抗高温环保型降滤失剂低聚糖接枝物的合成与应用

郑斌

doi:10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.005

抗高温环保型降滤失剂低聚糖接枝物的合成与应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.005

郑斌

中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司, 辽宁盘锦124011

基金项目: 中国石油集团公司科研项目“高端井筒工作液新材料新技术与装备研究”（2021DJ4404）；中国石油集团长城钻探工程有限公司科技项目“环保型水基钻井液体系研究与试验”（GWDC 202201-15（02））

详细信息

作者简介:
郑斌，工程师，1986年生，硕士毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现在从事钻井液技术研究工作。电话 18642748369；E-mail：zbzb.gwdc@cnpc.com.cn

中图分类号: TE254.4
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出版历程
- 收稿日期: 2023-01-13
- 修回日期: 2023-02-21
- 网络出版日期: 2023-07-21
- 刊出日期: 2023-05-30

The Synthesis and Application of an Environmentally Friendly High Temperature Graft Oligosaccharide Filter Loss Reducer

ZHENG Bin

Drilling Fluid Company, Great Wall Drilling Engineering Corporation Limited of CNPC, Panjin, Liaoning 124011

摘要

摘要: 以淀粉衍生物低聚糖为原料，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮为接枝单体，AIBN为引发剂，利用反相乳液法聚合得到低聚糖接枝物降滤失剂CG-FL。通过FTIR、扫描电镜、热失重分析等手段表征了接枝物结构，检测了低聚糖接枝物的生物毒性EC₅₀、生物降解率及重金属离子含量，通过单剂对比测试、实验室配制环保钻井液对比测试及现场井浆性能测试，评价了低聚糖接枝物的钻井液性能。室内评价结果表明，低聚糖接枝物降滤失剂CG-FL抗温超过180 ℃，抗盐达15%，分散性和配伍性较好，性能优于对比产品。现场试验应用证明，加入CG-FL后能够降低钻井液滤失量，现场钻井液性能稳定，无起泡或者处理剂碳化现象发生。
- 降滤失剂 /
- 抗高温钻井液 /
- 接枝物 /
- 低聚糖 /
- 反相乳液聚合
Abstract: A graft oligosaccharide filter loss reducer CG-FL was developed through inverse emulsion with starch derivative oligosaccharide as the raw material, acrylamide, 2-acrylamide-2-methapropyl sulfonic acid and N-vinyl pyrrolidone as the graft monomers and AIBN as the initiator. The molecular structure of the filter loss reducer CG-FL was characterized by FTIR, SEM and TGA etc. The biotoxicity EC₅₀, biodegradation capacity and heavy metal contents of CG-FL were examined. The performance of CG-FL in drilling fluids was evaluated by performance comparison of single additive, performance comparison of different drilling fluids formulated in laboratory with CG-FL and other additives, as well as field application. Laboratory evaluation of CG-FL showed that CG-FL functions normally at temperatures up to 180 ℃, it is resistant to contamination by 15% salt. CG-FL has good dispersibility and compatibility with other additives. In comparison experiment, CG-FL showed better properties than the counter additives. Field application showed that CG-FL reduced the filtration rate of the drilling fluids, and the drilling fluids, after treatment, showed stable properties, no foaming or carbonization of the additive has occurred.
- Filter loss reducer /
- High temperature drilling fluid /
- Grafting material /
- Oligosaccharide /
- Inverse emulsion polymerization

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图 1 低聚糖接枝物FTIR图谱

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图 2 低聚糖接枝前（左）后（右）的SEM照片（×5000倍）

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图 3 低聚糖接枝物热失重分析

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图 4 含有不同降滤失剂钻井液高温高压滤失后的泥饼照片

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图 5 加入CG-FL钻井液高温高压滤失后泥饼照片

注：由左至右老化时间依次为16 h、48 h、72 h。

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表 1 低聚糖接枝物环保性能检测结果

检测项目	检测结果	指标	单位	检测方法
生物毒性 EC₅₀	>1×10⁵	≥30000	mg/L	SY/T 6788—2020
总铬	13	≤1000	mg/kg	HJ 491—2019
总镍	<3	≤200	mg/kg	HJ 491—2019
总铜	<1	≤1500	mg/kg	HJ 491—2019
总锌	2	≤3000	mg/kg	HJ 491—2019
总铅	<10	≤1000	mg/kg	HJ 491—2019
总镉	<0.01	≤15	mg/kg	GB/T 17141—1997
总砷	<0.01	≤75	mg/kg	HJ 680—2013
生物降解率 BOD₅/COD	34	≥5	%	SY/T 6788—2020

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表 2 不同降滤失剂单剂性能对比

降滤失剂	加量/ %	AV/ mPa·s	PV/ mPa·s	YP/ Pa	FL_API/ mL	FL_HTHP/ mL
CG-FL	0	6.0	5.5	0.5	32.5	66.7
	1.0	13.5	9.0	4.5	19.8	56.1
	1.5	18.0	11.0	7.0	11.2	34.2
	2.0	24.0	15.0	9.0	7.8	21.9
	2.5	31.0	18.0	13.0	6.6	19.8
Driscal-D	0	6.0	5.0	1.0	33.0	66.4
	1.0	11.5	9.0	2.5	20.9	44.2
	1.5	17.5	12.0	5.5	15.3	35.8
	2.0	22.0	13.0	9.0	9.9	29.1
	2.5	29.5	18.0	11.5	7.2	25.9
POLYPAC R	0	5.5	5.0	0.5	32.8	67.0
	1.0	24.5	15.0	9.5	17.5	65.9
	1.5	31.0	19.0	12.0	13.4	64.1
	2.0	44.5	25.0	19.5	8.9	55.4
	2.5	65.0	38.0	27.0	6.8	45.9
注：在200 ℃老化16 h后测定性能；FL_HTHP实验条件为3.5 MPa、150 ℃。

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表 3 不同降滤失剂在盐水环保钻井液中的性能

降滤失剂	实验条件	AV/ mPa·s	PV/ mPa·s	YP/ Pa	Gel/ Pa/Pa	FL_API/ mL	FL_HTHP/ mL	泥饼厚度/ mm	ζ/ mV
空白	热滚前	30.5	23.0	7.5	1.50/4.50	11.5	68	8.5	−21.4
CG-FL	热滚前	61.5	41.0	20.5	2.00/11.50	4.5			−29.8
CG-FL	热滚后	44.5	34.0	10.5	1.00/6.00	3.3	17.2	2.0	−28.3
POLYPAC R	热滚前	33.5	24.0	9.5	3.50/7.50	4.0			−23.2
POLYPAC R	热滚后	16.5	16.5	0	0.25/0.75	3.8	36.4	4.0	−21.9
Driscal-D	热滚前	46.5	33.0	13.5	2.00/10.50	4.0			−27.9
Driscal-D	热滚后	26.5	23.0	3.5	0.25/2.00	3.6	24.0	2.5	−27.1
注：FL_HTHP实验条件为3.5 MPa、150 ℃；热滚条件为180 ℃、16 h；测试温度为50 ℃。

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表 4 CG-FL降滤失剂在现场井浆中性能

钻井液	实验条件	ρ/ g·cm⁻³	AV/ mPa·s	PV/ mPa·s	YP/ Pa	Gel/ Pa/Pa	FL_API/ mL	FL_HTHP/ mL	泥饼厚度/ mm
井浆+10 %水	50 ℃	1.31	43.5	31	12.5	2.00/5.5	6.2	25.9	3.5
井浆+10 %水+2 %CG-FL	50 ℃	1.31	51.5	36	15.5	2.00/9.5	4.5
	180 ℃热滚16 h	1.31	44.5	34	10.5	1.00/6.0	3.3	17.2	2.5
	180 ℃热滚48 h	1.32	37.5	30	7.5	1.25/6.5	2.7	15.8	2.0
	180 ℃热滚72 h	1.32	40.0	32	8.0	1.25/6.5	2.9	15.0	2.0
注：FL_HTHP实验条件为3.5 MPa、150 ℃。

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表 5 应用井现场井浆性能

井深/ m	CG-FL/ t	FV/ s	n	K/ Pa·sⁿ	Gel/ Pa/Pa	AV/ mPa·s	PV/ mPa·s	YP/ Pa	FL_API/ mL	FL_HTHP/ mL	泥饼厚度/ mm
4778	0	56	0.58	553	3.0/6.0	31.5	21.0	10.5	5.0	18.5	5.0
4815	5	59	0.52	612	4.5/9.5	33.0	20.0	13.0	4.0	14.5	3.0
4953	0	57	0.53	578	3.5/6.0	32.0	21.0	11.0	5.0	15.2	4.5
5116	6.9	60	0.55	552	3.0/7.0	32.5	22.0	10.5	5.0	13.2	3.5
5236	0	56	0.56	559	3.0/6.5	31.0	20.0	11.0	4.5	18.0	4.0
5450	5.0	58	0.55	599	4.0/7.0	31.5	19.5	12.0	4.0	14.0	3.0
注：FL_HTHP在3.5 MPa、150 ℃下测定。

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抗高温环保型降滤失剂低聚糖接枝物的合成与应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.03.005

作者简介:
郑斌，工程师，1986年生，硕士毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现在从事钻井液技术研究工作。电话 18642748369；E-mail：zbzb.gwdc@cnpc.com.cn

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作者简介: 郑斌，工程师，1986年生，硕士毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现在从事钻井液技术研究工作。电话 18642748369；E-mail：zbzb.gwdc@cnpc.com.cn

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