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油基钻完井液用抗超高温悬浮稳定剂HPAS及其作用机理

寇亚浩 倪晓骁 王建华 张家旗 尹达 迟军

寇亚浩,倪晓骁,王建华,等. 油基钻完井液用抗超高温悬浮稳定剂HPAS及其作用机理[J]. 钻井液与完井液,2025,42(6):1-10
引用本文: 寇亚浩,倪晓骁,王建华,等. 油基钻完井液用抗超高温悬浮稳定剂HPAS及其作用机理[J]. 钻井液与完井液,2025,42(6):1-10
KOU Yahao, NI Xiaoxiao, WANG Jianhua, et al.Anti-ultra-high temperature suspension stabilizer hpas for oil-based drilling and completion fluid and its mechanism of action[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):1-10
Citation: KOU Yahao, NI Xiaoxiao, WANG Jianhua, et al.Anti-ultra-high temperature suspension stabilizer hpas for oil-based drilling and completion fluid and its mechanism of action[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):1-10

油基钻完井液用抗超高温悬浮稳定剂HPAS及其作用机理

基金项目: 中国石油集团青年科技专项“超支化聚合物调控油基钻井液流变特性及作用机理研究”(2024DQ03107);中国石油集团关键核心技术攻关项目“钻井废弃物资源化利用关键技术及装置研究”(2025ZG73);中国石油集团工程技术研究院创新基金项目“抗280℃油基钻井液核心处理剂前期研究”(CPET202402)。
详细信息
    作者简介:

    寇亚浩,硕士,1999年生,毕业于中国石油大学(北京)石油与天然气工程专业,现在从事钻井液技术研究工作。电话18790334504;E-mail:kouyahao@163.com

    通讯作者:

    尹达,企业高级专家,主要从事钻井液技术研究工作。E-mail:yinda-tlm@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE254.4

Anti-ultra-high Temperature Suspension Stabilizer HPAS for Oil-based Drilling and Completion Fluid and Its Mechanism of Action

  • 摘要: 针对目前油基钻完井液在240℃以上高温环境下悬浮稳定性难以维持的难题,基于空间网架结构增强胶体稳定性的原理,以海泡石纤维、正辛基三乙氧基硅烷为原料,经盐酸处理后有机改性,研制出强疏水性悬浮稳定剂HPAS。分别利用红外光谱、热重分析、粒径分析和表面润湿性等对其单体进行表征,分析结果表明改性成功。以HPAS为基础配制的一套高密度油基钻井液在260℃老化后性能保持良好,AVPV维持在33 mPa·s、27 mPa·s左右,YP保持在4 Pa以上,ES高于800 V,FLHTHP控制在5 mL以下,泥饼厚度小于2 mm;通过沉降稳定性评价发现,在240℃下静置7天无硬沉,开罐状态:玻璃棒自由落体轻松触底,满足现场应用要求;此外,体系在65~240℃、常压~190 MPa的温度压力范围内始终维持YP在4.5 Pa以上,保证了体系良好的悬浮稳定性及携岩能力。为油基钻完井液在深井、超深井及万米深井的进一步应用提供了技术支持。

     

  • 图  1  悬浮稳定剂HPAS合成示意图

    图  2  悬浮稳定剂HPAS样品的红外光谱图

    图  3  悬浮稳定剂HPAS样品的热重分析曲线

    图  4  海泡石改性前后表面润湿性变化

    图  5  海泡石改性前后表面水-固接触角变化

    图  6  样品粒径分析结果

    图  7  海泡石有机改性前后微观结构图

    图  8  不同温度和时间老化后钻井液的滤失状况(180℃下滤失30 min)

    图  9  高温高压流变性对照评价分析

    图  10  不同温度下油基钻完井液沉降稳定性综合分析对比图

    图  11  有机土基浆高温处理前后冷冻电镜扫描结果

    图  12  HPAS与有机土混合浆液高温处理前后冷冻电镜扫描结果

    图  13  改性前后海泡石的Zeta电位

    图  14  HPAS与有机土协同作用机理示意图

    表  1  改性前后海泡石的比表面积

    样品 单点法 比表面积/(m2·g−1)
    BET法 t-Plot法
    原矿 1.38 1.42 1.45
    HPA 1.72 1.87 2.44
    HPAS 1.33 1.46 1.94
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    表  2  HPAS与多种有机土配伍性评价

    有机土实验条件AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    φ6/φ3ES/
    V
    开罐
    状态
    HF-40W老化前37.525.012.511/101368
    260℃、16 h19.519.00.51/0861硬沉
    HF-40W+HPAS老化前39.026.013.011/101441
    260℃、16 h30.522.08.56/5948无水无沉
    HF-180老化前30.526.04.57/6245
    260℃、16 h18.519.0−0.51/01543硬沉
    HF-180+HPAS老化前30.526.54.07/6271
    260℃、16 h27.021.06.07/61513无水无沉
    LH-OC老化前29.525.04.57/61346
    260℃、16 h21.022.0−1.02/11010硬薄沉
    LH-OC+HPAS老化前29.525.04.57/61314
    260℃、16 h25.022.03.04/31159无水无沉
    BP-601老化前35.029.06.010/91457
    260℃、16 h22.021.01.01/012192 cm软沉
    BP-601+HPAS老化前34.528.06.59/81168
    260℃、16 h32.527.05.58/71127无水无沉
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    表  3  不同温度和时间老化后钻井液的流变参数

    T/
    t老化/
    h
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    φ6/φ3ES/
    V
    开罐
    状态
    FLHTHP/
    mL
    泥饼厚度/
    mm
    2400322758/7801
    4033.5285.510/92000+无水无沉4.42
    883327610/92000+无水无沉52
    260033.5285.58/71032
    4033.0267.09/81667无水无沉31
    88282445/41704无水无沉41
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    表  4  试验组和空白组高温高压流变数据

    对比组 T/
    P/
    MPa
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    φ6/φ3 Gel/
    Pa/Pa
    试验组 65 常压 44.5 36..5 8.0 7.4/6.6 7.8/10.4
    100 70 53.0 44.0 9.0 8.1/7.4 7.4/8.8
    130 100 42.5 35.5 7.0 7.7/6.4 7.2/8.0
    150 130 36.0 29.5 6.5 6.6/5.5 5.8/7.0
    180 150 34.0 29.0 5.0 6.8/5.8 6.4/6.9
    200 170 29.0 23.5 5.5 5.9/5.3 5.7/6.5
    220 180 27.0 22.0 5.0 5.7/5.4 5.4/6.2
    240 190 25.5 21.0 4.5 5.2/4.6 5.0/5.8
    空白组 65 常压 39.5 31.3 8.2 5.6/4.4 5.5/7.8
    100 70 12.5 9.3 3.2 1.8/1.6 2.1/3.3
    130 100 9.7 8.8 0.9 1.3/0.8 1.4/1.8
    150 130 8.6 8.9 −0.3 0.8/0.7 0.7/1.0
    180 150 6.9 7.4 −0.5 0.7/0.5 0.6/0.9
    200 170 6.2 6.9 −0.7 0.6/0.5 0.4/0.6
    220 180 5.2 5.8 −0.6 0.6/0.4 0.5/0.7
    240 190 5.0 5.8 −0.8 0.5/0.4 0.4/0.5
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    表  5  高温高压静置开罐状态

    静置条件 编号 开罐状态
    静置1 d 静置3 d 静置5 d 静置7 d 静置14 d
    220℃/
    70 MPa
    空白组 0.1 cm硬沉
    玻璃棒触底
    0.3 cm硬沉
    玻璃棒未触底
    1 cm硬沉
    玻璃棒未触底
    1 cm硬沉
    玻璃棒未触底
    1 cm硬沉
    玻璃棒未触底
    试验组 无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    240℃/
    80 MPa
    试验组 无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    无水无沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    1 cm软沉
    玻璃棒触底
    弹起靠壁
    2 cm软沉
    玻璃棒触底
    不弹缓慢靠壁
    3 cm软沉
    玻璃棒未触底
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  • 录用日期:  2025-07-08
  • 网络出版日期:  2025-07-21

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