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钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价

孙振峰 杨超 李杰 张敬辉 赵凯强 王晨

孙振峰,杨超,李杰,等. 钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价[J]. 钻井液与完井液,2024,41(1):84-91 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.009
引用本文: 孙振峰,杨超,李杰,等. 钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价[J]. 钻井液与完井液,2024,41(1):84-91 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.009
SUN Zhenfeng, YANG Chao, LI Jie, et al.Development and performance evaluation of a high performance drilling fluid viscosifier[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(1):84-91 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.009
Citation: SUN Zhenfeng, YANG Chao, LI Jie, et al.Development and performance evaluation of a high performance drilling fluid viscosifier[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(1):84-91 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.009

钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.009
基金项目: 中国石油化工股份有限公司科技部项目“多功能钻采化学品的开发及应用”(421034)。
详细信息
    作者简介:

    孙振峰,工程师,博士,1990年生,毕业于中国石油大学大学(北京),化学工程与技术专业,现在从事油田化学品研发工作。电话 (0411)39699677;E-mail:sunzhenfeng.fshy@sinopec.com

  • 中图分类号: TE254.4

Development and Performance Evaluation of a High Performance Drilling Fluid Viscosifier

  • 摘要: 为了解决钻井液用增黏剂高温高盐易降解失效的问题,以两性离子单体N-甲基二烯丙基丙磺酸(MAPS)、甲基丙烯酰胺(MAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为聚合单体,以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)为引发剂,采用自由基共聚法合成了高性能增黏剂DV-1。通过正交实验对合成过程中的主要影响因素进行了考察,确定了最佳合成条件:反应温度为50 ℃,单体浓度为40%,引发剂用量为0.4%,反应时间为4 h。利用FTIR,1H-NMR,TG-DTA等方法对DV-1进行了表征测试,并对产物的增黏性能、抗高温抗盐性能及长效性能等进行了评价。评价结果显示,1%的DV-1水溶液表观黏度可达44.7 mPa·s。180 ℃、16 h高温老化后,溶液黏度保持率高达53.2%;DV-1对高浓度盐离子的耐受性能较好。经180 ℃老化72 h和120 h后,溶液黏度保持率能够达到50.5%和40.7%,长效性能优异。DV-1的半致死浓度EC50值为30 200 mg·L−1,符合水基钻井液在海域的排放标准。通过观察DV-1在溶液中的空间立体形态及对Zeta电位的数据分析,探讨了聚合物起效机理,DV-1的抗温性能主要归因于分子结构中稳定的主链及侧链刚性基团,两性离子结构抑制了侧链的持续卷曲,提升了DV-1的抗盐性能。

     

  • 图  1  DV-1分子结构式

    图  2  DV-1的FTIR谱图

    图  3  DV-1的1H-NMR谱图

    图  4  DV-1的TG-DTA曲线

    图  5  溶液表观黏度随质量分数的变化曲线

    图  6  DV-1溶液表观黏度随NaCl质量分数的变化曲线

    图  7  不同增黏剂抗CaCl2性能对比(180 ℃、16 h)

    图  8  溶液老化前后外观对比

    图  9  DV-1在溶液中的空间形态

    图  10  溶液Zeta电位随NaCl浓度的变化

    表  1  L9(34)正交实验

    水平因素
    ABCD
    单体浓度/
    %
    反应温度/
    引发剂用量/
    %
    反应时间/
    h
    130500.42
    240600.64
    350700.86
    下载: 导出CSV

    表  2  正交实验结果

    实验序号ABCDAV/mPa·s
    130500.4241.8
    230600.6440.7
    330700.8634.2
    440500.6644.5
    540600.8242.7
    640700.4441.0
    750500.8440.3
    850600.4639.6
    950700.6234.5
    K138.90042.20040.80039.667
    K242.73341.00039.90040.667
    K338.13336.56739.06739.433
    极差4.6005.6331.7331.234
    最优条件A2B1C1D2
    下载: 导出CSV

    表  3  DV-1与HE300抗温性能对比

    样品T/
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    保持率/
    %
    DV-1老化前44.718.526.2
    12043.220.223.096.6
    14040.119.620.589.7
    15034.222.012.276.5
    16028.620.18.564.0
    18023.818.55.353.2
    20020.517.33.245.9
    HE300老化前45.020.324.7
    12043.322.520.896.2
    14037.218.318.982.7
    15032.921.211.773.1
    16029.119.69.564.7
    18023.619.24.452.4
    20019.817.42.444.0
    Driscal D老化前25.410.814.6
    18012.38.24.148.0
    DSP-Ⅱ老化前14.47.66.8
    1806.15.50.642.4
    下载: 导出CSV

    表  4  DV-1长效性能评价

    增黏剂条件AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    保持率/
    %
    DV-1老化前44.718.526.2
    180 ℃/72 h22.620.32.350.5
    180 ℃/120 h18.216.71.540.7
    HE300老化前45.020.324.7
    180 ℃/72 h21.619.32.648.0
    180 ℃/120 h19.818.21.844.0
    Driscal D老化前25.610.814.6
    180 ℃/72 h12.111.20.947.3
    180 ℃/120 h8.58.5033.2
    DSP-Ⅱ老化前14.47.66.8
    180 ℃/72 h6.05.01.041.2
    180 ℃/120 h5.54.01.538.2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-19
  • 修回日期:  2023-10-28
  • 刊出日期:  2024-01-30

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