泥页岩胺类抑制剂PEDAS的研制与性能评价

针对准噶尔盆地西北缘区块地层泥页岩含量高,造成井壁失稳频发的问题,以乙基二羟乙基烯丙基氯化铵(TEAC)为反应单体,通过与N,N—二甲基丙烯酰胺(DMAA)和N—乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基溶液共聚反应,制得了胺类抑制剂PEDAS。通过对产物进行红外结构表征与热重分析,结果表明其分子结构符合预期设计,且抗温性能较强;抑制实验结果表明,PEDAS对膨润土及目标泥页岩的水化造浆作用均有着良好抑制作用,且抑制效果优于现场常用的胺类抑制剂SIAT与BLC-101;钻井液配伍实验结果表明,PEDAS与水平井及直井钻井液均可实现良好配伍,且钻井液体系可有效抑制目标泥页岩的水化。     

新型环烷胺页岩抑制性评价及分析

通过分子结构设计,研制了新型环烷胺作为泥页岩抑制剂。采用抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和絮凝实验评价了其抑制性能。结果表明,新型环烷胺的抑制性优于国外聚胺Ultrahib和传统的无机盐类抑制剂KCl;180℃下仍能抑制泥页岩水化分散,具有优良的抗温性能。表面张力测试和X-射线衍射分析干态层间距表明,新型环烷胺具有较强的表面活性,能显著降低水溶液表面张力,且能够进入黏土晶层间,形成单层吸附。X-射线衍射分析湿态层间距和吸水实验表明,环烷胺通过质子化胺基吸附在黏土晶层间,置换出层间水化阳离子,大幅度降低黏土层间距,同时增加黏土表面的疏水性,实现泥页岩稳定。     

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。     

新型聚酰胺-胺树枝状聚合物页岩抑制特性研究

树枝状聚合物由于其独特的分子结构和特性，近年来日益受到关注。聚酰胺-胺（PAMAM）作为研究最为成熟的树枝状聚合物，目前已在各领域得到应用，并在油田化学方向发挥潜力。采用抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和粒度分布测试综合评价不同代数聚酰胺-胺树枝状聚合物的抑制性，借助表面张力、Zeta电位测试和X-射线衍射等表征测试了不同代数聚酰胺-胺的特性。结果表明，不同代数（G0~G5）聚酰胺-胺树枝状聚合物均具有优良的抑制性，其中G0和G5抑制性优于传统的KCl和国外聚胺Ultrahib。不同代数树枝状聚合物在黏土层间的吸附状态与其浓度有关，低浓度下为单层吸附，高浓度下为双层吸附。聚酰胺-胺树枝状聚合物表面胺基密度高，水溶液中部分质子化后，通过静电作用、氢键作用等强吸附在泥页岩表面，降低黏土水化斥力，排挤出层间水分子，抑制泥页岩水化分散。      

新型超高温页岩抑制剂特性实验研究

为满足超高温深井钻井工程的需要,提升抗高温水基钻井液的抑制页岩水化能力,研选了一种新型超高温页岩抑制剂HT-HIB该抑制剂分子结构与聚醚二胺类似,端部含有2个胺基,但分子链为刚性的环烷基。通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验、页岩膨胀实验、压力传递测试、X射线衍射分析黏土层间距、Zeta电位测试和热重分析等,综合评价了该页岩抑制剂的抑制性能,并揭示其作用机理。结果表明,HT-HIB能抑制泥页岩水化膨胀和分散,并可在一定程度上阻止压力传递,作用优于目前高性能水基钻井液中使用的聚胺抑制剂;同时HT-HIB可在220℃下保持性能稳定。HT-HIB通过端部的胺基单层吸附插入黏土层中,破坏黏土表面水化层结构并排出层间水分子;黏土表面吸附HT-HIB后亲水性显著降低,从而阻止了水分子的吸附;此外,HT-HIB的溶解度随pH值变化,可使HT-HIB从溶液中析出并堵塞页岩微孔隙,也有利于阻止液相侵入。总之,HT-HIB借助化学抑制、润湿反转以及物理封堵协同作用,因而表现出突出的抑制性能,为开发新一代抗高温高性能水基钻井液打下了基础。      

新型聚胺页岩抑制剂性能评价

针对钻井工程中泥页岩井壁易失稳的问题,近年来开发并应用的聚胺强抑制水基钻井液,被认为是最接近油基钻井液性能的新型水基钻井液。其中,聚胺页岩水化抑制剂作为该钻井液的关键处理剂,具有独特的分子结构和优异的抑制性能。通过抑制膨润土造浆试验、三次页岩滚动分散试验、X射线衍射分析黏土层间距和Zeta电位测试等试验,对比评价了聚胺与传统阳离子钻井液抑制剂小阳离子的抑制性。同时,考察了聚胺、小阳离子与膨润土及常用钻井液处理剂的配伍性。结果表明,与小阳离子相比,聚胺更能有效抑制黏土水化膨胀和抑制泥页岩水化分散,并具有长期稳定作用。聚胺与膨润土及各种钻井液处理剂配伍性良好,克服了阳离子钻井液配伍性差的问题。      

有机胺抑制剂RS-712的室内评价

通过膨润土造浆抑制性、膨润土浆Zeta电位、泥页岩岩屑滚动回收率和电镜分析实验,对有机胺抑制剂RS-712进行了室内评价。结果表明,抑制剂RS-712具有很好的抑制作用,膨润土浆加入1%RS-712,表面黏度下降率为43.90%;Zeta电位下降率超过50%;泥页岩岩屑120℃滚动回收率大于90%。滚动后岩屑表面的电镜分析则表明,RS-712可以很好地抑制黏土矿物的水化分散。     

端氨基超支化聚合物泥页岩抑制剂的合成与性能评价

通过丁二酸酐和二乙烯三胺合成了端氨基超支化聚合物(HP-NH_2)泥页岩抑制剂,采用FTIR,~1H NMR,TOFMS等技术对其结构进行了表征;通过线性膨胀和3次滚动回收实验对HP-NH_2抑制剂的抑制性能进行了评价;通过吸附实验、XRD及FTIR分析对HP-NH_2作用于蒙脱土的机理进行了初步研究。实验结果表明,HP-NH_2对泥页岩的水化分散和膨胀具有良好的抑制性能,并随HP-NH_2含量的增加其抑制性能增强。HP-NH_2在蒙脱土表面发生有效吸附,单位吸附量可达0.35 g/g,且可进入蒙脱土晶层间距并通过置换层间水化阳离子将结合水挤出,起到抑制蒙脱土水化膨胀的作用。     

聚胺与甲酸盐抑制性对比实验研究

为了满足"优质、环保、安全、快速"的现代钻井工程需要,近年来开发了聚胺高性能水基钻井液,其性能被认为最接近油基钻井液。聚胺页岩水化抑制剂作为该体系的关键处理剂,以其独特的分子结构和优异的抑制性能,逐步引起人们的重视。文中通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和粒度分布测试,对比评价了聚胺和甲酸盐的抑制性;通过X射线衍射分析层间距、Zeta电位测试、表面张力测试、改性膨润土吸水实验及活度测试等,分析研究了聚胺和甲酸盐的作用机理。结果表明,与甲酸盐相比,聚胺在低浓度时即能最大限度降低黏土水化层间距,使黏土去水化;同时聚胺吸附在黏土表面后,能增强黏土的疏水性;甲酸盐主要通过降低溶液活度实现抑制作用。     

新型聚胺页岩抑制剂特性及作用机理

通过抑制膨润土造浆、屈曲硬度、耐崩散等新型实验方法,评价了新型聚胺页岩抑制剂SDA的抑制特性。结果表明,SDA的抑制性优于传统抑制剂KCl,并与国外同类产品Ultrahib相当。借助FT-IR、XRD、Zeta电位测试等实验分析手段,深入探讨了聚胺的强抑制作用机理。研究表明,低分子聚胺进入黏土层间后,解离出的铵离子交换出层间水化阳离子,通过静电作用中和黏土晶层表面负电荷,降低黏土层间水化斥力;同时聚胺与黏土层间硅氧烷基形成氢键,进一步强化其在黏土表面的吸附,二者共同作用将相邻黏土片层束缚在一起,抑制黏土水化膨胀;聚胺吸附在黏土晶层表面之后,其分子结构中聚氧丙烯疏水部分覆盖在黏土表面,使黏土亲水性减弱,进一步抑制黏土水化。     

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。     

两性小分子聚铵泥页岩抑制剂MPE-1的合成与抑制性能

从泥页岩抑制剂分子特性和抑制要求出发,以间苯二铵双磺酸、乙醇、环氧丙烷和环氧氯丙烷为反应物进行聚合,合成了两性小分子聚铵泥页岩抑制剂MPE-1。采用FTIR分析了MPE-1的分子结构、凝胶色谱仪测定了MPE-1的相对分子质量(约为1 805),并研究了MPE-1的抑制性能。实验结果表明,加入2.0%(w)的MPE-1可以使滚动回收率达90.24%,二次回收率也大于90%,MPE-1具有良好的防止泥页岩水化的能力,抑制性能优于NW-1,KCl,NaCOOH,KCOOH等抑制剂。粒度分析实验结果表明,在基浆中加入MPE-1后,粒径分布曲线大幅右移,比表面积持续下降,当MPE-1加量为1.2%(w)时,颗粒比表面积比加入前下降近90%,证明MPE-1对膨润土颗粒的分散造浆有优异的抑制性能。     

膜法处理炼化污水的研究

针对泡沫钻井井壁失稳问题,优选了硅酸钾/聚乙烯醇作为抑制剂。通过泥页岩自吸、抑制膨润土造浆、滚动回收和硬度测试等实验,评价了其抑制性能。实验结果表明硅酸钾/聚乙烯醇具有良好的抑制特性。借助XRD分析,研究了硅酸钾/聚乙烯醇的强抑制作用机理。研究表明,硅酸钾/聚乙烯醇对泥页岩的强抑制性来源于硅酸钾与聚乙烯醇两者相协同作用的结果,其中封堵性与成膜性是其维持井壁稳定的主要因素。     

泥页岩抑制剂SIAT的研制与评价

针对泥页岩地层黏土含量高,容易水化,造成钻井过程中出现一系列井下复杂情况的问题,采用催化胺化法合成了胺类化合物SIAT,并对其进行了红外光谱及电喷雾电离质谱(ESI-MS)解析.分析表明,所合成的SIAT具备作为胺基抑制剂合适的分子结构.考察了胺基化合物SIAT对膨润土的抑制性能,发现SIAT对膨润土的水化具有良好的抑制作用.泥页岩钻屑回收率及其流变性能测试也表明,SIAT的配伍性好,在泥页岩表面具有很强的吸附作用,能有效抑制泥页岩的水化,显著提高泥页岩钻屑的回收率.     

甲基葡萄糖苷的防塌机理研究

以淀粉为原料合成了甲基葡萄糖苷（MEG），考察了MEG对泥页岩分散的抑制作用、对膨润土水化膨胀的抑制性能、对泥页岩膜效率的影响和对钻井液水活度的影响，并在此基础上对MEG的防塌作用机理进行了详细分析，以期达到进一步开发利用MEG的目的。实验结果表明，MEG具有一定的抑制泥页岩水化膨胀、分散的作用，但其抑制作用较弱，远不如无机盐和聚合醇类页岩抑制剂；MEG能大幅度提高泥页岩的膜效率，被25%的MEG溶液饱和后，泥页岩膜效率提高率达200%以上；MEG具有有效降低钻井液水活度的作用，在加量充足的情况下，MEG单独使用或与无机盐复配使用均可将钻井液水活度降到0.85以下。因此，通过提高泥页岩膜效率及降低钻井液水活度，MEG能在钻井液/泥页岩体系间产生有效的渗透压，通过渗透作用降低钻井液中的自由水向地层滤失是MEG稳定井壁的主要作用机理。MEG的防塌性能特点与其分子量和分子结构密切相关。     

新型防塌剂XFT-1的研制及性能评价

通过丙烯腈和阳离子化单体发生聚合反应,合成出了新型防塌剂XFT-1。利用滚动分散回收率、电动电位测量、粒度分布测量、吸附以及压力传递等实验,对其使用效果进行了评价。实验结果表明,新型防塌剂XFT-1的抑制性好,具有较强的吸附作用,可通过吸附包被作用将泥页岩颗粒与水隔离,防止其水化分散,或通过吸附于泥页岩表面形成半透膜,阻缓钻井液中的水向地层渗滤,且新型防塌剂XFT-1对钻井液性能无不良影响。     

有机胺抑制剂WAN-1室内评价及应用

通过黏土造浆、页岩分散回收率、岩心浸泡和蒙脱土黏土颗粒Zeta实验,对有机胺WAN-1的抑制性进行了评价,结果表明有机胺抑制剂WAN-1能有效抑制泥页岩的水化膨胀,保证井壁稳定。有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系在盐227区块,解决了长水平段泥页岩水化失稳导致井塌的难题,施工中井壁稳定,井下安全,井身质量良好,机械钻速明显提高,达到了优快钻井的目的。     

八胺基星形小分子抑制剂的制备及其性能

目前使用的超支化多胺小分子抑制剂存在伯胺基团密度较低、在高pH值环境中抑制性不足等缺陷。针对此情况，以季戊四醇为原料，通过两步反应，制得了具有规整分子结构与高胺基密度的八胺基星形小分子（OASS）。分子模拟结果表明，OASS在黏土表面的吸附密度与季戊四胺（PTTA）、3，3-双（2-氨基乙基）-1，5-戊二胺（BAPD）差别不大，但单分子吸附能大幅高于PTTA、BAPD，表明3种多胺小分子在黏土表面的吸附中心均由胺基提供，且胺基密度高的OASS具有更强的吸附能力。吸附性能测定表明，OASS在25℃下的饱和吸附量只有1.12 mmol/L，达到饱和吸附量时所需的物质的量浓度仅为10 mmol/L。抑制黏土造浆、线性膨胀与滚动回收等室内实验结果表明，OASS对黏土与泥页岩岩屑造浆的抑制性能均显著优于PTTA与BAPD；与现场钻井液的配伍性实验表明，OASS不会影响钻井液老化前后的流变性能，且可改善降滤失性能，并提高泥页岩在钻井液中的滚动回收率。研究结果证明，OASS具有优异的抑制性能，且可与不同钻井液体系形成良好配伍。      

抗高温插层吸附抑制剂的研制及作用机理分析

针对常规抑制剂控制黏土表面水化不足导致的井壁失稳问题,以四乙烯五胺为反应单体,通过引入磺酸基团,制备了抗高温插层吸附抑制剂。对该抑制剂的结构进行了表征,并对其性能进行了评价,分析了抑制作用机理。结果表明,抑制剂分子结构中含有大量的强吸附基团和疏水基团,分子量小,无毒环保且具有良好的热稳定性。抑制作用机理分析表明,抗高温插层吸附抑制剂通过强吸附基团优先进入黏土片层间,交换出层间的水合钠离子,结合静电引力有效减小黏土的静电斥力及表面水化短程斥力;通过降低水溶液表面张力和改变黏土润湿性,控制泥页岩自吸能力和比亲水量,减少水相的侵入;吸附及抗解吸附能力强,能长时间吸附于黏土表面,提升黏土表面的疏水性,减少自由水的侵入。该抗高温插层吸附抑制剂具有良好的抑制造浆、控制黏土水化膨胀和防止泥页岩分散等性能,优于国内外聚胺抑制剂。     

泡沫钻井液井壁稳定性评价研究

泡沫流体的结构特点虽能缓解泥页岩地层自吸水的能力,但不能阻止泥页岩地层水化的趋势,随着钻井时间的增加,泥页岩水化加剧,进而引发井壁失稳问题。因此,采用合适的评价方法寻求性能优越的抑制剂配方,成为人们普遍关注的重点。通过对泡沫流体引发井壁失稳过程进行分析可知,在对泡沫钻井液进行性能评价时应从两方面入手,即泥页岩自吸水能力以及泥页岩抑制能力。泥页岩自吸水是引发泥页岩水化的先决条件,通过泥页岩自吸水测试,可以筛选出具有一定封堵或减缓泥页岩吸水速度的泡沫钻井液配方。对于泥页岩抑制能力测试可以将膨润土抑制性测试、滚动回收实验以及硬度测试相结合,这样便于优选出抑制能力强且具有持久抑制作用的泡沫钻井液配方。