多胺型泥页岩抑制剂对黏土水化膨胀的抑制性能评价

泥页岩水化膨胀和分散引起的井壁失稳一直是钻井工程中的技术难题,因此钻遇泥页岩地层的水基钻井液中必须提高钻井液对泥页岩的抑制性,最大限度地降低井下复杂情况的发生率。为此,以有机二酸与胺为原料合成多胺型泥页岩抑制剂,并通过线性膨胀性、防膨、抑制黏土造浆、钻井液性能评价等实验,评价了其抑制性。实验结果表明:草酸、丁二酸、己二酸与四乙烯五胺按照酸与胺的摩尔比为1∶2时的反应产物的抑制性最佳,浓度为0.1%的溶液与4%氯化钾溶液的抑制作用相当;钻井液加入筛选出的抑制剂后的动切力值明显降低,且土容量越大,变化越明显;在0.1%二酸-四乙烯五胺(1∶2)溶液中,90min时膨润土的线性膨胀率与同条件下4.0%氯化钾溶液中的效果相近,防膨率最高可达34.41%;室温下,多胺类抑制剂所需加量少,对水基钻井液有一定的增黏作用,对膨润土水化膨胀、分散的抑制效果较好。     

羧酸多胺盐型黏土膨胀抑制剂制备与性能研究

以酒石酸、苹果酸及多胺为原料合成羧酸多胺盐型黏土膨胀抑制剂,并评价其抑制黏土膨胀性。膨润土线性膨胀率实验结果表明:该类抑制剂对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,其中MAA-9对膨润土的抑制效果优于MAA-1、TAA-4;1.0%MAA-9溶液中,90 min时膨润土的线性膨胀率明显优于1.0%KCl,与4.0%KCl相当;1.0%MAA-9对膨润土的防膨效果可达到66.67%,防膨实验结果与膨润土线性膨胀率实验结果吻合。缩膨实验、泥球实验以及钻井液性能评价实验结果进一步表明,MAA-1、TAA-4、MAA-9对膨润土水化膨胀具有一定的抑制作用。     

网状聚季铵盐对黏土膨胀性和粒径的影响

以二甲胺、环氧氯丙烷为原料,哌嗪为交联剂合成了网状聚季铵盐,以膨润土线性膨胀率为评价指标,优化抑制剂合成条件,筛选出效能较好的抑制剂,并采用多种方法评价其抑制黏土膨胀的性能。膨润土线性膨胀率实验表明:二甲胺与环氧氯丙烷按摩尔比1∶1,交联剂哌嗪浓度2.0%,120℃下合成的产物,使用浓度0.5%时对黏土水化膨胀的抑制效果最佳。防膨实验和泥球实验结果与膨润土线性膨胀率实验结果吻合,且防膨率随着网状聚季铵盐浓度的增大呈不同程度增大,网状聚季铵盐优于线性聚季铵盐作用效果。粒度分析结果表明:水化前添加网状聚季铵盐可显著抑制黏土水化分散,且网状聚季铵盐对已经水化分散的黏土具有一定的絮凝作用。     

强抑制性三甲基硅烷基葡萄糖苷的合成及其防膨性研究

以葡萄糖与三甲基氯硅烷为原料合成三甲基硅烷基葡萄糖苷（TSG）,考察了TSG对膨润土线性膨胀率的影响,并通过泥球实验和防膨实验进一步考察了TSG对粘土水化膨胀、分散的抑制作用。实验结果表明：TSG具有较好的抑制粘土水化膨胀、分散的作用。在质量分数为10%的TSG水溶液中,膨润土的线性膨胀率仅为54.62%,防膨率为79.07%。在TSG水溶液中浸泡的泥球水化膨胀程度明显降低。室温下,TSG对水基钻井液有增粘作用,滤失量较基浆得到了一定的控制,且摩阻系数降低。     

网状交联聚阳离子型黏土膨胀抑制剂及其作用机理

以二甲胺、环氧氯丙烷为原料,加入交联剂,合成网状交联型聚阳离子化合物黏土膨胀抑制剂,以膨润土的线性膨胀率为评价指标,优化抑制剂的合成条件,筛选出对膨润土具有较好抑制性能的抑制剂。采用防膨实验、泥球实验、钻井液性能评价实验等,综合评价所筛选出的抑制剂DEM-8对黏土稳定性能的影响。防膨实验显示0．8％DEM-8防膨率高达92．3％,泥球实验与钻井液性能评价实验表明该聚阳离子化合物有较强的抗黏土水化膨胀功能,并且能提高改性淀粉的抗温性。采用离子交换实验、扫描电镜（ SEM）、热重分析（ TGA）及X-射线衍射（ XRD）等手段深入探讨了所合成黏土膨胀抑制剂的作用机理。研究表明,该聚阳离子型化合物与黏土中的可交换阳离子迅速发生交换,通过静电引力吸附于黏土表面和层间,进一步通过氢键作用、锚固作用以及疏水作用等实现对黏土的束缚,从而有效抑制黏土的水化分散膨胀。     

超支化聚乙烯亚胺作为高效水基钻井液页岩抑制剂的研究

为解决钻井过程中的泥页岩井壁失稳问题,选取了重均分子量为6×104g/mol的超支化聚乙烯亚胺(HPEI)作为水基钻井液页岩抑制剂,通过膨润土造浆实验、线性膨胀实验和泥页岩热滚回收实验对其泥页岩抑制性能进行了评价,通过红外光谱表征、X-射线衍射实验以及热重分析对其抑制机理进行了分析。结果表明,HPEI对膨润土水化膨胀有良好的抑制作用,20%膨润土在1.5%HPEI溶液中造浆后的动切力仅为0.5 Pa,膨润土在3%HPEI溶液的膨胀高度较蒸馏水中减少了67%;溶液的pH值越低,HPEI的质子化程度越高,对膨润土水化分散的抑制性能越好。HPEI抑制黏土水化膨胀的机理为:HPEI分子进入黏土层间,通过静电引力和氢键的共同作用减弱黏土水化分散,其疏水结构阻止水分子进入黏土层间,抑制膨润土晶层膨胀。     

石榴皮作为抑制性钻井液处理剂的研究

将石榴皮作为钻井液添加剂,评价了其作用效能。结果表明,石榴皮对钻井液具有一定的降滤失作用,抗温性可达170℃以上;与改性淀粉配伍性好,在室温和120℃老化浆中具有较好的降黏、降滤失作用,与聚丙烯酰胺配伍性略差;泥球实验和线性膨胀率实验表明,石榴皮浆液对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,且随着石榴皮量的增多,抑制效果越明显;粒度分析表明,石榴皮浆液对钻井液中的黏土具有一定的絮凝作用,可以显著提高黏土的粒径。     

聚胺对泥岩水化抑制性实验研究及现场应用

钻井作业期间，使用水基钻井液时，抑制泥岩水化是最关键问题。文章通过泥岩膨胀实验、常规单(三)轴压缩实验、以及显微镜观察泥岩微裂缝演化等实验手段，对比评价了聚胺抑制剂与氯化钾抑制剂对泥岩的抑制效果。结果表明，泥岩富含伊/蒙混层，遇水1 min内即产生微裂缝并不断延伸、扩展形成宏观裂缝，聚胺对泥岩微观结构损伤的抑制效果优于氯化钾。岩石力学实验表明，氯化钾浸泡使得泥岩强度降低幅度分别为35%～50%,而聚胺浸泡相同时间，降低幅度分别为20%～30%。膨胀率与强度呈现良好的负相关关系，3%聚胺对原状泥岩力学性质的抑制效果优于8%氯化钾。以聚胺为核心抑制剂的环保型BIODRILL A水基钻井液在渤海油田勘探开发区域已成功进行了52井次现场应用，可有效解决井筒膨胀和岩石强度弱化带来的井壁失稳问题。     

环保型改性生物多肽水基钻井液抑制剂的合成与应用

随着国家对环境保护的日益重视,传统的聚磺钻井液处理剂将慢慢被环保型钻井液处理剂取代。从分子结构设计出发,基于生物多肽明胶进行改性合成了环保型改性生物多肽抑制剂WNGT。明胶改性后在核磁共振图谱的化学位移3.19 ppm和4.12 ppm处出现2个明显的新的特征峰,表明成功制备得到目标产物。线性膨胀实验表明：对比KCl、聚醚胺PEA抑制剂,在相同加量下,WNGT溶液中膨润土的膨胀高度最小,抑制效果最好;WNGT具有优良的抑制黏土水化膨胀性能,2%加量的WNGT,膨润土24 h的膨胀量仅为1.60 mm;与改性前的明胶相比,页岩岩屑滚动回收率达95%以上,相比改性前提高46.05%;膨润土浆中加入2%WNGT后,Zeta电位降至-11.7 mV,WNGT可有效中和黏土负电荷,压缩双电层,降低黏土Zeta电位。在川渝地区开发井沙溪庙砂泥岩井段进行了现场应用,在井浆中加入WNGT后,井浆黏度和切力均有所下降,且能长时间稳住钻井液流变性,保证了在砂泥岩段的顺利钻进,降低了钻井成本。     

柿子皮制备环保型水基钻井液处理剂及其作用效能研究

将柿子皮粉末作为水基钻井液添加剂,其性能评价结果表明,柿子皮粉末具有较好的降滤失作用;随着老化温度的升高,柿子皮粉末处理水基钻井液黏度先增大再降低后又增大,柿子皮粉末在水基钻井液中降滤失作用逐渐减弱,大于150℃后失去降滤失作用;线性膨胀率实验和泥球实验表明,柿子皮粉末水提取液对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,优于4%(w)KCl溶液;配伍性实验结果表明,随着老化处理温度的升高,柿子皮粉末与改性淀粉体系钻井液配伍表现出增黏和较好的降滤失作用,与聚丙烯酰胺体系钻井液配伍效果不佳,尤其在120℃处理后黏度骤降(从30.0mPa·s降到4.0mPa·s),且失去降滤失作用。     

Investigation of Oleate-Diethylamine-Epichlorohydrin Copolymer as a Clay Swelling Inhibitor for Shale Oil/Gas Exploration

Oleate graft copolyammonium (OGCA) was prepared and its performance as a shale inhibitor was evaluated by bentonite linear expansion test, anti-swelling experiments, mud ball experiments in water-based drilling fluid. Anti-swelling results shows that anti-swelling rate of OGCA reaches up to 89.7% and OGCA has strong inhibitive capability to bentonite hydration swelling confirmed by the result of mud ball experiment. From the results it was found that both OGCA and modified starch have an excellent synergetic defiltration effect on the water-based drilling fluid. The good performance of OGCA as a shale inhibitor should be contributed to its good capacity of controlling the particle size of bentonite. The inhibition mechanism of the polyamine salt was analyzed by thermogravimetric analysis and scanning electron microscope.     

聚铝胺盐防塌钻井液研究与应用

为解决吉林油田伊通、大安等区块软泥岩和硬脆性泥岩地层坍塌的问题,从聚胺盐与聚铝盐的抑制防塌机理出发,将两者复配,以发挥两者的协同效应提高钻井液的抑制防塌性能,结合吉林油田软泥岩和硬脆性泥岩地层钻井工程实际情况,通过试验优选其他添加剂及加量,优选出了具有强抑制性的聚铝胺盐防塌钻井液配方,其配方为2.0%钠基膨润土+2.0%封堵剂聚铝盐 PAC-1+3.0%抑制剂聚胺盐HPA+1.0%降滤失剂 SMP-1+1.5%降滤失剂 APC-026+2.0%抑制剂磺化沥青+pH值调节剂NaOH。性能评价结果表明:强水敏泥岩在聚铝胺盐防塌钻井液中的一次回收率为75%、膨胀率为17.4%;聚铝胺盐防塌钻井液能抗15%NaCl和1%CaCl2污染,耐150 ℃高温。14口井的现场应用表明:聚铝胺盐防塌钻井液的抑制性和封堵能力强,能有效防止泥岩坍塌,解决了吉林油田伊通、大安等区块泥岩地层钻井过程中因井壁坍塌和缩径造成的掉块、起下钻遇阻等问题。      

强抑制高润滑丙三醇基钻井液体系研究与性能评价

针对油基钻井液存在污染环境、环保处理工艺复杂和影响录井质量等问题,利用低碳醇具有强抑制性和高润滑性、能与水以任意比例互溶的优点,开发了适用于强水敏性地层的丙三醇基钻井液。考察了膨润土在不同低碳醇溶液中浸泡24 h后的膨胀率,据此优选丙三醇做为抑制润滑剂;丙三醇体积分数越大,丙三醇溶液的抑制性、润滑性越好,黏度越高。为了降低丙三醇的用量和提高抑制性,将30%丙三醇溶液与5%KCl复配作为基液,形成了丙三醇基钻井液。性能评价结果表明,丙三醇基钻井液的抑制性、润滑性与油基钻井液接近,抗温140 ℃,抗NaCl、CaCl₂及钻屑污染,放置180 d后性能稳定,可重复使用;提高丙三醇加量,还可以进一步增强其抑制性和润滑性。丙三醇基钻井液对于强水敏性地层或对润滑性要求较高的地层具有较好的应用潜力,也为开发环保钻井液提供了新的方向。      

强酸性ZSM-5分子筛催化剂合成油酸高碳醇酯

以强酸性ＺＳＭ－５分子筛催化剂合成油酸高碳醇酯,讨论了催化剂对反应的影响,随醇碳原子数增加催化剂催化活性相应减小,得出了油酸高碳醇酯最佳反应条件,催化剂用量为油酸重量１０％,反应温度１７０～１７５℃,油酸与高碳醇的摩尔比为１．２：１,酯收率９０％左右。     

油酸酰胺丙基二甲基氧化胺压裂液稠化剂的性能研究

油酸在170℃、Na OH催化剂条件下与二甲氨基丙胺缩合生成中间体,在55℃条件下与30%过氧化氢氧化生成油酸酰胺丙基二甲基氧化胺,总转化率为97%。使用质量分数为1.5%~3%的油酸酰胺丙基二甲基氧化胺及助剂配制的清洁压裂液,在170 s-1、80℃条件下剪切1 h,黏度在50~150 m Pa·s之间;使用质量分数为3%的清洁压裂液在170 s-1、100℃下剪切1 h,黏度达到30 m Pa·s。由于氮氧键之间为配位共价键,具有较大的偶极矩,极性大,增稠能力强。利用裂缝导流实验装置,分别通10 PV 2%油酸酰胺丙基二甲基氧化胺清洁压裂液及羟丙基瓜胶压裂液破胶液,它们对裂缝导流能力的伤害率分别为13%和90%,清洁压裂液对裂缝导流能力伤害小。清洁压裂液与煤油按质量比为10∶1混合,在40℃破胶0.5 h,破胶液黏度为2.71 m Pa·s,破胶彻底。     

中原油田特殊工艺井钻井液的研究与应用

针对中原油田地层高温(140～180 ℃)、高压(1.5～1.9 g/cm3)、高矿化度(14×104～25×104 mg/L)和低渗透率的实际特点,开展了特殊工艺井水基钻井液在流变性、润滑防卡、井壁防塌、储层保护以及现场工艺等方面的技术研究.通过钻井液弱凝胶聚合物流型调节剂、纳米润滑乳化剂、油膜形成剂以及油气层保护暂堵方法的优选,研制开发出了一套性能优良的特殊工艺井钻井液体系.该钻井液在复杂地质条件下具有较强的携岩、润滑和防塌性能及好的储层保护效果,是一种综合性能优良的特殊工艺井钻井液.中原油田10多口井的应用表明,平均钻井周期为50 d,比对比井降低了10%,日进尺为84.6 m/d,比对比井提高了12.6%,钻井综合成本明显降低.其中桥69-平1井是中原油田第一口以开发天然气为目的的三靶水平井,该井水平段岩心渗透率恢复值均大于85%,全井施工顺利,井径规则,生产时效达97.28%,纯钻时效为38.32%,电测均1次成功,产量是对比井的8倍.     

巴喀地区防塌钻井液技术的研究与试验

通过开展X-射线衍射分析以及滚动回收率和膨胀率实验,分析了巴喀地区地层黏土矿物理化性能变化规律。针对巴喀地层岩性特点和钻井液使用技术难点,结合现用的几种钻井液体系(分别为聚磺钻井液、聚醚多元醇钻井液和胺基聚醇钻井液),主要开展了常规性能、抑制性能和封堵防塌能力的评价,并采用最佳配方钻井液在柯21-平1井进行了现场试验。实验结果表明,煤层黏土矿物含量较高,且以伊/蒙混层为主,要求钻井液在煤层井段应具备强抑制性,下部应具备封堵防塌能力。优选出抑制性和封堵防塌能力均最好的胺基聚醇钻井液体系配方为(4%~5%)膨润土+0.5%胺基聚醇AP-1+0.5%铝基聚合物防塌剂DLP-1+(0.8%~1%)水解聚丙烯腈钠盐NaHPAN+0.5%NaOH+(0.3%~0.5%)羧甲基纤维素CMC+(3%~4%)阳离子乳化沥青+3%磺甲基酚醛树脂SMP-1+(3%~5%)磺甲基酚醛树脂SMP-2+3%褐煤树脂SPNH+2%无侵入保护剂BST-2+3%磺化单宁SMT+(2%-4%)磺化腐殖酸铬PSC,其API滤失量4.2mL,高温高压滤失量为12mL,能有效抑制泥岩水化膨胀,具有良好的封堵防塌能力。柯21-平1井的现场试验结果表明,煤层段钻井过程中未发生井下复杂事故,成功钻穿多套煤层及含煤地层,同时,还确保了定向钻井时的井壁稳定,使钻井周期明显缩短,且钻井液性能易于维护,操作简单,满足了煤层井段安全钻井的要求。图2表6参3