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随着世界能源需求的增加和钻探技术的发展,深井、超深井及海洋钻探成为全世界石油工业的一个重要方面。钻井作业对钻井液和钻井液处理剂的要求越来越高,尤其是在抗温性能和耐盐性能方面。钻井液处理剂是保证钻液性能稳定的基础,没有优质的钻井液处理剂就不可能得到性能良好的钻井液体系。所以,要改善钻井液的性能,就要从改善钻井液处理剂的性能开始。
降滤失剂是一种最重要的钻井液处理剂,它在钻井液中起着举足轻重的作用。
针对目前降滤失剂普遍存在抗高温耐盐降滤失性能差的情况,分析钻井液降滤失剂的作用机理,结合抗高温耐盐降滤失剂对聚合物性能的要求,对期望的降滤失剂进行分子结构设计。阳离子基团(-NH3+)的引入,能提高降滤失剂在高温下在黏土表面的吸附能力;阴离子基团(-SO3-)的引入,能提高降滤失剂在高盐浓度下在黏土表面的水化能力;再结合其它传统的吸附基团和水化基团,这将使期望的降滤失剂具有抗高温耐盐降滤失性能。
为了合成得到期望的降滤失剂,选择了合适的单体丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS),进行了可行的实验方案设计。并以产物的降滤失性能作为判断其性能优劣的主要标准,讨论了反应条件对产物性能的影响,确定了合成AM/AMPS共聚物的最优条件以及AM/AMPS共聚物的最佳Hofmann降解程度。在此基础上,合成出产物,记为HL。
对聚合物HL进行红外光谱表征,并用胶体滴定法对其进行胺化度的测定,证实HL符合期望的降滤失剂的分子结构,是一种两性离子AM/AMPS聚合物。
考察HL在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、人工海水钻井液、含钙盐水钻井液中的降滤失性能及其在180℃/16h滚动老化前后的性能变化。结果表明,HL具有良好的降滤失作用,抗高温耐盐能力也强。当HL用量为1.5%时,可使人工海水钻井液的失水量从基浆的125 mL降至4mL;经老化后滤失量仅为5.6ml。
选取其它降滤失剂SL-I、PY及HYJ-1与HL进行降滤失性能比较,HL具有更优异的抗高温耐盐降滤失效果。
以滤失剂HL为基础,配以实验室合成的降黏剂I-1和絮凝剂J-1,检验了它们在抗高温高密度(1.6g/cm3)水基钻井液体系中的综合效果,并以此确立一套抗高温高密度(1.6g/cm3)水基钻井液体系。实验结果表明,所建立的钻井液体系流变性能和降滤失性能优良,可抗200℃高温。
本论文的创新之处,在于用Hofmann降解反应的原理及其降解程度的可控性,合成出了一种两性离子AM/AMPS共聚物钻井液降滤失剂,其有良好的抗高温耐盐降滤失性能。