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一种两性离子聚合物凝胶微球的制备与封堵性能

刘锋报 闫丽丽 倪晓骁 蒋官澄 崔鑫 王建华

刘锋报,闫丽丽,倪晓骁,等. 一种两性离子聚合物凝胶微球的制备与封堵性能[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):435-441 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.04.006
引用本文: 刘锋报,闫丽丽,倪晓骁,等. 一种两性离子聚合物凝胶微球的制备与封堵性能[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):435-441 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.04.006
LIU Fengbao, YAN Lili, NI Xiaoxiao, et al.Preparation and plugging performance of zwitterionic polymer gel micro spheres[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(4):435-441 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.04.006
Citation: LIU Fengbao, YAN Lili, NI Xiaoxiao, et al.Preparation and plugging performance of zwitterionic polymer gel micro spheres[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(4):435-441 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.04.006

一种两性离子聚合物凝胶微球的制备与封堵性能

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.04.006
基金项目: 中国石油集团“重点上产地区钻井液评估与技术标准化有形化研究”项目子课题“纳-微米封堵评价方法研究”(2019D-4226);中国石油集团工程技术研究院有限公司院级课题”抗240 ℃油基钻井液核心处理剂研发及体系构建“(CPET202024);中国石油集团工程技术研究院有限公司院级青年基金”纳米材料对高密度钻井液沉降稳定性影响规律研究”(CPETQ202109)
详细信息
    作者简介:

    刘锋报,在读博士研究生,主要从事深井钻完井液技术研究及管理工作。电话 13579044600;E-mail:liufengbao100@126.com

  • 中图分类号: TE254.4

Preparation and Plugging Performance of Zwitterionic Polymer Gel Micro Spheres

  • 摘要: 针对油基钻井液封堵性不足的难题,以N,N-二甲基丙烯酰胺(DAM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)为单体,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用悬浮聚合法合成了一种两性离子聚合物凝胶微球。采用核磁共振氢谱对凝胶微球进行了分子结构表征,并考察了单体投料比、交联剂加量、乳化剂加量等对凝胶微球粒径与封堵性能的影响规律,最终将单体投料比优选为DAM∶AMPS∶DMDAAC=7∶1∶2,MBA加量优选为单体总质量的0.2%,乳化剂加量优选为单体总质量的3%,得到的凝胶微球平均粒径在22 μm左右。在油基钻井液中评价了微球的封堵性能,结果表明,凝胶微球在油基钻井液中的适应性良好,能够在高温下封堵尺寸为5~150 μm范围内的漏缝,效果优于氧化沥青与细目碳酸钙,是一种高性能的微米级封堵剂,具有较好的现场应用潜力。

     

  • 图  1  自研两性离子聚合物凝胶微球产品外观

    图  2  两性离子聚合物凝胶微球(DAM、AMPS、DMDAAC物质的量投料比为7∶2.5∶0.5)的核磁共振氢谱

    图  3  不同单体物质的量投料比对凝胶微球封堵性能的影响

    图  4  交联剂加量对凝胶微球封堵性能的影响

    图  5  乳化剂加量对凝胶微球封堵性能的影响

    图  6  含凝胶微球的油基钻井液体系在不同温度下热滚16 h后的封堵性能

    图  7  含凝胶微球的油基钻井液体系在不同尺寸漏缝中的封堵性能(150 ℃)

    图  8  不同封堵剂在不同尺寸漏缝中的封堵性(150 ℃)

    表  1  不同单体投料比对两性离子聚合物凝胶微球粒径的影响

    DAM∶AMPS∶DMDAAC平均粒径/
    μm
    D50/
    μm
    D90/
    μm
    7∶2.5∶0.516.514.417.8
    6∶3.5∶0.515.213.517.4
    7∶1∶216.115.717.0
    4.5∶4.5∶110.99.912.3
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    表  2  交联剂加量对微球粒径的影响

    交联剂/
    %
    平均粒径/
    μm
    D50/
    μm
    D90/
    μm
    0.216.115.717.0
    0.515.414.116.8
    113.112.012.9
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    表  3  乳化剂加量对微球粒径的影响

    乳化剂/
    %
    平均粒径/
    μm
    D50/
    μm
    D90/
    μm
    136.940.654.3
    322.020.626.1
    516.115.717.0
    713.213.914.4
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    表  4  含凝胶微球油基钻井液体系的基本性能

    T/
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLHTHP/
    mL
    热滚前70.0619.204.0/6.0
    80 ℃、16 h71.0638.184.0/6.02.8(80 ℃)
    120 ℃、16 h75.5687.663.5/5.06.2(120 ℃)
    150 ℃、16 h81.5756.643.5/5.08.4(150 ℃)
      注:热滚时间为16 h,FL HTHP在3.5 MPa下测定
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    表  5  含氧化沥青与细目碳酸钙的油基钻井液体系的基本性能

    封堵剂实验/
    条件
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLHTHP/
    mL
    氧化
    沥青
    热滚前68.55810.54.0/5.5
    150 ℃、16 h75.06510.04.0/6.05.8
    细目
    碳酸钙
    热滚前64.5577.53.0/3.5
    150 ℃、16 h67.5616.53.0/3.59.1
      注:热滚时间为16 h,FL HTHP在3.5 MPa下测定
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-11
  • 网络出版日期:  2023-11-09
  • 刊出日期:  2021-07-31

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