摘要：聚合物分子空间构型从一维线型向三维体型转变,是改变传统油田化学处理剂分子设计的新思路,有利于新型多功能水基钻井液聚合物处理剂开发。为阐明体型高分子形态特征及其作为钻井液处理剂的有效功能,采用实验合成、结构表征、性能评价与分子模拟相结合的方法,系统开展了微球聚合物PAA-AM-AMPS强化水基钻井液稳定性研究。首先,合成了具有体型结构的微球聚合物PAA-AM-AMPS,评价了微球聚合物微观结构及其在恒流变和超高温水基钻井液体系的核心作用;然后,基于体型高分子基团空间分布的“补偿效应”模型,从分子水平揭示了体型构象对高分子-膨润土片层吸附的强化作用。研究结果显示:合成体型聚合物PAA-AM-AMPS是一种具有核-壳结构的微球粒子,平均粒径为198.3 nm;微球聚合物热解分为5个阶段,空间构型展示了良好热稳定性;微球聚合物分子具有内紧外疏的空间构型,活性基团—COOH、—CO(NH2)、—SO3H在球壳上的分布确定了体型结构活性位点,其中羧基C=O是主导活性基团;比较了链型和球型聚集态结构,后者具有更小的回转半径Rg和更大的径向分布函数g(r),显示了球型构象不仅提高结构的温度稳定性,也有利于维持壳层有效活性基团数量,确保与黏土片层的吸附缔合作用,最终提高水基钻井液宏观性能的稳定。

摘要：钻井完井一体化工作液是对海洋油气传统裸眼钻井完井液技术的发展,该体系基于D90经验规则与膜屏蔽原理,引入低剪切速率黏度设计,通过暂堵剂的镶嵌、成膜作用在储层孔隙入口构造单向屏蔽环,不仅达到储层保护效果,还可直接返排,从而简化海洋钻井完井工序。阐述了钻井完井一体化工作液的设计思路,检测了关键组分微观结构及体系基本性能,并综合评价了体系储层保护效果。实验结果表明,钻井完井一体化工作液具有刚性和柔性2类暂堵剂粒子,可协同封堵孔隙入口,促进单向屏蔽环形成,其中刚性镶嵌粒子形貌不规则,中值粒径为9.5μm,大于孔隙尺寸;而柔性成膜粒子呈规则球形,平均粒径为25.4μm,粒径分布窄,有利于粒间填充及形变聚结。体系在5~130℃内具有良好流变性,其低剪切速率黏度平均值为30802±1892 mPa·s,满足直接返排解堵设计要求;体系展示了良好的润滑性、防塌性及抗海水、抗岩屑侵污性,且单向封堵能力强,直接返排的渗透率恢复效果好。现场应用证明,新型钻井完井一体化工作液不仅能确保储层钻井过程顺利,而且满足了直接返排解堵要求,达到了简化完井工艺的目的。

摘要：传统润滑处理剂设计主要基于油脂的液体润滑理论,忽略了钻井液固相在钻具与井壁极压受限空间内的边界承载和润滑作用。为此,根据Stribeck曲线分析了符合钻进过程的边界润滑行为,并结合人体工学润滑理论,提出了超支化高分子井壁润滑模型及构效关系,采用发散法合成了以乙二胺为内核的超支化高分子聚(丙烯酸甲酯—乙二胺,PMA-EDA),表征了合成产物结构,进行了超支化高分子PMA-EDA与膨润土粒子的成膜检测,并以PMA-EDA为润滑添加剂构建了水基钻井液体系,评价了该体系的应用性能。研究结果表明:(1)目标合成产物PMA-EDA具有超支化构型,其热解温度达到225℃;(2)超支化高分子PMA-EDA可以通过多点吸附,改善与膨润土片层的桥接方式,促进生成具有一定强度的致密、韧性边界润滑膜;(3)对于构建水基钻井液体系,润滑添加剂浓度为4%,可以满足钻井液强润滑性以及热稳定性要求。结论认为,高润滑性能水基钻井液显示出了区别于传统水基钻井液的降摩减磨优越性,其性能评价也进一步证实了超支化分子强化边界润滑成膜模型理论的科学性和实用性。

摘要：压差激活密封剂是一种新型密封流体,可在漏点压差作用下对丝扣、管线等静密封的微缺陷损伤实施快速、自适应修复,但其密封性受漏点尺寸影响较大,因而在油气井生产及井筒完整性恢复中的应用受到了一定的限制。为了提高压差激活密封剂的适用性,基于密封流体在压差作用下的相态转变及密封行为特点,提出了固-液态密封材料协同增效强化大孔隙封堵的复合修复技术,通过两类固体密封材料("桥堵"刚性粒子与"拉筋"纤维)的联用,改变泄漏孔隙几何结构和流体迁移路径,促使压差激活密封剂形成有效固体屏障,充填大孔隙完成密封修复。室内实验结果表明:①制备的压差激活密封剂是一种多分散体系,其核心颗粒形状较规则,粒径集中分布于300~400 mm;②在评估压力范围内,海泡石纤维作为结构形成剂,提高了形成密封固体的完整性;③贻贝粉体作为孔隙结构修饰剂,改善了密封流体在泄漏受限空间的驻留能力,二者协同改善了形成固体屏障的结构,极大增强了复合压差激活密封剂的大孔隙封堵效果。结论认为,该研究成果可以为油气井新型多功能密封剂体系的开发与应用提供理论与技术支持。

摘要：压差激活密封剂是一种具有自适应密封、施工简单、费用低等特点的新型密封体系,对于油气井管柱完整性的快速修复具有重要意义。笔者以羧基丁腈胶乳(XNBRL)、MgCl2、OP-10、VIS-B为原料,设计四因素四水平正交实验,考察了胶乳浓度、激活剂浓度、剪切速率、停搅时间对压差激活剂固相颗粒生长及微结构的影响,评价了压差激活剂的动态密封性能,分析了压差激活密封机理。结果表明,压差激活密封剂固相颗粒形貌规则,具有层级体型结构,粒径小于400μm;粒径生长影响顺序为:停搅时间>胶乳浓度>激活剂浓度>剪切速率;制备密封剂可在50℃、7.5 MPa压差下对0.5 mm×0.8 mm×10 mm微缺陷成功实施封堵;根据微粒形貌、分子聚集态结构及其射流场剪切形变行为,提出了密封流体在微缺陷压差作用下的液固转化力学-化学耦合构效模型,初步揭示了压差激活密封剂的自适应修复机理。