基于超分子化学的钻井液新技术

引入超分子化学理论,利用盐水中的电解质离子(Na~+和Cl~-)与聚电解质分子链上的阴、阳离子基团之间的静电吸引作用,使盐水环境中的电解质离子能够促进聚合物分子链伸展,使盐水成为聚合物的良溶剂,从而将长期以来采取"提高聚合物抗盐能力"的思路转变为"聚合物具有较强盐响应性"思路。研发超分子提切剂和超分子降滤失剂,并以此为核心形成超分子钻井液体系。结果表明:该体系具备良好的剪切恢复特性,特别是与常规钻井液相比,降低了极高剪切速率下的黏度,流变性能更接近理想范围;渗透率恢复值超过90%,连续热滚72 h后体系的流变和滤失性稳定,抗土侵性能强;该体系在新疆油田5口不同类型井中的应用中,与同区块的其他井相比,井下复杂情况降低率为97.66%,平均机械钻速提高了1.08～1.75 m/h,油层段井径扩大率降低18.29%～32.20%;超分子钻井液体系在解决钻井液抗盐侵、提高钻井液流变性、更好发挥喷射钻井效率等方面发挥了重要作用,有望成为钻井液的发展新方向。     

长效抗剪切聚合物驱油剂的合成及性能

为了提升驱油用聚合物在苛刻油藏环境中的耐温与抗盐性,设计合成了一种以多元胺-丙烯酸甲酯为聚合前体,具有超支化结构的聚酰胺-胺类单体,并在此基础上合成了一种长效抗剪切聚合物(LSRP)。考查了聚合单体浓度、引发温度、聚合时间、引发剂组成和加量及水解度等因素对LSRP溶液黏度的影响,采用FTIR和1HNMR表征了单体及聚合物结构,对聚合物增黏、抗剪切、抗盐、注入性及驱油性能进行了评价。结果表明:聚合物LSRP具有较好的增黏能力、抗剪切性和稳定性,当原油黏度70～300 m Pa·s时,室内驱油实验采收率较水驱增加20%以上,矿场试验注入后期压力平稳上升。     

高抗剪切聚丙烯酰胺类聚合物驱油剂的合成及性能

针对目前线性聚丙烯酰胺类聚合物抗剪切性能无法满足应用需求的问题,设计合成了一种具备三维立体球形母核及两性离子功能链段的超支化聚合物,该聚合物由高分子核聚醚(HPG)母核、聚丙烯酰胺(HPAM)、聚丙烯酸及聚2-(二甲胺基)甲基丙烯酸酯乙基溴代甜菜碱(C10AM)链段组成。考察了聚合时间(T1)、引发剂用量(M[O])、HPG用量(MHPG)、水解烘干温度(t)、C10AM用量(MC10AM)等对聚合物溶液黏度的影响。采用1HNMR对聚合物进行了结构表征,并对其溶解、增黏、抗剪切、抗盐及抗老化性能进行了评价。结果表明,最佳的聚合条件为:T1=5. 5 h、M[O]=60 mg、MHPG=20 mg、t=120℃、MC10AM=150 mg。在9 374. 13 mg/L的矿化水中,HPG-HPAM-C10AM聚合物基本溶解时间均小于50 min,2 000 mg/L的聚合物溶液黏度可达到37. 7 m Pa·s,Waring搅拌器1档剪切20 s后黏度保留率高达70%,老化90 d黏度保留率为76%,均优于未改性HPAM聚合物。     

减阻型纳米二氧化硅流体的流变性分析

采用流变仪等方法测试了自主研发的减阻型纳米流体HNFⅢ的流变性,研究分析了纳米SiO_2颗粒浓度(质量分数0.002 5%~0.20%)、剪切速率和温度等参数对HNFⅢ流变性的影响规律,以及HNFⅢ的剪切增稠机理。结果表明:HNFⅢ的黏度随纳米SiO_2颗粒浓度的增加而升高;剪切速率低于临界剪切速率值γ0时,纳米流体的黏度几乎不变,而一旦超过γ0,黏度快速升高,具有明显的剪切增稠特性,并且低浓度的纳米流体黏度上升更快,导致了不同浓度的纳米流体黏度出现汇聚的特征;同时,临界剪切速率γ0随温度升高而减小,随浓度升高而增大。实验得到了纳米液HNFⅢ的本构方程,显示其属于膨胀性流体。重复测试和双向剪切测试表明,剪切增稠具有良好的可逆性,满足"粒子簇"理论。     

酰胺基流变性调控剂研制及其作用机制

基于分子结构优化设计,研制两种酰胺基流变性调控剂Amide-1和Amide-2,与普通流变性调控剂对比考察其提切效果,并通过乳液液滴粒径和流变性测试,探讨其与乳化剂作用机制。结果表明:Amide-1和Amide-2对有机土/白油分散体系的塑性黏度影响较小,提高切力效果明显,随温度升高切力降低程度小;该流变性调控剂对乳液液滴粒径影响小,有利于乳液稳定,优化乳化剂复配可使粒径变化率由52.2%降低至14%,并能将乳化剂/有机土分散体系低剪切速率下的黏度降低率由50%减至14.1%,高剪切速率下黏度维持在5 mPa·s,从而有效提高体系结构强度;与乳化剂协同作用使乳液液滴平均粒径变化小,对体系黏度影响小。     

抗盐聚合物分子集聚影响因素及其渗流特性

利用电镜扫描方法研究了驱油用抗盐聚合物ASPAM和部分水解聚丙烯酰胺PHPAM溶液的分子聚集现象;模拟现场聚合物注入过程,分析了聚合物溶液质量浓度、配制水矿化度、多级过滤和机械剪切作用对聚合物分子聚集体的影响;通过岩芯实验,分析了ASPAM的渗流特性。结果表明,ASPAM显示了分子的聚集状态,达到聚集状态后其粘度显著提高;ASPAM较PHPAM具有优异的抗盐和抗剪切性,在多孔介质中的动态滞留量更大。实验研究对现场应用抗盐聚合物驱油,以及聚合物的改性具有指导意义。     

SiO_2纳米颗粒强化的CO_2泡沫压裂液体系

随着CO_2泡沫压裂技术的发展,传统聚合物增稠型泡沫强化剂暴露出难破胶、高残渣、伤害地层等问题。将SiO_2纳米颗粒作为CO_2泡沫压裂液的新型强化剂,系统研究强化泡沫的界面流变性、生成及稳定性、黏度、滤失及伤害性。结果表明:SiO_2纳米颗粒吸附在泡沫气液界面上增大了界面粗糙度,并提升了高温高压下界面黏弹模量,增强了泡沫液膜抵抗及恢复形变能力;虽然强化泡沫的生成能力减弱,但泡沫在高温高压下的稳定性获得显著提升,且其生成能力随压力增大而增强;泡沫质量分数为50%～93%时,0.5%的SiO_2纳米颗粒将泡沫有效黏度提高了2.2～4.8倍,同时泡沫滤失控制能力增强,气、液相滤失系数对渗透率的敏感性减弱;强化泡沫具备低伤害性。     

疏水缔合聚合物溶液的临界缔合浓度

为了从本质上说明缔合聚合物溶液的临界缔合浓度和其增黏机理,开展了缔合聚合物荧光光谱实验和在不同水质中的增黏性实验.结果表明:在缔合聚合物溶液中存在着两个临界缔合浓度(CAC1和CAC2),在黏浓关系研究中的临界缔合浓度是指第二临界缔合浓度(CAC2);缔合聚合物在人造淡水中的临界缔合浓度(800mg/L)远低于蒸馏水中的临界缔合浓度(2500mg/L);缔合聚合物在人造淡水中的黏度远高于其在蒸馏水中的黏度,说明缔合聚合物溶液具有较好的抗盐性;在蒸馏水中,MO4000溶液的黏度总比缔合聚合物溶液的黏度高,而在人造淡水中,缔合聚合物溶液的黏度却比MO4000溶液的高;在整个浓度范围内,聚合物MO4000在蒸馏水中的黏度总比在人造淡水中的黏度高,说明MO4000溶液的抗盐性差.     

污水配制污水稀释聚合物溶液黏度影响实验研究

为了研究渤海油田聚合物驱中产出污水对配制新鲜聚合物溶液性能的影响,通过室内模拟方法,研究了高温高盐条件下(82℃、矿化度为10×10~4mg/L),产出污水中残留聚合物浓度、乳化油含量及固体悬浮物含量等因素对聚合物干粉溶解及目标液性能的影响。实验结果表明:随着污水中残聚浓度的升高,所配制的聚合物母液及溶液的表观黏度增大、抗剪切作用增强;当残聚浓度大于600 mg/L时,母液黏度提高率在10%以上;随产出污水中含油及悬浮物浓度的增加,聚合物溶液抗剪切作用增强,而溶液黏度先呈缓慢降低的趋势。当污水含油量与悬浮物浓度超过100 mg/L时,所配制的聚合物母液和目标液黏度都快速下降。"污配"对母液和目标液的溶解、黏度及抗剪切作用产生了较大的影响,因此,在利用保聚污水配聚回注地层时,应尽可能保留残留聚合物而严格控制污水中含油和悬浮物的含量。     

江汉油田高钙镁油藏新型聚驱实验研究

地层水中钙镁离子可以明显降低聚合物溶液的黏度,限制了普通聚合物驱在高钙镁油藏中的应用。以江汉油田某区高钙镁油藏作为研究对象,以新型抗钙镁聚合物为基础,开展高钙镁油藏聚合物驱实验研究。在高钙镁条件下采用蒸煮蒸馏水配制模拟盐水,母液稀释配制聚合物溶液;新型聚合物溶液具有较好的增黏、抗盐、抗钙镁、抗剪切、长期稳定性;分别在人造、露头和天然岩心上开展了新型聚合物驱油实验,水驱到含水90%后聚驱采收率增幅达8%以上。该研究为高钙镁油藏进一步开展聚合物驱矿场试验提供了理论指导。     

抗温抗盐聚合物降滤失剂的研制及其作用机制

针对当前国内外超高温水基钻井液滤失性及高温稳定性调控难点,新研制出抗240℃高温、抗盐聚合物降滤失剂HTP–1。热重分析表明,HTP–1分子链热解温度达320℃以上,热稳定性强;在各种钻井液基浆中的降滤失作用评价结果表明,HTP–1在钻井液中具有优异的抗高温(240℃)抗盐(饱和)、抗钙(0.5%)降滤失作用,优于国内外同类产品。通过吸附实验、粒度分布测量、胶体稳定性测试和泥饼压缩性测试等手段,探讨了HTP–1的降滤失作用机理:(1)在粘土颗粒上的吸附量大且吸附牢固,受矿化度、pH值和温度的影响小;(2)老化(240℃/16 h)前后均能明显改善泥饼可压缩性,降低其渗透率;(3)增强钻井液体系的胶体稳定性,改善其中的颗粒粒径级配。     

耐温抗盐三元聚合物的合成及性能评价

利用微乳液介质合成了丙烯酰胺(AM)-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)-苯乙烯(St)三元聚合物(AM-AMPS-St).考察了引发剂用量、单体摩尔比、反应温度、时间对聚合反应的影响.测定了聚合物水溶液的表观黏度,表明其有良好的耐温耐盐抗剪切性能.     

油田污水配制用耐盐聚合物的制备与性能评价

大庆油田利用污水稀释聚合物溶液的区块比例超过80%,污水稀释聚合物溶液成为污水循环利用的主要途径。为解决污水条件下,普通聚合物用量高、不耐盐、应用性能差等制约聚驱开发提效的不利因素,通过优化设计聚合物分子结构,引入抗盐单体和刚性单体,采用多单体共聚后水解的合成工艺,制备了新型功能聚合物A。性能评价结果表明:相同分子量条件下,功能聚合物A的耐热稳定性、耐盐能力、抗剪切能力、注入能力及驱油效率等性能均优于部分水解聚丙烯酰胺。在相同浓度和注入体积条件下,功能聚合物A提高采收率11. 42%,较同分子量普通聚合物高3. 2%;在相同初始黏度和注入体积条件下,功能聚合物A采收率提高值较普通聚合物高1. 2%,且节约聚合物用量28%。功能聚合物A在油田污水中应用性能优于同分子量部分水解聚丙烯酰胺,可为聚合物驱开发降本增效提供新型高效驱油剂。     

准噶尔盆地南缘高温高密度有机盐钻井液技术

有机盐钻井液具有抑制性强、抗高温等优良性能,目前主要在二开井段使用.三开及更深井段的地层温度高,抗高温磺化钻井液和油基钻井液体系面临严苛的环保压力,而当前有机盐钻井液在高温高密度条件下面临流变性恶化和滤失量大的问题.准噶尔盆地南缘复杂地层钻井困难,在二开用有机盐体系的基础上引入封堵剂改性纳米SiO2和聚合物降失水剂HF-1,并优化重晶石粒度级配,研制了可满足高温高压地层的高密度有机盐钻井液体系.结果 表明,影响有机盐钻井液性能的主要因素是降滤失剂和加重剂,室内评价表明该体系性能较之前明显改善,在密度为2.4 g/cm3、180℃条件下流变良好,且高温高压失水量为13.5 mL,滚动回收率高达97％,8h膨胀率仅4.7％,可抗盐至12％,抗钙污染为2％,抗岩屑污染10％.研究可为准噶尔盆地南缘复杂深井地层钻井提供高温高密度有机盐钻井液体系.     

高钙镁油藏钙镁离子对聚合物溶液黏度的影响

 针对江汉油田某区块回注污水钙、镁离子质量浓度高的特点,以耐温抗盐型聚合物为研究对象,研究了高钙镁条件下钙镁离子对聚合物溶液黏度的影响。通过分析一价阳离子（Na⁺、K⁺）与二价阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺）对黏度影响的定量关系,提出了等效矿化度和等效阳离子量的概念,可作为高钙镁条件下聚合物溶液黏度评价的指标。为了降低钙镁离子对黏度的影响,向溶液中加入钙、镁离子络合剂（柠檬酸钠）提高聚合物溶液的黏度。实验结果表明,柠檬酸钠虽然不能完全消除钙镁离子对黏度的影响,但它具有较高的络合能力,溶液增黏效果较好。本研究为高钙镁油藏聚合物驱技术提供了理论指导。     

环保型改性纳米碳酸钙降滤失剂的合成与性能评价

纳米碳酸钙在钻井液中具有降滤失及封堵作用、且环保,但分散性差、易团聚,导致效果不理想。使用硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性,再通过自由基共聚法将抗温、抗盐单体接枝到改性纳米碳酸钙表面,得到改性纳米碳酸钙降滤失剂SDNPJ-2,采用红外光谱(FTIR)、热重分析进行表征,同时对比评价其综合性能,通过对膨润土基浆粒径、zeta电位分析,滤饼扫描电镜(SEM)分析,考察SDNPJ-2在黏土颗粒上的吸附特征,研究改性纳米碳酸钙降滤失剂在水基钻井液中的降滤失机制。结果表明：SDNPJ-2可抗230℃高温;1%SDNPJ-2可分别使4%膨润土基浆、25%盐水基浆、10%CaCl₂基浆150℃/(16 h)老化后的API滤失量降低70%、89%和85%,可抗氯化钠250 000 mg/L、抗氯化钙100 000 mg/L,降滤失效果优于国外同类目前最优产品Driscal D;生化需氧量(BOD₅)为558 mg/L、BOD₅/COD(化学需氧量)达22.6%,可生物降解;SDNPJ-2通过酰胺基团吸附于黏土表面、改善其分散性,优化体...     

疏水缔合聚合物溶液性能及其驱油效果

针对胜利油田高温高盐的油藏环境,设计合成了一种具有梳型结构的疏水缔合聚合物,系统考察了该聚合物溶液的增黏性、耐温抗盐性、长期稳定性、注入性和驱油效果。实验结果表明,随着浓度的增加,溶液黏度呈指数增长,增黏性强。在高温高盐条件下,该疏水缔合聚合物溶液黏度均比常规聚丙烯酰胺溶液高,表现出优异的耐温抗盐性能。在90℃条件下,随老化时间增加,溶液黏度先增加后降低,60 d后溶液黏度值大于40 mPa·s,表现出优异的长期稳定性。随注入量增加,压力先增加后趋于平衡,达到0.5 MPa,表明其注入性良好。当注入浓度一定时,随着注入倍数的增加,提高原油采收率幅度先增大后趋于稳定;当注入倍数一定时,随疏水缔合聚合物浓度的增加,提高采收率幅度增大。     

磷酸酯/Fe3+型油基冻胶压裂液性能研究

针对磷酸酯/Al3+交联的油基压裂液交联速度慢,交联剂溶解性慢、稳定性差和价格高等缺点,首次对磷酸酯/Fe3+交联的油基压裂液体系进行了研究。通过对铁交联剂体系的优化,筛选一种磷酸酯/Fe3+交联的新型交联剂体系,并对磷酸酯/Fe3+油基冻胶压裂液性能进行了评价。结果表明:采用30%Fe2(SO4)3+15%二乙醇胺+55%水制备的新型交联剂体系,直接与磷酸酯混合即可形成油基冻胶,其性能不受放置时间的影响,交联速度快,成胶性能好,10 min就可达到最大黏度;压裂液的抗温抗剪切性能高,与常规铝交联剂体系比较,压裂液成胶速度提高了20倍,压裂液的抗温能力由原来100℃提高到135℃,并且压裂液的破胶性和滤失性等性能均能达到压裂施工的要求。     

新型耐温抗盐聚合物增黏剂的合成及性能评价

以丙烯酰胺(AM)和阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为原料,在交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和水溶性偶氮引发剂存在的条件下,采用溶液聚合法合成了阳离子型水凝胶。根据高分子间异性电荷静电相吸的分子复合原理,将阳离子型水凝胶溶液与阴离子型HPAM溶液复配成复合型聚合物。对复合型聚合物的增黏、耐温、热稳定、耐盐和剪切流变性进行了评价。结果表明,阳离子型水凝胶溶液的加入可以提高HPAM溶液的黏度,当阳离子型水凝胶溶液和HPAM溶液质量浓度均为2 000 mg/L、阳离子度为5%、体积比为1∶1时,其增黏效果最好。25℃时,在剪切速率为170 s-1的条件下,黏度由单一HPAM溶液的31.1 mPa·s增加到复合溶液的46.8 mPa·s。研究表明,复合溶液具有良好的耐温、耐盐性能,其热稳定和剪切流变性能都得到了明显的改善。     

超高温抗盐聚合物降滤失剂的研制及应用

针对当前国内外超高温水基钻井液高温稳定性及滤失性调控技术难题,研制出超高温抗盐聚合物降滤失剂HTP-1,对其作用机制进行分析,并在胜科1超深井和泌深1超深井进行应用试验。HTP-1的作用机制主要有两方面,一是在黏土颗粒上的吸附量大并且吸附牢固,在化学环境和温度改变情况下吸附量变化小,二是改善钻井液体系中的颗粒粒径级配、降低滤饼的渗透率和改善其可压缩性;HTP-1抗温达240℃,抗盐超过20%,在各种基浆中的降滤失效果优于国内外同类处理剂,可以满足超深井超高温钻井需要。