聚胺与氯化钾抑制性的对比实验研究

近年来开发出的聚胺水基钻井液,被认为是最接近逆乳化钻井液性能的高性能水基钻井液。新型聚胺强页岩抑制剂也因其分子结构独特、抑制性能突出越来越受到人们重视。通过抑制膨润土造浆实验、屈曲硬度实验、页岩滚动分散实验、耐崩散实验、页岩膨胀实验以及X 射线衍射粘土层间距分析等实验手段,对比评价了聚胺强页岩抑制剂与传统常用抑制剂氯化钾的抑制性。结果表明,与氯化钾相比,聚胺抑制性能优异,能有效抑制粘土水化分散,在加量较少时即能发挥长期抑制作用,且具有较好的抗温性能。配伍性实验表明,聚胺与膨润土及常用处理剂具有较好的配伍性。以SDA 为主要水化抑制剂构建了聚胺水基钻井液,实验评价表明,该体系具有优良的抗盐、抗钙和抗劣土污染性能。此外,对聚胺的抑制机理进行了探讨分析。     

水基钻井液防塌抑制剂HLJ的制备及性能评价

以聚胺、混合多元醇和水溶性硅酸钠为主要原料,在一定条件下制得的一种淡黄色黏稠液体,即防塌抑制剂HLJ。通过红外光谱分析证实HLJ中含有醚键、羟基、胺基和硅氧键。实验比较了HLJ与常用抑制剂SIAT、NH-3、LYG-2、KCl的岩屑滚动回收率、黏土容量限、页岩膨胀量、抗温、抗盐等特性;并评价了其在聚磺水基钻井液体系中的综合性能。实验表明HLJ是一种性能优异的泥页岩防塌抑制剂。     

含油污泥资源化制备钻井液用封堵防塌剂与应用

以含油污泥为原料,通过沥青化和乳化分散等工艺制备封堵防塌剂SD-AS,其软化点在50~120℃可调,油溶率超过50%;采用砂盘封堵评价实验、扫描电镜测试、压力传递实验以及接触角测试等实验手段,综合评价封堵防塌剂SD-AS的性能,探讨其作用机制;以可变形封堵防塌剂SD-AS为主要处理剂,构建强化封堵防塌水基钻井液体系配方。结果表明:封堵防塌剂SD-AS主要通过化学吸附、油溶性变形粒子物理封堵、阻缓压力传递以及降低泥页岩表面的亲水性等作用,实现有效的封堵防塌作用;强化封堵防塌水基钻井液体系成功应用于准噶尔盆地山前构造带的钻井施工,复杂易塌地层井径扩大率平均仅为6.78%。     

缅甸D区块非渗透性防塌钻井液研究

 针对缅甸D区块钻井过程中存在的井壁失稳问题,系统分析了缅甸D区块易塌井段泥页岩黏土矿物组分、岩石微观结构、泥页岩水化性能,结合现场实际对前期钻井液存在的问题进行分析,优化出适宜缅甸D区块特点的非渗透性防塌钻井液配方。室内性能评价表明,该非渗透性防塌钻井液具有较强的抗污染能力、抗温能力,泥页岩抑制能力以及封堵能力。在现场应用4口井过程中,该钻井液取得了较好的井眼稳定效果,可有效解决缅甸D区块井眼坍塌和井径扩大率的问题,显著降低了井下复杂事故的发生。     

新型聚胺页岩水化抑制剂的研制及应用

针对油气井钻井工程中抑制泥页岩水化的难点,基于分子结构优化设计,研制出了新型聚胺页岩抑制剂SDPA.SDPA为含有胺基和醚键等多官能团的低分子聚合物.三次岩屑回收率实验和膨润土造浆实验表明,新研制的聚胺具有优异的抑制性能,且作用时间长,优于国外同类产品.采用吸附、Zeta电位测试、XRD、接触角测量和元素分析等方法对SDPA的作用机理进行了分析.结果表明:SDPA在黏土颗粒表面为单层吸附,质子化铵离子交换出层间水化阳离子,降低黏土颗粒水化斥力;静电引力和氢键共同作用将黏土颗粒层间吸附的水分子排挤出来,压缩晶层间距;SDPA分子中疏水部分覆盖在黏土颗粒表面形成疏水屏障,防止水分子吸附;SDPA在黏土颗粒表面不易解吸,能发挥长期抑制作用.现场试验表明,聚胺水基钻井液抑制性强,性能稳定且易维护,满足现场钻井工程需要.     

PAMAM树枝状聚合物抑制泥页岩水化膨胀和分散特性

针对泥页岩水化特征,结合树枝状聚合物独特的结构与性能,将树枝状聚合物聚酰胺胺PAMAM作为泥页岩稳定剂,通过页岩滚动分散实验、粒度分布测试、屈曲硬度实验评价不同代数(G0~G5)PAMAM的抑制性。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等分析不同代数PAMAM与黏土的作用,并揭示其微观作用机理。分别以G0和G5为泥页岩水化膨胀抑制剂和水化分散抑制剂,构建新型水基钻井液体系。研究结果表明:树枝状聚合物聚酰胺胺能有效抑制泥页岩水化膨胀和分散,G0和G5抑制性优于传统的KCl和聚醚胺类抑制剂,适当降低介质p H可提高其抑制性。不同代数的PAMAM在黏土表面的吸附排列方式不同,G0为单层吸附;G1,G2和G3在黏土层间的吸附与浓度有关,随着浓度的升高分子排列由单层向双层转变;G4和G5相对分子质量较大,由于空间位阻效应不能进入黏土晶层间,主要吸附在黏土颗粒的外表面。G0能抑制黏土晶层内表面的水化膨胀,G5能阻止黏土颗粒的水化分散,将两者配合起来可达到协同稳定泥页岩的效果。该钻井液体系抑制性突出,接近油基钻井液。     

苏里格气田胺基聚合物防塌钻井液体系

 为解决苏里格气田水平井钻遇泥页岩地层存在的水化膨胀缩径和严重造浆问题,开发了一种强抑制胺基防塌钻井液体系.室内性能评价实验表明,该钻井液体系具有良好的抑制性、很强的抗温、抗钙、抗污染能力,对气层伤害很小,属于清洁水基钻井液体系.在苏里格气田现场应用3 口井取得了良好的效果,表明该钻井液体系有利于提高苏里格气田泥页岩地层井壁的稳定性,解决泥页岩地层钻井液流变性难控制的难题,实现保护储层的要求,能够满足苏里格气田钻井的需要.     

新型有机硅聚合物抑制封堵剂性能及作用机制

以γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体,合成一种抗温达200℃的兼具抑制和封堵性能的有机硅处理剂ADKN,能够有效防止井壁坍塌。结果表明:ADKN可以通过在泥页岩表面发生强烈的物理化学吸附作用,形成一层致密的吸附膜,有效抑制泥页岩水化膨胀与分散,阻止压力传递,保持井壁泥页岩抗压强度,从而起到井壁防塌作用;该抑制封堵剂与其他水基钻井液处理剂配伍性好,具有一定的增黏效果和显著的降滤失作用。     

聚胺页岩黏土水化膨胀抑制剂NH-1作用机理研究

从黏土矿物水化类型和作用力出发,结合NH-1的分子结构,研究了聚胺页岩黏土水化膨胀抑制剂NH-1的作用机理。研究结果表明,聚胺页岩抑制剂NH-1对页岩黏土水化膨胀的抑制作用包含4个方面:一是强吸附作用,抑制黏土的表面水化;二是离子交换作用,抑制黏土离子水化和渗透水化;三是插层作用,NH-1插入到蒙脱石001晶面中,抑制黏土水化膨胀;四是减弱地层的毛细管力,抑制黏土水化膨胀。并分别通过红外光谱、X射线衍射、表面张力及接触角测量验证了NH-1的抑制机理。用岩心渗透率实验测定了聚胺页岩抑制剂NH-1对低渗透地层的伤害,结果表明NH-1的加入对低渗透地层无伤害。     

环保型烷基糖苷季铵盐抑制剂制备及作用机制

针对非离子表面活性剂烷基糖苷(APG)用作水基钻井液抑制剂时加量大、成本高等问题,通过醚化反应在APG分子中引入季铵阳离子,合成烷基糖苷季铵盐页岩抑制剂(APGS)。通过浸泡实验、线性膨胀实验、页岩滚动回收实验对其抑制性能进行评价,通过发光细菌法和生物耗氧量法对其毒性及生物降解性进行评价,通过表面张力实验、粒度分析、吸附试验以及红外光谱分析对其抑制机制进行分析。结果表明:APGS抑制黏土水化分散性能优于聚胺和氯化钾;对于易分散钻屑,质量分数为2%APGS岩屑的滚动回收率达73.8%,抑制分散效果明显优于聚胺及APG;APGS与钻井液配伍性好,具有一定的降黏和降滤失作用,无毒,易生物降解。APGS通过中和黏土负电荷,压缩晶层间距,抑制黏土水化分散;通过静电引力和氢键的共同作用,吸附于黏土表面,形成致密的吸附层,阻止水与黏土作用;质量分数为1%APGS水溶液表面张力为29 mN/m,能有效降低毛细管作用力,阻止水侵入地层。     

强抑制性聚胺类页岩抑制剂NH-1的性能研究

为了解决在膨润土含量较高的地层钻井过程中出现井壁失稳的技术难题,根据添加页岩抑制剂抑制膨润土水化膨胀和分散的机理,通过分子设计研制了一种强抑制性聚胺类页岩抑制剂NH-1,并采用X-射线衍射(XRD)法和扫描电镜(SEM)法研究了NH-1对膨润土的抑制机理,采用岩心滚动回收实验、抗二级膨润土污染实验、相对抑制率实验、防膨胀率实验评价了NH-1的抑制效果.结果表明:膨润土被3.0%NH-1溶液浸泡烘干后,蒙脱石001晶面层间距从12.11增加到13.77;在2.5%NH-1溶液中,一次岩心回收率为89.52%,相对于清水提高了83.32%;在2.5%NH-1溶液中,当膨润土添加量为20%时,Φ600读数为9,而同等条件下在清水中Φ600读数超出了仪器量程;0.5%NH-1溶液对10%的膨润土浆的相对抑制率达到98.5%;2.5%NH-1溶液防膨率为80.37%.围绕NH-1聚胺抑制剂开发的聚胺防塌钻井液体系在四川高庙4井3 375～3 786 m井段进行了先导性试验,划眼时间仅仅只有20.8 h,只占总钻进时间的3.98%,成功解决了高庙4井井下井壁失稳的技术难题.     

新型两性离子聚合物页岩抑制剂的制备及性能评价

针对泥页岩储层段黏土矿物含量较高,钻井过程中易发生井壁失稳现象等问题,以小分子有机胺(LCA-2)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(HPEG)为单体,制备了一种两性离子聚合物页岩抑制剂DDM-1。采用红外光谱对其结构进行了表征,结果表明其分子结构符合预期设计。考察了DDM-1的抑制性能、耐温抗盐性能和对钻井液性能的影响,结果表明,加入1.0%DDM-1可以使泥页岩钻屑滚动回收率达到90%以上,并具有良好的抑制膨润土造浆能力,抑制效果明显优于无机盐类抑制剂;同时具有良好的耐温抗盐性能;DDM-1对现场钻井液体系的流变性和滤失量的影响较小,具有较好的配伍性,且抑制性强于国内同类产品,与国外产品效果相当。说明DDM-1是一种性能优良的泥页岩抑制剂,能够满足高性能水基钻井液对强抑制性的要求。     

钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价

近年来,有机胺钻井液体系在国外备受关注,有机胺优质水基钻井液技术的关键在于高效胺类抑制剂的研发．通过有机胺和环氧化物发生反应,合成出了有机胺抑制剂CYZ-5．利用膨胀性、絮凝性、黏度增加和岩心浸泡等实验,对其抑制性能进行了评价．实验结果表明,新型有机胺抑制剂CYZ-5的抑制性好,能有效抑制黏土造浆和岩心及岩屑的分散,且其抑制性持久性强,从而起到防止井壁坍塌的作用．     

渤海中部BZ34-2EW区块防塌钻井液试验研究

对ＢＺ３４２ＥＷ区块地层岩样进行了理化性能分析和电镜分析,结果表明,该区块属于层理、裂隙发育的易剥落坍塌的硬脆性页岩地层。无机盐几乎不能抑制岩样水化膨胀,而合适的钻井液可以抑制其水化膨胀,且具有较高的页岩回收率。加入硅酸钠的低粘土相海水聚合物钻井液体系的流变性能好,抑制能力强,泥饼质量好,可用于层理、裂隙发育的硬脆性页岩地层的钻进。     

分子模拟有机胺页岩抑制剂碳链长度对抑制性能的影响

有机胺钻井液体系近年来在国内外备受关注,其实质是应用了新的有机胺页岩抑制剂,因此更高效地研发胺类抑制剂是有机胺钻井液技术发展的关键。为研究有机胺类页岩抑制剂碳链长度对其抑制性能的影响规律和其抑制作用产生的作用机理,通过分子模拟方法研究了不同直链状有机胺分子——乙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺的抑制性能变化规律,并通过分子动力学方法研究了有机胺页岩抑制剂对Na-蒙脱石水化抑制的作用机理以及有机胺页岩抑制剂对蒙脱石晶体力学性质的影响。结果表明,这些有机胺分子的抑制性能有明显的差异,1,6-己二胺的水化抑制效果最佳,乙二胺和1,10-癸二胺的抑制效果较差。可见,分子结构为直链状且两端为胺基的有机胺分子的水化抑制性随碳链长度的增加呈先增后减的趋势,且在含有6个碳原子(1,6-己二胺)时水化抑制效果和蒙脱石力学性能均达到最佳。     

新型聚合醇钻井液抑制性能研究

基于页岩气开发中对页岩井壁稳定的严格要求和聚合醇抑制剂在钻井液中性能特点,应用聚合醇(丙三醇、乙二醇和聚乙二醇200)与水共同构建钻井液液相的研究方法,配制了新型聚合醇钻井液。通过抑制膨润土造浆实验、页岩膨胀实验和页岩滚动分散实验,对比评价了新型聚合醇钻井液与传统应用抑制剂的钻井液的抑制性能。结果表明,与传统应用抑制剂的钻井液相比,新型聚合醇钻井液更有利于抑制膨润土的水化造浆、页岩水化膨胀和页岩水化分散,具有更佳的应用前景。     

钻井液作用下页岩破裂失稳行为试验

为揭示富有机质脆性页岩与钻井液之间的相互作用对井壁失稳潜在影响,以层理发育的脆性页岩为研究对象,利用蒸馏水、油基钻井液、硅酸盐钻井液及其滤液,开展钻井液高温浸泡试验,从宏观和微观方面描述页岩破裂失稳过程与机制。结果表明:钻井液侵入带来的水化膨胀与碱液侵蚀是页岩化学损伤的主要形式,也是诱发脆性页岩破裂失稳的直接原因;钻井液作用下,页岩主要沿层理面破裂,破裂根本原因是层理微缝的扩展、延伸乃至贯通形成宏观裂缝,诱发页岩失稳。室内试验与现场应用均证实,提高钻井液封堵性、降低滤失量,减弱水化与碱液侵蚀对页岩破裂失稳影响,有助于提高井壁稳定性,也是页岩气井防塌水基钻井液体系设计的主要技术思路。