抗高温钻井液降滤失剂的研究进展及发展方向

2012-02-15吴艳利李晓新

天津化工 2012年5期

关键词：失剂抗盐共聚物

吴艳利,李晓新

（大港油田集团油田化学有限公司，天津 300280 ）

抗高温钻井液降滤失剂的研究进展及发展方向

吴艳利,李晓新

（大港油田集团油田化学有限公司，天津 300280 ）

简单介绍了国内近几年抗高温降滤失剂的性能特点，阐明了抗高温降滤失剂的发展方向。

抗高温；抗盐；降滤失剂；进展

本文就近几年国内钻井液降滤失剂（抗220℃及以上的高温）的研究与应用进展作一综述，简单介绍如下。

1 国内研究现状

降滤失剂是钻井液最重要的处理剂之一，它对井壁稳定，保护油气层起着很重要的作用。加入降滤失剂的目的就是通过在井壁上形成低渗透率、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量。随着研究的不断深入以及钻遇地层的条件日趋复杂，已有的降滤失剂已不能满足钻井作业的需要，从而促进了研究人员向新型的抗高温降滤失剂的方面进行研究与发展。

王中华等[1]以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和 N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)为原料，合成了一种新型耐温抗盐聚合型钻井液降滤失剂，并对其性能进行了室内评价。结果表明，所合成共聚物对淡水泥浆、饱和盐水泥浆和含钙泥浆均具有较好的降滤失作用和提高表面黏度、动切力的能力，且随着共聚物用量的增加，降滤失效果和提黏切能力提高。将含296合成产物的饱和盐水泥浆和含钙盐水泥浆于不同温度下老化16 h后，在室温下测定处理后泥浆的滤失量。结果经过200℃下16 h的老化，泥浆的滤失量仍较低(小于15 mL)。

叶传耀等[2]由乙酸乙烯酯与丙烯腈经乳液共聚后，经碱性水解改性制得的钻井液降滤失剂乙烯醇-丙烯酸钠共聚物。对用于钻井液处理，具有良好的耐高温、耐盐性能。在4%盐水膨润土泥浆和饱和盐水膨润土泥浆中，加量为1.5%和2.0%时，经200℃静态老化16h后，失水量分别比基浆降低90.25%倍和92.28%倍，井有较高的抗钙污染能力。

刘雨晴[3]等利用褐煤中提取腐殖酸及腐殖酸磺甲基化制取磺甲基腐殖酸钠和聚丙烯腈的水解物共同作用制得抗高温抗盐阳离子降滤失刺CHSP-I，评价了CHSP-I的抑制性能、抗高温抗盐降滤失性能，简介了CHSP-I在塔里木、南海、渤海等油田应用的实例。结果表明，该降滤失剂能耐2000C以上高温，抗钙能力强，可抗盐至饱和，具有良好的降滤失作用，与其它处理剂的配伍性好，抑制性能良好，适用范围广，可有效改善泥饼质量，防塌能力强，使用CHSP-I的井井径规则，井眼稳定。

何耀春等[4]以三氯化磷、酸性聚合酚醛树脂或碱性聚合酚醛树脂合成了膦甲基酚醛树脂（PMP)，并评价了PMP在钻井液中的降滤失、抗温、抗钙和抗盐性能。结果表明在酸性聚合介质、酚醛物质的量比＜1.0条件下合成的PMP具有较好的溶解性和降滤失作用。当加入的PMP质量分数为1.0%和1.5%时，可使质量分数为4.0%膨润土浆的API滤失量由35.2 mL分别降至10.2 mL和9.8 mL；PMP具有良好的抗温性能，在高温200℃时，滤失量保持不变，可用于含盐量＜1.0%，含钙量＜2200×10-6的深井钻井液中。

王松等[5]街将下脚料聚丙烯腈水解，用三甲胺、甲醛进行阳离子化，再用过氧化氢氧化，制得了阳离子度为10．5%的降滤失剂PKC-3。在PKC-3加量为0．5%的情况下可使膨润土基浆的API滤失量较大幅度地降低，抗盐抗污染性能良好，页岩回收率明显高于所评价的其它处理剂。现场应用表明，PKC-3能显著降低水基钻井液在各种条件下的粘度、切力和失水量，具有较强的抗盐膏污染能力，能有效地抑制粘土分散，提高钻井液抗盐膏污染及高温下的热稳定性，是一种新型的适用于高温、高矿化度、高固相含量钻井液及复杂地质条件下使用的降滤失剂。

刘盈等[6]将褐煤在150℃下磺化，再加入Na-HPAN、DEDAAC、AMPS等引发聚合，得到含阳离子的聚合物降滤失剂CAP。通过室内评价，阳离子抗高温降滤失剂CAP抗污染能力强，抗盐达饱和，抗钙达7×10-7%ppm。在2000C高温下能很好地堆护钻井液的流变性能，与阳离子钻井液体系的配伍性极好。

刘凡等[7]利用多羟基大分子PVA对磺化醛酚类树脂LF接枝共聚，合成一种新型的泥浆降滤失剂。LF-P多羟基共聚物作用于泥浆体系具有优良的抗高温210℃、高盐（饱和盐）及造壁、降失水性能；单一处理泥浆其效果远优于SMP-I+SMC+SMK复配共处理体系。

王松[8]以2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等单体为基本原料，合成新型抗高温多元聚台物降滤失剂JHW，评价了该降滤失剂的性能并对其作用机理进行了分析。试验结果表明，JHW在3%钠膨润土基浆中的抗温能力达210℃，可抗盐至饱和．抗5%CaCL2。它在淡水、盐水、饱和盐水、海水及含钙钻井液体系中的抗温降滤失性能均忧于国内外同类产品，具有广泛的应用前景。

牛中念等[9]以天然高分子物质及烯类单体为主要原料，配合自制的磺化剂、合成了新型泥浆降滤失剂SCS-1，它集天然高分子物质和烯类化合物的优势于一体，提高了抗温、抗污染性能。室内评价结果表明：SCS-1具有良好的抗温、抗污染、抗钙性能，在不同的泥浆体系中均有良好的降滤失性能。

武玉民等[10]以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)/丙烯酰胺(AM)/衣康酸(IA)三元共聚物作为降滤失剂。研究了220℃老化前后淡水泥浆和盐水泥浆的中压滤失量和流变性能。考察了高温老化前后淡水泥浆粒度分布的变化，并与其它几种聚合物的泥浆性能进行了对照，结果表明无论在淡水还是盐水条件下，高温老化前后AMPS/AM/IA三元共聚物泥浆均具有良好的降滤失性能和流变性能。

陈娟等[11]以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基-2-吡咯烷酮（NVP）为主要原料，合成了AM/AMPS/NVP三元聚合物。室内评价实验表明，NJ-1在淡水、复合盐水、海水基钻井液中具有良好的降滤失作用，与常规处理剂配伍性良好，易于维护；因带有磺酸基与内酰胺基等官能团，NJ-1具有良好的耐温性（抗温220℃）；NJ-1携带对盐不敏感的基团，所以具有良好的抗钙性能，在质量浓度为12%的CaCl2钻井液体系中仍能有效控制失水。该剂在现场多口井中试验应用，均取得了良好效果，该剂能有效降低钻井液体系的滤失量，具有较强的抗温抗钙能力，可满足钻深井、钻进盐膏层和海水钻井的工艺要求。

许娟等[13]采用氧化还原体系以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，丙烯酰胺(AM)等乙烯基单体为基本原料合成出了新型抗高温二元共聚物PAX系列处理剂，在分子上引入了磺酸基团、酰胺基，具有降滤失效果显著，抗温、抗盐能力强的优点，该降滤失剂在220℃ 的高温下及饱和盐水中具有良好的降滤失作用。

乔英杰[13]等采用硝酸氧解褐煤提高腐植酸含量、再磺甲基化并与丙烯腈接枝共聚的方法制备了具有抗高温抗盐降滤失性能优良的石油钻井液助剂SHK-AN的合成工艺，通过室内试验表明，合成助剂SHK-AN的电阻率、线膨胀量、助剂的泥饼强度、抗钙和抗盐能力均比对照助剂好，其高温高压降失量较小，其中SHK-AN-3可耐2O0℃高温、耐饱和盐水，具有较好的降滤失作用和抑制性能，适用于各种水基钻井液体系。

张宝庆等[14]以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和衣康酸(IA)为基本原料，合成了AMPS／AM／IA三元共聚物降滤失剂，并采用红外光谱和差热分析法表征了共聚物的组成特征及其热稳定性。结果表明，当温度至240℃时，共聚物开始分解，而AMPS均聚物在182℃即有热分解现象。AMPS/AM/IA共聚物的热分解过程共分3个阶段：第一阶段始于240～270℃，终止于300～330℃与羧基和酰胺基团的热分解相对应；第二阶段发生在340～420℃，起因于磺酸基的热分解；第三阶段出现在450℃以上的温度段，此时共聚物主链开始分解。由此可知AMPS/AM/IA共聚物比AMPS均聚物的热稳定性高。

王小石等[15]采用两种以上的聚合物单体，在一定的温度和压力下与腐殖酸接枝共聚，制成了高温抗盐降滤失剂RSTF，通过室内评价和现场应用表明，高温抗盐降滤失剂RSTF能显著降低水基钻井液在各种条件下的HTHP滤失量，具有较强的抗盐、钙污染性能，能有效提高钻井液高温稳定性，抗温达220℃。

李玉光等[16]以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）等乙烯基单体为基本原料，经过特殊聚合方法，合成出新型抗高温多元聚合物降滤失剂FLA。实验表明，FLA它具有较好的抗温和抗盐、钙污染能力，在3%钠膨润土基浆中的抗温能力达220℃，可抗盐至饱和，抗5%CaCl2，它在淡水、盐水、饱和盐水、海水及含钙钻井液体系中的抗温降滤失性能均优于国外同类产品。

王平全[17]以褐煤、腈纶废丝为主要原料，采用接枝共聚和磺化法制得了一种含羟基、羰基、亚甲基、磺酸基、苯环、羧基和腈基的水基钻井液降滤失剂G-SPNH。对G-SPNH在淡水钻井液中的性能及其抗温、抗盐、热稳定性进行了评价。研究表明，GSPNH具有降滤失、降粘、抗高温（200℃以上），抗盐（Cl达110g/L以上）、热稳定性好等特点，其作用明显优于同类磺化处理剂，在低浓度下，G-SPNH的作用效果亦能达到甚至优于同类磺化处理剂，能完全代替同类磺化处理剂，G-SPNH利用腈纶废料，成本低，原料来源广，有一定的推广价值。

王中华[18]以丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等为主要原料，合成了一种三元共聚物PAMS，并对其性能进行了室内评价和现场应用。结果表明，共聚物PAMS具有良好的抑制地层和钻屑分散、控制泥浆的流变性和滤失量的能力，在淡水泥浆、盐水泥浆、饱和盐水泥浆和海水泥浆中均具有较强的降低滤失和提粘切能力，抗高温（220℃），抗盐至饱和盐水，热稳定性好，防塌效果好，井壁稳定，用量小等特点。维护周期长，与其它处理剂配伍性好，可以有效地降低钻井液的处理费用。

李建强等[19]以衣康酸(IA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料，合成了新型耐温抗盐降滤失剂AMPS-AM-IA三元共聚物。通过正交试验，得到了共聚物的最佳合成条件：反应温度55℃，引发剂用量0.1%，反应时间6h，单体配比 AMPS∶AM∶IA=30∶60∶10。

2 抗高温钻井液降滤失剂的发展方向

从近年的发展来看，我国在钻井液降滤失剂研究与应用方面已经取得了可喜的进展，研制出了一批抗高温(200℃以上)、抗盐抗钙能力强、性能优良的钻井液降滤失剂，钻井液工艺技术亦日趋完善，从目前降滤失剂的发展趋势看，今后钻井液降滤失剂的研究发展主要从以下几方面着手：（1）成本的降低，开展无机一有机单体聚合物处理剂研究或与无机材料等产品的复配，以降低聚合物成本并研制一些降滤失效果好、不增粘的降滤失剂；（2）对现有的聚合物性能的完善，进一步提高聚合物降滤失剂的抗高温能力(抗温 200℃以上)和防塌能力；（3）随着世界对环保概念的增强及日益严格的环境要求，开发无污染、或污染小、能适用海上钻井和深井的钻井液降滤失剂；(4)开发成本低廉的产品，一些原料来源丰富、价格低廉的天然材料，如淀粉、褐煤、栲胶等；（5）生产工艺的简化，对实际的生产设备提高要求，简化生产工艺、降低反应条件，使降滤失剂的生产更有利于向工业化道路发展。

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