHA)工艺n聚合物降滤失剂(DR-FLCA)组份结构图6降滤失剂(DR-FLCA)吸油膨胀示意图7 高分子聚合物降滤失剂：一种基于微观结构设计的抗高温油溶性聚合物树脂，该聚合物是由交联体颗粒和与其连接的线性链 ，粒径为80150nm，

5、在气制油 基钻井液体系中吸油膨胀，伸展链与钻井液的组分作用，滤失过程中形成 的滤饼。腐植酸胺腐植酸胺盐降滤失剂(DR-FLHA)腐植酸胺浆液腐植酸钠混合液腐植酸钠溶液腐植酸原料技术背景1关键处理剂研制2汇报内容性能表征与评价3现场应用4结论58 三、性能表征与评价n 有机土物性表征l红外谱图9 ：2920cm1（CH2称伸缩振动）、2850cm1（CH2 对称伸缩振动）和1470cm1（C-N伸缩振动）为有机土谱图中区别于钠基膨润土的特征峰。说明插层剂已经进入蒙脱石晶层间，与层间吸附Na+发生置换反应。图7膨润土和自研有机土FTIR谱图三、性能表征与评价n 有机土物性表征l微观形貌10 ：提纯

6、膨润土和研制的有机土蒙脱石层片间呈平行线状分布， 蒙脱石层片间距较提纯钠基膨润土明显增加，层间距约为2.6nm。结合FTIR 结果可知：插层剂已经进入蒙脱石晶层间，层间距增大。提纯膨润土TEM有机土TEM 图8膨润土和自研有机土TEM三、性能表征与评价n 有机土性能评价l 高温粘切性能表1 自研有机土抗温性能实验结果如表所示：自研有机土在220范围内具有良增粘提切性能，且在150后性能恒定。11 温度（）表观粘度（mPa s）塑性粘度（mPa s）动切力（Pa）5011651502201476表2 自研有机土与国外有机土性能对比结果如表所示：经150老化后，四个有机品均具有

7、较粘切性能，其外有机土3#老化前后，性能差异较大，此可能添加了促凝胶型激活剂，高温下激发所致。有机土在老化前 后性能差异较小，且具有较高的粘切性能。样品来源测定温度（）表观粘度（mPa s）塑性粘度（mPa s）动切力（Pa）国外有机土1#505.2550.2515075.51.5国外有机土2#50651150862国外有机土3#506.560.515034628有机土5011651501476三、性能表征与评价n 主辅乳化剂性能评价ll红外谱图高温乳化性能12 表3 温度对乳化剂在气制油中性能影响测定结果实验配方：240ml气制油+3.0g主乳化剂+3.0g辅乳化剂+60

8、mL 20%(m/V)的CaCl2 水溶液如表所示：在220范围内，由自研主乳化剂和辅乳化剂协同作用形成的气制油包水乳状液具有良乳化性能，破乳电压大于500V，乳化率大于80%。温度（）50120180200220乳化率（%）8591908883破乳电压（V）512567559531508图9 自研主乳化剂和辅乳化剂的FTIR谱图：1780cm-1 (C=O asym. str.)， 1710cm-1 (C=O sym. str.)和 1460cm-1 (C- N str.)为酰亚胺的特征峰，说明自研主辅乳化剂过程中发生了酰胺化反应。三、性能表征与评价n 主辅乳化剂性能评价l性能对比13 表4

9、 乳化剂性能对比实验结果实验配方：320ml气制油+3%主乳化剂（12g）+3%辅乳化剂（12g）+80ml水（20%CaCl2溶液）+2%自研有机土（8g）+ 2%CaO（8g）+4%降滤失剂（16g）+950g重晶石如表所示：两套气制油钻井液体系均具有良 乳化 性、流变性和滤失性能。利用自研主辅乳化剂配制的钻井液具有更 高温乳化 性能，且切 、高温高压滤失量低。样品来源实验温度（）表观粘度（mpa.s）塑性粘度（mpa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa）破乳电压（V）高温高压滤失量（mL）国外某公司主辅乳化剂5051391211/151427-170554876/858712自研主辅乳化剂

10、5062422018/221721-/1712298三、性能表征与评价n 降滤失剂性能评价表5 降滤失剂流变性能和中压滤失性能对比表6 降滤失剂流变性能和高温高压滤失性能对比实验配方：400ml气制油+自研有机土（12g）+降滤失剂（16g）老化条件：中压滤失：90×16h；高温高压滤失： 150×16h14 样品来源表观粘度（mpa.s）塑性粘度（mpa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa）高温高压滤失量（mL）降滤失剂DR-FLHA87.50.52/338降滤失剂DR-FLCA10911/223国外降滤失剂1#87.50.53/3280国外降滤失剂2#7701/198国外

11、降滤失剂3#97.51.52/378样品来源表观粘度（mpa.s）塑性粘度（mpa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa）中压滤失量（mL）降滤失剂DR-FLHA8711/222降滤失剂DR-FLCA10821.5/310国外降滤失剂1#8712/225国外降滤失剂2#8801/133国外降滤失剂3#9813/320如表所示：不同老化温度下，降滤失剂样品在气制油中的粘切力基本一致， 说明降滤失剂样品抗温性能良好，不破坏钻井液体系流变性能。其中，自研降滤失剂具有较中压和高温高压降滤失性能， 降滤失剂DR-FLHA和DR- FLCA的中压滤失分别为22mL和10mL，高温高压滤失分别为38mL和23m

12、L。三、性能表征与评价n 降滤失剂性能评价国外降滤失剂2#国外降滤失剂1#国外降滤失剂3#降滤失剂DR-FLHA降滤失剂DR-FLCA图10中压滤失泥饼如所示：自研降滤失剂DR-FLHA和降滤失剂DR-FLCA与国外降滤失剂3#的泥饼致密，国外降滤失剂1#和2#的泥饼疏松，结合中压和高温高压滤失量数据，自研降滤失剂性能较好。三、性能表征与评价n 气制油基钻井液体系性能评价表7 气制油钻井液高温性能评价结果实验配方：320360ml气制油（Saraline185V）+2%3%自研主乳化剂+2%4%自研辅乳化剂+4080ml水（20%CaCl2溶液）+2%自研有机土+ 2%CaO+4%降滤失剂+重

13、晶石16 如表所示：气制油基钻井液在温度150220、密度1.52.2g/cm3范围内，破乳电压在1000V以上，塑性粘度为2961mpa.s，动塑比在0.28Pa/mpa.s以上，重晶石未沉淀，高温高压滤失量小于10ml，说明该体系具有良高温乳化性能、良流变性、降滤失性能和携岩能力。温度油水比密度g/cm3表观粘度mpa.s塑性粘度mpa.s动切力Pa动塑比Pa/mpa.s初/终切Pa破乳电压V高温高压滤失量mL15080:201.54029110.3810/1412562.518080:201.84633130.3912/1512374.820085:152.05742150.3612/1

14、710377.122090:102.27861170.2810/1410489.4技术背景1关键处理剂研制2汇报内容性能表征与评价3现场应用4结论517 四、现场应用苏门答腊岛JABUNG区块NEB Basement-1国际公司部署的一口重点探井（大斜度定向井），钻探目的层为基岩风化壳，三开井深15182520米井段设计采用欠平衡控压钻进，井底温度大于150，实钻钻井液密度0.88g/cm3。使用中石油钻井院提供的处理剂和配套的气制油 基钻井液体系，钻井液经40天高温环境运行，性能一直 。由表可知：在油水比81:1997:3范围内，气制油钻井液体系具有良乳化性（破乳电压大于480V），较低的粘

15、度（漏斗粘度为4350s），较高的切动塑比（动切于12Pa、动 塑比在0.771.22 Pa/ mPa·s），说明钻井液体系具有良流变性能和携岩性能；滤失量较低（中压滤失为0ml）。表8 NEB Basement-1井气制油钻井液现场性能数据井段/m漏斗粘度/s塑性粘度/mPa·s动切力/Pa动塑比/Pa/ mPa·s初切/终切/Pa/ Pa中压滤失量/ ml油水比破乳电压/v1525502429.31.228.4/18.8081:2327.21.188.4/18.8085:1212.51.048.4/12.5095:57022063451512.50.836.3

16、/16.7093:720002230431412.50.8910.5/12.5097:320002387461416.71.1910.5/14.6097/320002520481914.60.7712.5/23.0097/32000技术背景1关键处理剂研制2汇报内容性能表征与评价3现场应用4结论519 五、结论（1）对气制油基钻井液的关键处理剂进行了研制和性能评价。自研有机土利用复合季铵盐阳离子和功能化大分子对提纯膨润土进行插层反应制得，层间距为2.6nm，抗温达220，量少、粘切，不同温度下粘切性能恒定等特点；自研主乳化剂为弧状梳型结构，辅乳化剂为含有亲水基团的链状结构，二者协同作用，具有良高温乳化性能和提切性能，抗温220，室内实验破乳电压大于1000V；自研腐植酸胺和高分子聚合物降滤失剂具有高温高压滤失量低，气制油中流变性能等特点。（3）利用自行研制的关键处理剂形成的气制油基钻井液体系在苏门答腊岛JABUNG区块NEB Basement-1井整个过