抗高温高性能无土相油基钻井液技术研究

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1、中图分类号：TE254单位代码：11414学号：2013312015题目抗高温高性能无土相油基钻井液技术研究学科专业油气井工程研究方向油气井化学与工程博士生黄贤斌指导教师蒋官澄教授二○一七年五月High-temperaturehigh-performanceorganoclay-freeoilbaseddrillingfluidtechnologyresearchDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthede

2、greeofDoctorofEngineeringByHuangXianbin（DrillingEngineering）DissertationSupervisorProf.JiangGuanchengMay,2017博士学位论文独创性声明，丁－作郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下独立进行研宄所取得的成果。除／文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研宂成果，也不包含为获得屮国石油大学或者其它单位，均己在论文屮的学位或证书所使用过的材料。对本研宂做出贡献的个人和集体做了明确的说明并表示ｒ谢意。作者

3、和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承拘朴丨应责仟。１丨黄■Ｉ：义ｍ作者签名：斌Ｉ期导师签名曰期：２ｄｍ〇＾＿博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师宂全／解中围石油人学（北京）学位论文版权使：用的何关规定，使用方式包栝但＋限尸学校有权保留并向有关部门和机构送交？？学位论文的复印件和电了版，允学位论文被查阅和借阅；学校可以公布予位论、文的全部或部分内容，可以采用影印缩印或扫描等炱制手段保存和汇编学位论文可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。；本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分鸿全部内容，

4、必须征得导师书－（。面Ｎ意，且须以中国石油大学北京）为第署名笮位：作者签名：ＭＭ日期导师签名＠丨丨期：摘要摘要传统的低胶质油基钻井液体系使用有机土作为流型调节剂，由于有机土加量小，存在切力低、动塑比低等缺点，一定程度上影响井眼清洁效果，甚至会导致岩屑床的形成。油基钻井液中含有的有机土、氧化沥青和有机褐煤等胶质类材料对钻速有负面影响，不利于快速钻进。此外，如果胶质材料加量过大，势必严重影响钻速。针对以上问题，本文研发了一种不含有机土和其他胶质材料的抗高温高性能无土相油基钻井液体系。室内性能评价与现场应用效果均证明，研发的无土相油基钻井液体系比传

5、统的油基钻井液体系具有更加优异的性能。本文研发的高性能无土相油基钻井液体系包括四种核心技术：可以代替有机土并在钻井液中提供弱凝胶结构的提切剂，无土条件下可以控制滤失量的聚合物降滤失剂，提供高温乳化稳定性的抗高温主/辅乳化剂，以及用于页岩纳米孔喉封堵的纳米封堵剂。第一，本文结合超分子化学原理，合成了一种可以在油基钻井液中代替有机土的小分子提切剂。通过超分子自组装原理，提切剂可以在油包水乳液中建立三维网架结构，从而提供弱凝胶结构。实验结果表明：与传统的有机土油基钻井液相比，加入提切剂的无土相油基钻井液具有更高的切力及电稳定性。第二，针对在无有机土的环境中，高温高压滤失

6、量难以控制的难题，研制了一种苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸三元共聚物作为降滤失剂，其碳碳单键的主链结构使之具有优良的抗温性能。实验表明，该材料对钻井液流变性的影响很小，通过改善泥饼质量可以大大降低油基钻井液的常温常压和高温高压滤失量。对比实验表明该材料在稳定乳液、降滤失、封堵和抗温性能方面均优于最常用的油基钻井液降滤失剂氧化沥青。第三，针对页岩纳米级孔隙的封堵难题，研制了一种具有核壳结构的“丙烯酸树脂/二氧化硅”纳米复合材料来提高油基钻井液的封堵能力。该材料抗温能力可达250℃之上。膜效率实验表明该复合材料可以显著提高封堵效率，防止钻井液滤液入侵。第四，研发了耐高温的

7、改性脂肪酸型主乳化剂和脂肪酸酰胺型辅乳化剂，钻井液体系经220℃老化16h，破乳电压仍大于400V。最后，使用研发的关键处理剂，配套形成了不同密度的抗温可达220℃的抗高温高性能无土相油基钻井液。与传统油基钻井液相比，其具有非常优异的流变结1摘要构和储层保护性能。现场试验证明，研发的无土相油基钻井液体系性能稳定，易于维护。与临井对比可知，使用无土相油基钻井液体系后，钻井周期有大幅度的降低，平均降低了33%。关键词：无土相；油基钻井液；提切剂；聚合物降滤失剂；纳米封堵剂2ABSTRACTHigh-temperaturehigh-performanceorganocl

8、ay-fr