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超高温低黏度降失水剂的合成与应用

汪晓静 徐春虎 魏浩光 苗霞 徐大伟

汪晓静,徐春虎,魏浩光,等. 超高温低黏度降失水剂的合成与应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(5):656-664 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.012
引用本文: 汪晓静,徐春虎,魏浩光,等. 超高温低黏度降失水剂的合成与应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(5):656-664 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.012
WANG Xiaojing, XU Chunhu, WEI Haoguang, et al.Synthesis and application of an ultra-high temperature low viscosity filter loss reducer[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(5):656-664 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.012
Citation: WANG Xiaojing, XU Chunhu, WEI Haoguang, et al.Synthesis and application of an ultra-high temperature low viscosity filter loss reducer[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(5):656-664 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.012

超高温低黏度降失水剂的合成与应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.012
基金项目: 国家重点研发计划课题“井筒稳定性闭环响应机制与智能调控方法”(2019YFA0708303)。
详细信息
    作者简介:

    汪晓静,1981年生,硕士,高级工程师,2009年毕业于南京工业大学材料科学与工程专业,现在从事高温流体与材料研究工作。E-mail:wangxiaojing.sripe@sinopec.com

    通讯作者:

    徐大伟,1993年生,博士,副研究员,2021年毕业于北京化工大学材料科学与工程专业,现在从事高温流体与材料研究工作。E-mail:xudw.sripe@sinopec.com

  • 中图分类号: TE254.4

Synthesis and Application of an Ultra-High Temperature Low Viscosity Filter Loss Reducer

  • 摘要: 针对传统聚合物类降失水剂表观黏度大导致高密度水泥浆体系初始稠度过高,影响施工安全的技术性难题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基芳香羧酸、N,N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸为单体,通过自由基聚合法合成了一种四元低黏度降失水剂SCFL-W。产物的最佳合成条件为:反应温度75℃,pH值7,单体浓度19 %,反应时间150 min。利用红外光谱(FT-IR)确定了聚合产物的分子结构,通过热重分析(TGA)测得SCFL-W热分解温度大于380℃,表明其具有良好的热稳定性。机理研究表明,由于SCFL-W分子结构中含有烯烃键和苯环等刚性侧链,侧链之间难以形成缠结分支,有效降低聚合物黏度;其优异的控失水性能是低黏聚合物促进致密滤饼形成及芳环羧基静电吸附的协同效应。水泥浆性能表征显示,SCFL-W高温下黏度保持率高,与多种助剂配伍性能好,饱和盐水体系中240℃ API失水量为45 mL,抗盐性能优异,可用于1.88~2.4 g/cm3水泥浆体系。SCFL-W降失水剂现场应用3井次,固井质量优质,该降失水剂的成功应用为超高温高密度水泥浆的构建提供了新思路。

     

  • 图  1  不同黏度降失水剂与水泥浆体系沉降稳定性关系示意图

    注:AB为常温,CD为高温;AC为低黏,BD为高黏

    图  2  低黏降失水剂SCF-W的合成路线图

    图  3  低黏降失水剂的反应条件与表观黏度和失水量的关系

    图  4  低黏降失水剂的反应单体及产物红外谱图

    图  5  低黏降失水剂的热重曲线

    图  6  不同黏度降失水剂高温黏度变化情况

    图  7  不同SCFL-W含量下水泥浆的高温降失水性能

    图  8  SCFL-W降失水剂抗盐性能评价

    图  9  含SCFL-W水泥浆的稠化曲线

    图  10  含不同黏度降失水剂水泥石的BET曲线

    图  11  含高黏降失水剂滤饼(A)和低黏降失水剂滤饼(B)的SEM形貌图

    图  12  不同降失水剂及含量下的水泥浆滤液Zeta电位

    图  13  不同降失水剂及含量下的水泥浆滤液离子含量

    图  14  低黏度和高黏度降失水剂链段分布(A)及SCFL-W吸附机理图(B)

    表  1  180~240℃区间SCFL-W降失水剂与缓凝剂的配伍性评价

    T/
    SCR-4/
    %
    SCR-7/
    %
    SCFL-W/
    %
    FL/
    mL
    初始
    稠度/Bc
    t40 Bc/
    min
    t稠化/
    min
    180 0 2 5 315 323
    6 2 4 150 5 382 390
    8 0 10 20 7 353 362
    200 8 2 15 29 9 389 400
    220 10 2 15 46 10 505 510
    240 10 2 20 44 12 469 472
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    表  2  降失水剂表观黏度、失水量和吸附量的关系

    编号 50%水溶液表观
    黏度/mPa·s
    FL/
    mL
    吸附量/
    mg·L−1
    1 77 90 240
    2 73 36 253
    3 70 26 263
    4 67 38 254
    5 57 44 208
    6 35 80 171
    下载: 导出CSV

    表  3  SCFL-W降失水剂应用情况

    应用井次 水泥浆体系 套管尺寸/
    mm
    井深/
    m
    T/
    ρ/
    g·cm−3
    固井
    质量
    元深1短回接 抗高温高密度防窜水泥浆体系(1#配方) Φ139.7 8866 170 2.20 优质
    且深1三开 抗高温常规密度乳液水泥浆体系(2#配方) Φ 200.0 8483 190 1.88 优质
    且深1四开 抗高温高密度欠饱和盐水水泥浆体系(3#配方) Φ 154.0 8754 196 2.30 优质
     注:1#配方:水泥(JHG)+50%细硅粉(SiO2)+70%铁矿粉+5%降失水剂SCFL-W+11%缓凝剂SCR-4+0.5%早强剂H-T+5%纳米液硅SCLS+10%树脂乳液SCJR+34%现场水;2#配方:水泥(KG)+50%细硅粉(SiO2)+8%锰粉+10%降失水剂SCFL-W+6.5%缓凝剂SCR-4+0.5%早强剂H-T+6%纳米乳液SCLS+6%树脂乳液SCJR+46%现场水;3#配方:水泥(KG)+50%复合防衰退材料(硅粉∶SCW=1∶1)+30%铁矿粉+85%还原铁粉+40%锰粉+15%降失水剂SCFL-W + 8%缓凝剂SCR-4+1.5%缓凝剂SCR-7 +1.4%消泡剂SCD-L+8%盐+1%消泡剂+63%净化水。
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-19
  • 修回日期:  2025-05-06
  • 网络出版日期:  2025-10-15
  • 刊出日期:  2025-09-30

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