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。     

超支化聚乙烯亚胺作为钻井液页岩抑制剂研究

研究超支化聚乙烯亚胺作为水基钻井液高性能页岩抑制剂的应用潜力,通过膨润土线性膨胀实验、造浆实验、沉降实验以及泥页岩热滚回收实验等手段对不同相对分子质量聚乙烯亚胺的抑制性能进行评价,考察不同相对分子质量聚乙烯亚胺对无土相钻井液体系性能的影响。结果表明:超支化聚乙烯亚胺能够有效抑制膨润土和泥页岩的水化分散,其中相对分子质量为600和750000的聚乙烯亚胺抑制效果相对最强;低相对分子质量聚乙烯亚胺主要通过抑制膨润土晶层膨胀以及中和膨润土颗粒外表面负电荷来抑制膨润土的水化膨胀、分散,而高相对分子质量聚乙烯亚胺主要通过超支化分子链的架桥作用抑制膨润土颗粒的分散;高相对分子质量聚乙烯亚胺尽管抑制性优异,但是与阴离子聚合物类处理剂配伍性较差,而低相对分子质量聚乙烯亚胺对体系的流变性和滤失量基本没有负面作用,甚至能够小幅提高体系切力,改善体系的携岩和悬浮加重材料的能力。     

甲基硅酸钾页岩抑制剂的性能评价与作用机理

通过线性膨胀实验、膨润土造浆实验以及热滚回收实验对甲基硅酸钾的页岩抑制性能进行了评价。结果表明,甲基硅酸钾具有优异的页岩抑制作用,明显强于目前油田常用的另一种有机硅类页岩抑制剂——甲基硅酸钠。此外,通过X射线衍射、红外光谱以及水接触角测定等表征手段对甲基硅酸钾的抑制机理进行了分析。研究结果表明,甲基硅酸钾的黏土水化抑制作用来自钾离子和甲基硅酸根阴离子的协同作用。甲基硅酸根阴离子能够吸附在蒙脱石颗粒的边、角位,使原本相对亲水的蒙脱石颗粒表面转变为相对疏水,从而阻止水向蒙脱石层间的侵入,起到抑制膨润土水化膨胀的作用。     

聚胺高性能水基钻井液特性评价及应用

根据泥页岩水化特点和多元协同抑制思路,构建了聚胺高性能水基钻井液。介绍了该体系的关键处理剂聚胺页岩抑制剂、包被抑制剂、铝盐封堵防塌剂和清洁润滑剂。通过屈曲硬度实验和粘结实验对比评价了聚胺高性能水基钻井液与几种典型防塌钻井液的性能。结果表明,聚胺页岩抑制剂能在低浓度下最大限度降低黏土水化层间距,有效抑制黏土水化膨胀。聚胺页岩抑制剂与铝盐封堵防塌剂复配后能显著阻缓孔隙压力传递。聚胺高性能水基钻井液抑制性和清洁润滑性突出,与油基钻井液接近。聚胺高性能水基钻井液在胜利油田田305区块进行了成功应用,解决了该区块泥页岩井壁失稳问题。     

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。     

钻井液用多功能阳离子聚合物乳液研制及其作用机制

以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体,合成一种阳离子聚合物乳液ZD-1;通过页岩线性膨胀实验、泥页岩热滚回收实验和粒度分析评价ZD-1的抑制性能,分析其抑制机制;使用污染前后低渗人造岩心气测渗透率变化评价其封堵性能;利用极压润滑性能实验评价其润滑性能。结果表明:与常用页岩抑制剂聚醚胺和氯化钾相比,ZD-1具有较好的抑制页岩水化膨胀和分散的能力,膨润土岩心试样16 h的膨胀率相对于氯化钾有大幅度降低,当质量分数为2.0%时,易水化泥页岩岩屑的热滚回收率超过80%;纳米级别的ZD-1颗粒表面具有阳离子基团,能够中和膨润土表面的负电荷、提高泥页岩表面的疏水性,并可通过吸附作用在泥页岩表面形成疏水层来降低水对泥页岩的侵入,从而达到抑制泥页岩水化膨胀和分散的作用;ZD-1可有效封堵低渗岩心,2%加量下封堵率大于90%,性能优于磺化沥青;ZD-1作为球形纳米级颗粒,有利于提高钻井液的润滑性,摩阻系数降低率高于固体润滑剂石墨。     

用粒度分布法评价聚合醇抑制剂的方法研究

使用激光粒度仪对聚合醇钻井液处理剂抑制黏土水化分散的性能进行了研究 ,较好地解决了页岩膨胀法和岩屑回收率法不能评价该处理剂抑制性的问题 .在评价实验中 ,选用安丘伊利石和高岭土为评价用土 ,在固定的搅拌速度和搅拌时间下 ,测定了该土在清水中分散后的粒径分布 ,得出5μm以细的粒子含量及粒径中值 .制定了测定粒度分布的实验步骤及聚合醇钻井液性能指标要求 :5 μm以细的粒子含量≤ 2 0 .0 % ,粒径中值≥ 1 2 .0 μm.     

用粒度分布法评价聚合醇抑制剂的方法研究

使用激光粒度仪对聚合醇钻井液处理剂抑制黏土水化分散的性能进行了研究，较好地解决了页岩膨胀法和岩屑回收率法不能评价该处理剂抑制性的问题。在评价实验中，选用安丘伊利石和高岭土为评价用土，在固定的搅拌速度和搅拌时间下，测定了该土在清水中分散后的粒径分布，得出5μm以细的粒子含量及粒径中值。制定了测定粒度分布的实验步骤及聚合醇钻井液性能指标要求：5μm以细的粒子含量≤20．0％，粒么或值≥12．0μm。     

KPC页岩抑制剂作用机理的研究

用ＫＰＣ页岩抑制剂对安丘膨润土和英国评价土进行了吸附试验。试验结果表明，ＫＰＣ易于吸附在英国评价土上。用沉降分析仪对页岩颗粒的粒度进行了分析，用ＫＰＣ对钻井液处理后，其粗颗粒有所增加．肢体率测定结果进一步证实，用ＫＰＣ对钻井液进行处理后，其胶体享有所下降。高温高压实验说明，用ＫＰＣ处理后的钻井液形成可压缩性的致密滤饼，改善了钻井液的滤失性能。研究表明，ＫＰＣ页岩抑制剂能抑制粘土水化分散，具有防止井壁坍塌的优良效果。应用实例证明室内试验研究结果与ＫＰＣ的现场使用效果是相互吻合的。     

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.     

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．     

水合物地层用纳米SiO2钻井液低温性能实验研究

随着全世界越来越多国家对天然气水合物勘探与开发的青睐,相关钻井技术也得到了日益重视。针对水合物地层的钻井特点,结合现有的纳米材料,通过大量实验优选出一种适合海洋天然气水合物地层钻井用的纳米Si O2钻井液:海水+2%纳米Si O2+3%膨润土+1%Na-CMC(羧甲基纤维素钠)+3%SMP-2(磺甲基酚醛树脂)+1%PVP(K90)(聚乙烯吡咯烷酮)+2%KCl(氯化钾);并对其低温性能和水合物生成抑制性进行了实验评价。实验结果表明,该钻井液具有适中的密度、良好的低温流变性和泥页岩水化抑制性;并能够长时间有效抑制水合物地层分解气在钻井液循环系统中重新生成水合物,有利保障在含水合物不稳定地层中钻井的顺利实施。     

高效防塌钻井液的研制及在新疆塔河油田的应用

新疆塔河油田三叠系、石炭系地层长期以来存在着严重井塌问题 ,为此 ,用实验方法优选出高效防塌钻井液配方 ,并对其性能进行了研究。结果表明 ,以MAN 10 4 ,KN PAN ,WFT 6 6 6和KCl为主要处理剂的防塌钻井液具有流变性好、滤失量低、泥饼致密等特点。对页岩回收率、膨胀性和毛细管吸入时间的实验研究进一步证实 ,这种钻井液对粘土矿物的水化膨胀和分散具有很强的抑制作用 ,在防塌效果及其他性能方面均明显优于在该地区使用的其他常规钻井液。对该钻井液的防塌作用机理进行了理论分析 ,并在一口重点试验井进行了现场试验 ,取得了理想的防塌效果。与邻井相比 ,三开井段的平均井径扩大率由 14 .6 %下降至 3.14 % ,从而显著提高了钻井效率。     

甲基葡萄糖苷钻井液研究

以廉价的淀粉代替葡萄糖作为主要原料 ,直接与甲醇反应合成了甲基葡萄糖苷 (MEG) ,并对合成样品的部分理化性能、在粘土上的吸附规律、生物降解特性以及对岩心半透膜效率的影响规律等进行了测定。用合成的甲基葡萄糖苷配制了淡水、盐水和饱和盐水 3种钻井液配方 ,并对 3种配方的常规性能、高温性能、抗污染性能和活度进行了室内评价。结果表明 ,用淀粉合成的甲基葡萄糖苷 ,在理化性能上与用葡萄糖制备的试剂样品接近 ,用其配制成的钻井液具有活度低、高温稳定性好、流变性易调整和抗污染能力强等特点 ,且具有改善页岩膜效率的作用 ,无毒 ,易生物降解 ,是理想的环保型钻井液体系。     

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。     

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.     

胜北构造硬脆性泥页岩裂隙特征及防塌机理

为了寻求吐哈油田胜北构造硬脆性泥页岩地层防塌措施,分析了其裂隙发育特征和坍塌机理,表明其综合水敏性属中～弱膨胀和中～弱分散,地层岩石具有典型硬脆碎特征,受山前构造运动产生的构造应力、蒙脱石在成岩脱水过程中产生的膨胀力以及厚薄不等的大段夹层煤的共同作用,形成了发育的裂隙和微裂缝,遇水（钻井液滤液）长时间浸泡易产生剥落掉块,引起周期性坍塌．采用提高钻井液的抑制性、改善钻井液的泥饼质量、封堵地层微裂缝的综合物理化学方法可以防治这类地层的井眼坍塌．