水基钻井液降滤失剂综述

2011-08-15李建波曲韵滔柯耀斌

河南化工 2011年4期

秦锋 ,李建波 ,曲韵滔 ,柯耀斌

(西南石油大学化学化工学院 ,四川成都 610500)

1 国内水基钻井液降滤失剂概况

从水基钻井液降滤失剂发展来看,20世纪 70年代以来水解聚丙烯腈盐和聚丙烯酰胺在钻井液得到广泛应用,20世纪80年代后2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸 (AMPS)共聚物降滤失剂的发展,使得水基钻井液降滤失剂在抗高温抗盐方面取得了巨大的突破。应用水基钻井液降滤失剂已开始从主要使用天然产品向改性天然产品发展,从单一化合物、均聚物向共聚物、接枝产物发展。目前国内的水基钻井液降滤失剂主要分为天然改性高分子类、合成聚合物类以及合成树脂类。

1.1 天然改性高分子类

天然高分子类处理剂材料主要使用淀粉、腐殖酸、纤维素等,他们具有来源广泛、价格低廉的特点,但是他们的抗温性能普遍不强,因此需要天然高分子类处理剂进行改性、接枝处理以提高产品的抗温、抗盐性能。天然改性高分子在 21世纪初得到了迅猛发展。

肖鹏等[1]以马铃薯淀粉为主要原料,以MFR为交联剂,采用溶剂法合成了高黏度改性淀粉,得到了产品 XP-1。在最佳条件下合成的高黏度改性淀粉在淡水泥浆中的加量为 3 g/L时,就可使泥浆的滤失水降低到 7 mL以下,表观黏度达到 15 mPa·s以上。XP-1能够更好地提高切力及动塑比值,配成的钻井液携带和悬浮性能与其他改性淀粉相比较均较好,具有较强的工程应用前景。

樊泽霞等[2]以腈纶工业下角料加碱水解产物为主要原料,使用 2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸磺化,与甲醛、聚醚多元醇进行接枝、交联,制得降滤失剂 K WY。由加入 K WY的各种钻井液 150℃静态老化 16 h后测得的 API滤失量值,确定 K WY在淡水钻井液中的加量范围为 0.4%～0.5%,在盐水和海水钻井液中的加量范围为 1.0%～1.5%。

韩琳等[3]利用黄原胶 (XG)链上的活泼基团接枝丙烯酰胺等乙烯基单体,制得了新型降滤失剂XGG,该剂不但保留了黄原胶较强的增黏能力和抑制性;而且提高了产品的抗温性能,加有它的钻井液在 160℃仍然具有良好的降滤失性。因 XGG主链中引入了聚丙烯酰胺等侧链,其抑制性得到了进一步增强。

卿鹏程等[4]利用腐殖酸为主要原料,通过缩合、接枝共聚、金属离子螯合和磺化等系列反应制得了高温抗盐防塌降滤失剂 KCS-53。室内评价结果表明,KCS-53的降滤失效果优良,热稳定性和抗盐抗钙能力与 S MP-2相当,而且其成本低,原料来源广,合成工艺简单。KCS-53降滤失剂在辽河油田沈 635井和沈 233井钻井过程中进行了现场运用结果表明 KCS-53降滤失剂效果良好,具有应用推广价值。

1.2 合成聚合物类

AMPS单体分子结构中具有强阴离子性、亲水性的磺酸基和不饱和的乙烯基双键,以其为基料的多元聚合物具有支链化结构,可以增大空间位阻,因此具有良好的热稳定性和抗盐能力,21世纪初的很多聚合物处理剂均采用了此单体,是其二元或多元共聚物。除此之外,非聚丙烯酸类的聚合物在近几年也有所发展。

周向东[5]采用 N-乙烯基吡咯烷酮 (NVP)、2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸 (AMPS)和丙烯酰胺(AM),以过硫酸钾 (KPS)为引发剂合成了 AM/AMPS/NVP三元聚合物,即降滤失剂WH-1。当使用 1%的最优加量下能抗 240℃高温,并具有良好的抗盐抗钙性。在地温梯度比较高的孤北古 2井,加入WH-1调整钻井液的滤失量,使中压滤失量由 10 mL降至 4 mL,高温、高压滤失量由 21 mL降至 12 mL,有效控制了钻井液的滤失。此外,WH-1还在垦 628井、埕北 50井等多口井应用,均取得了良好的效果。

刘明[6]采用 2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸(AMPS)、2-羟基 -3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基氯化铵 (HMOPTA)共聚,合成了一种抗高温抗盐降滤失剂。此两性离子共聚物在淡水、盐水、饱和盐水、复合盐水、含钙盐水和现场钻井液中均具有显著的降失水作用,新濮 1-153井浆中共聚物的用量1.0%时,基浆的滤失量分别从老化前后的 43.0 mL和 92.0 mL降至 4.0 mL和 7.0 mL;同时具有较强的防塌和抑制黏土分散的能力,当共聚物用量为0.5%时,页岩滚动回收率试验中的相对回收率达96%以上,此共聚物用作钻井液处理剂有利于控制地层造浆,保护油气层。

王中华[7]采用 2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸 (AMPS)、丙烯酰胺 (AM)和丙烯酸 (AA),在磺化酚醛树脂 (S MP)存在下,以过硫酸钾—亚硫酸氢钠为引发剂,合成了 P(AMPS-AM-AA)/S MP复合聚合物降滤失剂。在最优合成条件下,P(AMPSAM-AA)/S MP复合聚合物抗温达 240℃,在淡水、盐水钻井液中均具有较好的降滤失作用,与 S MP相比,对高密度钻井液黏度影响较小,与 S MC等具有良好的配伍性,可以有效控制高密度钻井液的高温高压滤失量和流变性。

1.3 合成树脂类

21世纪初,两性离子酚醛树脂的研制成功大大改善了树脂类降滤失剂的性能,引起了树脂类降滤失剂发展的飞跃。李尧等[8]利用合成得到的阳离子化酚醛树脂和磺甲基酚醛树脂在催化剂存在下反应,制备了阳离子化磺甲基化两性酚醛树脂 XNS MP-Ⅲ。该两性酚醛树脂在黏土上的饱和吸附量高达24.292 mg/g,约为商品磺甲基酚醛树脂 S MP-Ⅰ、S MP-Ⅱ、S MP-Ⅲ的 2倍。根据吸光度测定,该树脂在浓度≤3.5 g/L的NaCl水溶液中不析出。该树脂加量为 3%时,含盐 (NaCl)15%和 30%的加评价土 4%膨润土钻井液在 180℃热滚后的高温、高压(150℃,3.5 MPa)滤失量分别小于 15 mL和 30 mL。

张高波等[9]在酚醛树脂分子结构中引入季铵盐基团,研制出两性磺化酚醛树脂 ASP-1。通过与S MP-1的试验对比,结果表明 ASP-1在 15%～30%钻井液中具有良好的流变性和降滤失效果,API滤失量在 15 mL以下。其表观黏度比 S MP-1的小,降滤失效果和高温高压下的降滤失效果优于S MP-1。

2 水基钻井液新技术与新方向的研究

目前,成膜 (隔离膜)研究在国内外是十分活跃的多科学交叉领域,据报道美国正在研究试验能达到完全隔离效能的水基钻井液,聚合物通过吸附或化学反应在井壁上形成一层隔离膜即在井壁的外围形成保护层,阻止水 (滤液)及钻井液进入地层。该类产品已在海上油田应用,效果明显,具有很好的稳定井壁和保护储层性能。

王平全等[10]利用天然纤维,经碱化在高温下裂解后,经催化作用与不饱和有机胺化合物进行缩聚反应,制得一种新型有机胺天然纤维聚合物 CMJ-2。采用分散与聚结相平衡原理,制得了以直链烷烃C12-C18为主要原料的无毒、低 (无)荧光、环保型、可变形软微粒的钻井液惰性、封堵、降失水剂 XNJ-1。将两者复配后得到了一种能产生复合膜的新型成膜降滤失剂。通过 CMJ-2-XNJ-1与高效高分子包被絮凝剂 JH-1、降黏剂 JN-1等复配组成的水基钻井液体系的室内研究表明,CMJ-2-XNJ-1能形成很好的膜结构,由此组配的水基钻井液体系具有良好的流变性和失水造壁性,抑制性强,润滑性好,抗盐性好,抗温及抗污染能力强和好的保护储层特性。

屈沅治等[11]从纳米技术与钻井液技术相结合的角度出发,通过在水基钻井液中添加纳米复合型抗高温降滤失剂 NC(两亲性嵌段聚合物 /蒙脱土纳米复合材料),优化设计出了具有优良降滤失性能及高膜效率的纳米—膜结构新型水基钻井液。性能评价和膜效率测试结果表明,优选出的 NC加量为1%的纳米—膜结构新型水基钻井液在 22℃下具有优良的降滤失性和抑制性能 ,能抗2%NaCl或0.5%CaCl2的污染,膜效率为 78.2%。