聚合物及小分子类页岩抑制剂研究进展

本文概述了聚合物及小分子类页岩抑制剂研究进展,特别关注国内外近年的相关研究成果。文章系统介绍了用于表征黏土水化膨胀和评价抑制剂性能的实验方法。此外,文章分类讨论了无机盐类、聚醚胺类、天然改性材料和聚合物类抑制剂的特点,展望了水基钻井液中页岩抑制剂的应用方向和主要发展趋势。     

具有缓蚀性能的页岩抑制剂在盐水钻井液性能研究

为了解决钻井过程中出现的井壁失稳和钻井设备出现的腐蚀问题，以4-羟基苯丙醛、超支化聚乙烯亚胺为原料制备了一种具有缓蚀性能的页岩抑制剂，应用于盐水钻井液来提高钻井效率以及保护金属。通过线性膨胀实验、膨润土造浆实验以及静态失重法评价其抑制、缓蚀性能。实验结果表明，膨润土压片在海水中的膨胀率超过100%，而在含有1%抑制剂HPEI-A的水溶液中，其膨胀率低于30%，且HPEI-A分子可通过分子间作用力以及静电作用下吸附在页岩表面，形成疏水膜，阻止水分子侵入，起到抑制黏土水化膨胀的作用，另外应用于盐水钻井液中，使N80钢的腐蚀速率低于0.015mm·a^-1，使盐水钻井液可抗20%侵污土，表明该抑制剂与盐水钻井液具有良好的配伍性，满足现场工程要求。     

胺类强抑制泡沫钻井液的研究

针对泡沫钻井过程中井壁失稳问题,采用Waring-Blender法、滚动回收实验以及硬度测试,通过对发泡剂、稳泡剂以及胺类泥页岩抑制剂的优选,筛选出发泡性能优越,抗温、抗污染能力强,且具有强效持久抑制性能的胺类强抑制泡沫钻井液。同时,借助红外光谱与XRD分析手段,分析胺类泥页岩抑制剂抑制作用机理。结果表明,低分子胺类聚合物能进入黏土晶层,阻止水分子进入并水化黏土。高分子胺类聚合物由于相对分子质量大,不能有效地进入黏土晶层,因此主要吸附于黏土表面,形成分子保护膜,防止周围流体中水分子的进一步侵入。由于胺类聚合物通过提供多重阳离子吸附于黏土矿物上,因此能保持长久性黏土稳定且不易于逆转吸附,从而具备持久抑制性能。     

国内聚胺类页岩抑制剂研究进展

含胺优质水基钻井液是近年来提出的符合现代钻井要求的高性能水基钻井液,该钻井液体系的实质是添加了一种新的阳离子胺基聚合物作为页岩抑制剂。综述了国内聚胺类抑制剂的研究进展,介绍了目前国内市场上5种主要品牌的聚胺类抑制剂的开发和应用现状,分析了国内聚胺类抑制剂在研究和应用中存在的问题,并对今后的开发和应用提出了建议。     

水基钻井液用聚胺抑制剂研究与性能评价

解决井壁失稳的关键在于减弱页岩水化分散,而减弱水化分散与抑制剂的抑制性能是分不开的。通过红外光谱仪和凝胶色谱仪分析手段来对水基钻井液用页岩抑制剂HGI进行结构表征和分子量测定,结果表明HGI为低分子量聚合物抑制剂。借助粒度分布实验和三轴应力实验方法评价HGI抑制特性,研究表明HGI抑制性效果要优于传统无机盐抑制剂KCl和胺类抑制剂UHIB-1、UHIB-2,能有效抑制泥页岩水化和分散,表现出更加突出的抑制性能。以X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)手段来对HGI抑制机理进行研究与分析,抑制剂HGI在溶液中解离出的铵正离子通过静电作用中和黏土负电荷,降低黏土层间水化斥力,同时在氢键和静电吸引双重作用下将黏土晶层间距压缩,排挤出层间吸附水,减弱黏土水化作用。同时HGI分子中所具有的疏水基团会紧密地覆盖在黏土晶层表面,形成一道疏水屏障,阻止水分子的进入与吸附,从而进一步抑制黏土水化作用。现场试验结果表明,聚胺抑制剂可明显提高现场钻井液抑制性能,解决了页岩水平段的井壁失稳和摩阻较大的难题,为页岩气高效钻探提供新思路和方法。     

页岩气水基钻井液抑制剂的抑制性能研究

页岩气已经成为我国非常重要的能源之一。页岩地层黏土矿物含量高,页岩气水平井水平段长,钻井液与地层接触的时间增加,页岩水化更严重,井壁失稳更加突出。页岩气开发过程中钻井液与地层容易发生水化作用,使地层水化膨胀,影响井壁稳定性。因此水基钻井液必须首先作到能完全抑制黏土矿物的水化。通过流变性、滤失量、线性膨胀率对比研究了三种抑制剂。优选出了最佳抑制剂AT-JM,线性膨胀率最低。这为后面页岩气水基钻井液体系的优选提供了非常重要的参考。     

水溶性超支化聚合物应用研究进展

水溶性超支化聚合物在水体系中有多种宝贵的物理化学性质,如螯合性、分散性、低粘度、高反应活性等。因其独特的性能,水溶性超支化应用所涉及的领域非常广泛。以分类的形式综述了水溶性超支化聚合物的合成以及各产物在水体系中的性质,并且综述了其在涂料、纳米材料、生物医药及石油工程领域的应用,最后对水溶性超支化聚合物在水基钻井液中作封堵剂或抑制剂应用做了展望。     

水溶性超支化聚合物应用研究进展

水溶性超支化聚合物在水体系中有多种宝贵的物理化学性质,如螯合性、分散性、低粘度、高反应活性等。因其独特的性能,水溶性超支化应用所涉及的领域非常广泛。以分类的形式综述了水溶性超支化聚合物的合成以及各产物在水体系中的性质,并且综述了其在涂料、纳米材料、生物医药及石油工程领域的应用,最后对水溶性超支化聚合物在水基钻井液中作封堵剂或抑制剂应用做了展望。     

超支化聚合物及其在UV固化涂料中的应用

介绍了超支化聚合物的合成方法、特性及主要类型，综述了国内外在应用超支化聚合物制备UV固化涂料方面的研究进展，指出了目前超支化聚合物在UV固化涂料中应用存在的主要问题，并对其发展趋势进行了展望。     

含氟超支化聚合物的UV耐指纹涂层研究

研究了含氟超支化聚合物光固化涂层的抗指纹效果及其影响因素。在光固化涂料中添加含氟超支化聚合物,大大提高了涂层表面的抗指纹效果。同时研究了含氟超支化聚合物的添加量、含氟超支化聚合物末端氟改性比例以及双键的引入对涂层表面抗指纹性能及其耐久性的影响。研究发现,较低含量的含氟超支化聚合物(1%)就能明显提高涂层的抗指纹效果,且双键的引入增加了涂层抗指纹效果的耐久性。     

膨润土改性及其在钻井液方面的应用

膨润土(Bentonite),主要成分粘土矿物-蒙脱石,以两层Si-O四面体中夹一层Al-(O,OH)八面体作为构造单元构成的层状硅酸盐矿物。膨润土是调整钻井液流变性和滤失性的重要天然矿物材料。通过改善天然膨润土水化性和吸附性,使得膨润土滤失效果增强,与其他处理剂的协同能力得到提高,从而显著改善钻井液性能。主要介绍了膨润土的有机改性工艺在钻井液方面的应用,并探究了改性后的膨润土在超深井的高温高压条件下的作用效果,以期为相关研究提供参考。     

强抑制性水基钻井液的室内实验研究

由于页岩地层水化作用较强,地层极易水化膨胀导致井壁不稳定,大量岩屑分散在钻井液中,引起钻井液流变性能的剧烈变化,井段容易发生井漏、垮塌、缩径等问题。针对这种情况,研发出一种抗高温抗污染的强抑制性水基钻井液体系。通过评价胺类页岩抑制剂UHIB-B和硅酸盐抑制剂Y1,两者的协同作用提高钻井液的抑制性能,并保持着较好的流变性能。该体系抗温达到了120℃,API滤失量小于3 mL,HTHP滤失量小于9 mL,测试其封堵性能时测得钻井液体系侵入沙床深度为1.8 cm,在膨润土以及无机盐的污染下,仍然保持着较好的流变性能,钻井液体系的岩屑回收率达98%,钻井液的防膨率达85%。试验表明,该套体系具有良好的流变性、抑制性及封堵性,抗温性能和抗侵能力优良,适宜在高水敏和易污染等复杂地层中使用。     

纳米材料在抗高温钻井液中的应用进展

纳米材料具有尺寸较小、热稳定性强等性质,使其可作为钻井液处理剂来提高钻井液的抗高温性能。抗高温钻井液用纳米材料一般采用将材料纳米化或将纳米材料与聚合物复合制得,大致可分为无机纳米材料、聚合物纳米球和纳米复合材料三类。此外,对纳米材料进行结构优化可提高其热稳定性和分散性,用于封堵岩层中纳米孔隙、降低钻井液滤失量、改善钻井液流变性和提高钻井液抗温能力。本文简要阐述高温对钻井液性能的影响,分析纳米材料在钻井液中的作用,重点介绍不同类型纳米材料在抗高温（≥150℃）钻井液中的应用,尤其是对钻井液流变性能和降滤失效果的影响。最后指出纳米材料作为钻井液处理剂未来发展应向着环保、合成工艺简化和室内与现场研究相结合等方向突破。     

惰性材料与聚合物堵漏技术室内研究

钻井过程中出现井漏是十分普遍的,这是衡量钻井安全与否的重要因素之一。使用废旧轮胎这类惰性材料与聚合物相结合,组成一种化学性质稳定、耐温性能强、抗盐性能较高的堵漏剂,不仅可以降低堵漏成本,而且可以有效封堵漏层。通过室内实验研究惰性材料与聚合物组成的堵漏剂的封堵效果有重大意义,并分析了钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究的发展方向。     

一种深水用白油基恒流变钻井液体系的建立与评价

主要针对深海钻井作业设计了一种白油基恒流变钻井液。我们主要通过添加有机土和高分子聚合物来达到钻井液恒流变的目的。还评价了有机土的种类与含量、高分子聚合物的含量、油水比和钻井液密度对白油基钻井液流变性(动切力YP)的影响。     

新型聚合物钾盐抑制泥页岩水化的性能与机理

泥页岩水化膨胀是井壁失稳的重要原因。本文通过膨润土压片浸泡与线性膨胀实验、页岩钻屑滚动回收实验以及流变性、滤失性测试，评价了一种新型聚合物钾盐抑制剂聚阴离子纤维素钾（K-PAC）的抑制性能及其对水基钻井液流变性和滤失性的影响。评价结果表明，0.5% K-PAC的抑制泥页岩水化膨胀的性能明显优于5% KCl、2%聚醚胺-D230（PEA-D230），与0.5%聚丙烯酰胺钾盐（K-PAM）相近；0.5% K-PAC的增黏提切、降滤失性能要优于0.5% K-PAM。通过扫描电镜和X射线衍射分析了K-PAC的抑制机理，结果表明，K-PAC的阳离子部分（K⁺）能够进入膨润土晶层中并置换出水化钠离子，从而起到抑制黏土晶层膨胀的作用；K-PAC的阴离子部分吸附在黏土颗粒上起到护胶、降滤失的作用，二者协同增效，从而起到强抑制作用。由于K-PAC由聚阴离子纤维素和K⁺构成，对环境友好、成本低廉。因此，K-PAC具有成为低成本、环保型、强抑制性的水基钻井液抑制剂的巨大潜力。     

耐高温聚胺类页岩抑制剂的研究现状

聚胺类抑制剂是一种分子链上含有胺基的钻井液添加剂，与无机盐、单分子铵盐等页岩抑制剂相比，其对页岩地层的强抑制性受到大量学者的关注。但在高温下聚胺分子的分解会影响其抑制效果，而作业井深增加，开发难度增大往往使温度成为限制抑制剂应用的决定因素，因此目前研发耐高温强抑制性的页岩抑制剂对钻井作业来说具有重要意义。本文将具有耐高温性能的聚胺类页岩抑制剂按聚合物分子链的形态分为链状聚胺类、超支化聚胺类、特殊功能性基团类，评述了这三类耐高温页岩抑制剂的抑制性、耐温性、生物毒性等性质和应用现状，对聚胺类页岩抑制剂今后在提升耐温性、抑制性等方面的研究提出了建议，以期为相关研究提供参考。     

新型聚胺抑制剂的实验室研究

通过合理的分子设计,得到了5种聚胺抑制剂样品。试验结果表明,典型样品在0.3%的加量下,120℃的相对抑制率即达到95%以上,升温至150℃,相对抑制率变化不大。其中运动粘度和阳离子度适中的3号样品在室内配制钻井液和现场聚磺饱和盐水钻井液中配伍性良好,在抗10%的粘土污染试验中,表观粘度上升率仅为46.7%,显示出优良的抑制性能。     

聚胺钻井液防塌机理初探及在现场应用

T310井位于济阳坳陷惠民凹陷中央隆起带T家构造带T305断块区沙三下构造高部位。该区块在沙三中、沙三下及沙四段泥页岩井壁的稳定问题特别突出,已钻井T305井、T斜307井的钻井过程中均出现了严重的井壁垮塌现象,并引起了一系列的复杂情况,甚至无法正常完井。而今年来国内外对高性能有机胺类钻井液的研究较多,室内试验充分的证明了该类钻井液对抑制泥岩水化、稳定井壁效果明显。本文通过对该区块的地质特性的分析及有机胺类(聚胺)的防塌机理进行简要分析,并结合该井的现场应用,为高性能有机胺类(聚胺)钻井液的进一步的研究、应用及推广提供参考。     

适合于海上油田低伤害有机酸完井液技术研究

针对渤海B油田钻井过程中钻井液污染储层等问题,通过向完井液中引入有机酸YJS解除储层堵塞,采用离心法和激光粒度法对其中粘土稳定剂的种类和加量进行了优选,进行了腐蚀性能的测试和缓蚀剂的优选,并对优选的体系与原油和各工作液间的配伍性进行了评价,最终确定有机酸完井液配方为:海水+0.5%有机酸YJS+2.0%粘土稳定剂NWJ +2.0%缓蚀剂HHS;储层保护性能评价实验结果表明,优选的有机酸完井液体系能使污染岩心渗透率恢复值大于115%,不仅能有效地保护储层,同时还能一定程度的改善储层,疏通油流通道.