留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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):728-737 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.004
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):728-737 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.004
KOU Yahao, NI Xiaoxiao, WANG Jianhua, et al.Ultra-high temperature suspension stabilizer HPAS for oil-based drilling and completion fluids and its working mechanism[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):728-737 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.004
Citation: KOU Yahao, NI Xiaoxiao, WANG Jianhua, et al.Ultra-high temperature suspension stabilizer HPAS for oil-based drilling and completion fluids and its working mechanism[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):728-737 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.004

油基钻完井液用抗超高温悬浮稳定剂HPAS及其作用机理

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.004
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,现在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

Ultra-High Temperature Suspension Stabilizer HPAS for Oil-Based Drilling and Completion Fluids and Its Working Mechanism

  • 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,表观黏度、塑性黏度维持在33 mPa·s、27 mPa·s左右,动切力保持在4 Pa以上,破乳电压高于800 V,高温高压滤失量控制在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 d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,动切力始终维持在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的合成示意图

    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的微观结构图

    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  钻井液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的沉降稳定性

    图  11  有机土基浆高温处理前后的冷冻电镜扫描结果

    图  12  HPAS与有机土混合浆液高温处理前后的冷冻电镜扫描结果

    图  13  海泡石改性前后的Zeta电位

    图  14  HPAS与有机土协同作用机理示意图

    表  1  海泡石改性前后的比表面积

    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
    下载: 导出CSV

    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/φ3 ES/V 开罐状态
    HF-40W 老化前 37.5 25.0 12.5 11/10 1368
    260℃、16 h 19.5 19.0 0.5 1/0 861 硬沉
    HF-40W+HPAS 老化前 39.0 26.0 13.0 11/10 1441
    260℃、16 h 30.5 22.0 8.5 6/5 948 无水无沉
    HF-180 老化前 30.5 26.0 4.5 7/6 245
    260℃、16 h 18.5 19.0 −0.5 1/0 1543 硬沉
    HF-180+HPAS 老化前 30.5 26.5 4.0 7/6 271
    260℃、16 h 27.0 21.0 6.0 7/6 1513 无水无沉
    LH-OC 老化前 29.5 25.0 4.5 7/6 1346
    260℃、16 h 21.0 22.0 −1.0 2/1 1010 硬薄沉
    LH-OC+HPAS 老化前 29.5 25.0 4.5 7/6 1314
    260℃、16 h 25.0 22.0 3.0 4/3 1159 无水无沉
    BP-601 老化前 35.0 29.0 6.0 10/9 1457
    260℃、16 h 22.0 21.0 1.0 1/0 1219 2 cm软沉
    BP-601+HPAS 老化前 34.5 28.0 6.5 9/8 1168
    260℃、16 h 32.5 27.0 5.5 8/7 1127 无水无沉
    下载: 导出CSV

    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/φ3 ES/
    V
    开罐
    状态
    FLHTHP/
    mL
    泥饼厚度/
    mm
    240 0 32.0 27 5.0 8/7 801
    40 33.5 28 5.5 10/9 2000+ 无水无沉 4.4 2
    88 33.0 27 6.0 10/9 2000+ 无水无沉 5.0 2
    260 0 33.5 28 5.5 8/7 1032
    40 33.0 26 7.0 9/8 1667 无水无沉 3.0 1
    88 28.0 24 4.0 5/4 1704 无水无沉 4.0 1
     注:在65℃测量流变参数。FLHTHP测试温度为180℃、上压700 psi(4.8263 MPa)、下压200 psi(1.3790 MPa)、滤失时间30 min。
    下载: 导出CSV

    表  4  实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
    实验组 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
    下载: 导出CSV

    表  5  空白组与实验组在不同高温高压静置不同时间的开罐状态

    静置条件 编号 静置不同时间的开罐状态
    1 d 3 d 5 d 7 d 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
    实验组 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
    实验组 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
    下载: 导出CSV
  • [1] 孙金声, 蒋官澄, 贺垠博, 等. 油基钻井液面临的技术难题与挑战[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2023, 47(5): 76-89.

    SUN Jinsheng, JIANG Guancheng, HE Yinbo, et al. Technical difficulties and challenges faced by oil-based drilling fluid[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2023, 47(5): 76-89.
    [2] 倪晓骁, 史赫, 程荣超, 等. 油基钻井液用改性锂皂石增黏提切剂[J]. 钻井液与完井液, 2022, 39(2): 133-138.

    NI Xiaoxiao, SHI He, CHENG Rongchao, et al. A modified hectorite viscosifier and gelling agent for oil based drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2022, 39(2): 133-138.
    [3] 尹达, 吴晓花, 刘锋报, 等. 抗160℃超高密度柴油基钻井液体系[J]. 钻井液与完井液, 2019, 36(3): 280-286.

    YIN Da, WU Xiaohua, LIU Fengbao, et al. An ultra-high density diesel oil base drilling fluid for use at 160℃[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2019, 36(3): 280-286.
    [4] 王中华. 国内钻井液技术进展评述[J]. 石油钻探技术, 2019, 47(3): 95-102.

    WANG Zhonghua. Review of progress on drilling fluid technology in China[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2019, 47(3): 95-102.
    [5] JIANG G C, NI X X, YANG L L, et al. Synthesis of superamphiphobic nanofluid as a multi-functional additive in oil-based drilling fluid, especially the stabilization performance on the water/oil interface[J]. Colloids and Surfaces. a, Physicochemical and Engineering Aspects, 2020, 588: 124385. doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.124385
    [6] 王星媛, 陆灯云, 吴正良. 抗220℃高密度油基钻井液的研究与应用[J]. 钻井液与完井液, 2020, 37(5): 550-554,560.

    WANG Xingyuan, LU Dengyun, WU Zhengliang. Study and application of a high density oil base drilling fluid with high temperature resistance of 220℃[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2020, 37(5): 550-554,560.
    [7] 于得水, 汪露, 刘仕银, 等. 顺北16X井二次侧钻超高温钻井液技术[J]. 钻井液与完井液, 2024, 41(1): 53-59.

    YU Deishui, WANG Lu, LIU Shiyin, et al. Ultra-high temperature drilling fluid technology for second sidetracking of the well Shunbei-16X[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2024, 41(1): 53-59
    [8] 谢涛, 张磊, 杜明亮, 等. 悬浮稳定关键材料及超高温长效稳定油基钻完井液[J]. 钻井液与完井液, 2024, 41(6): 728-735.

    XIE Tao, ZHANG Lei, DU Mingliang, et al. Key suspension materials and ultra-high temperature long-term stable oil-based drilling and completion fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2024, 41(6): 728-735
    [9] 闫丽丽, 倪晓骁, 张家旗, 等. 纳米材料改善高密度油基钻完井液沉降稳定性的研究及应用[J]. 应用化工, 2023, 52(1): 53-57.

    YAN Lili, NI Xiaoxiao, ZHANG Jiaqi, et al. Nanoparticles improved the sedimentation stability of high-density oil-based drilling & completion fluids[J]. Applied Chemical Industry, 2023, 52(1): 53-57.
    [10] 佘运虎. 东海超深大位移井油基钻井液技术[J]. 钻井液与完井液, 2025, 42(3): 296-301.

    SHE Yunhu. Oil-based drilling fluid technology for ultra-deep extended reach wells in east China sea[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2025, 42(3): 296-301
    [11] NI X X, SHI H, ZHANG J Q, et al. Modified laponite synthesized with special wettability as a multifunctional additive in oil-based drilling fluids[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2023, 220, Part B: 111211.
    [12] MA C, LI L, YANG Y, et al. Study on the effect of polymeric rheology modifier on the rheological properties of oil-based drilling fluids[C]//2nd International Conference on New Material and Chemical Industry (NMCI2017). Sanya, China: NMCI, 2018: 012106.
    [13] 孙金声, 朱跃成, 白英睿, 等. 改性热固性树脂研究进展及其在钻井液领域应用前景[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2022, 46(2): 60-75.

    SUN Jinsheng, ZHU Yuecheng, BAI Yingrui, et al. Research progress of modified thermosetting resin and its application prospects in field of drilling fluids[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2022, 46(2): 60-75.
    [14] 吴文兵, 钟杰, 刘涛, 等. 环保型抗超高温海水基低固相钻井液[J]. 钻井液与完井液, 2025, 42(4): 472-477.

    WU Wenbing, ZHONG Jie, LIU Tao, et al. An environmentally friendly ultra-high temperature low solids seawater-based drilling fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2025, 42(4): 472-477
    [15] 王维, 王金堂, 辛江, 等. 海陆过渡相页岩储层液岩作用机理及钻井液体系构建[J]. 钻井液与完井液, 2024, 41(4): 427-436. doi: 10.3969/j.issn.1007-9386.2005.03.007

    WANG Wei, WANG Jintang, XIN Jiang, et al. Mechanism of fluid shale interaction and construction of drilling fluid system in marine land transitional shale reservoirs[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2024, 41(4): 427-436 doi: 10.3969/j.issn.1007-9386.2005.03.007
    [16] 寇亚浩, 倪晓骁, 黎剑, 等. 有机海泡石在油基钻井液中的应用效果与展望[J]. 应用化工, 2024, 53(9): 2206-2210. doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2024.09.039

    KOU Yahao, NI Xiaoxiao, LI Jian, et al. Application effect and prospect of organic sepiolite used in oil-based drilling fluid[J]. Applied Chemical Industry, 2024, 53(9): 2206-2210. doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2024.09.039
    [17] 李静, 雷乾杰, 孟子毅, 等. 微波辅助改性海泡石补强天然橡胶的研究[J]. 橡胶工业, 2023, 70(7): 497-504.

    LI Jing, LEI Qianjie, MENG Ziyi, et al. Study on NR reinforced by microwave-assisted modified sepiolite[J]. China Rubber Industry, 2023, 70(7): 497-504.
    [18] 陈静. 黏土科学及应用技术[M]. 北京: 科学出版社, 2017.

    CHEN Jing. Clay science and technology applications[M]. Beijing: Science Press, 2017.
  • 加载中
图(14) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  523
  • HTML全文浏览量:  671
  • PDF下载量:  11
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-28
  • 修回日期:  2025-09-08
  • 网络出版日期:  2025-07-21
  • 刊出日期:  2025-12-08

目录

    /

    返回文章
    返回

    尊敬的作者、读者:

    您好!

    为更好地服务于广大作者和读者,提升期刊编辑部的办公效率和服务质量,本刊编辑部办公地点及联系电话已进行变更。

    新办公地址:天津经济技术开发区第二大街83号中国石油天津大厦A517房间

    新联系电话:022-65278734

                         022-25275527

    我们衷心希望广大作者和读者能够继续支持我们的工作,共同推动期刊的发展和进步。

    再次感谢您对期刊的关注和支持!