含胺优质水基钻井液研究进展

综述了胺类化合物作为泥页岩抑制剂的发展及含胺优质水基钻井液的技术现状,介绍了国外近期研发的UltraDrill高性能水基钻井液,并从分子结构的设计上对高效胺类抑制剂的研发进行了展望,浅析了含胺优质水基钻井液的发展方向.     

胺类页岩抑制剂特点及研究进展

综述了胺类页岩抑制剂的发展历程,概括了不同胺类页岩抑制剂的特点,分析了其作用机理,介绍了新型高性能水基钻井液抑制性的评价方法和应用现状。对比分析表明,新型伯二胺能够有效抑制黏土水化膨胀,且具有低毒、低氨气味、热稳定性高以及与其他处理剂配伍性好的特点,是目前最具发展潜力的胺类页岩抑制剂;进一步提高抑制性和降低毒性,实现“绿色”钻井液体系将是胺类抑制剂及其钻井液体系的发展方向。      

近十年国内外页岩抑制剂研究进展

从胺类抑制剂、纳米复合材料以及其他抑制剂等方面综述了近十年来国内外新型页岩抑制剂的研究现状以及一些抑制剂评价方法,分析了各类抑制剂的抑制机理。总体而言,各类抑制剂主要从化学和物理两个方面对页岩的水化膨胀及分散进行抑制,从而改善页岩稳定性。参49     

页岩抑制剂的抑制机理及研究进展

从胺类页岩抑制剂、离子液体页岩抑制剂、纳米复合材料以及其他新型页岩抑制剂（生物大分子类、多糖类、聚合醇类等）概述了页岩抑制剂的研究进展,分析了各种抑制剂的作用机理,总结了目前抑制效果评价方法。在此基础上展望了页岩抑制剂未来的发展趋势。      

一种定量评价钻井液用胺类抑制剂的新方法

针对泥页岩发育的地层,国外石油公司研制出了一种高效泥页岩抑制剂——胺类化合物,并以此为基础构建了高性能水基钻井液体系.介绍了胺类抑制剂的作用机理和目前几种用于胺类抑制剂的评价方法,并指出了这些方法的优缺点.通过室内实验建立了一种定量评价钻井液用胺类抑制剂抑制性的新方法——析水率法.室内测试了3种胺类抑制剂在不同膨润土基浆中的析水率,并与膨润土抑制实验结果进行了对比,2种方法的结果非常吻合.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

新型有机胺抑制剂的研制及应用

目前的有机胺存在加入后使钻井液滤失量、流变参数增加以及页岩膨胀率较高的问题,通过分析设计有机胺的分子结构,研究开发了一种新型有机胺抑制剂。这种有机胺的化学结构是兼具有短烷基和长烷基的多烷基叔胺,兼顾了抑制钻屑分散和粘土的分散造壁性,能够高效抑制泥页岩钻屑的分散,页岩膨胀率明显降低,现场应用也表明其对钻井液滤失量及流变性能已基本无影响。     

钻井液用低聚胺类页岩抑制剂的结构与性能

考察了低聚胺分子结构对页岩热滚回收率、滤失量和吸附行为的影响。结果显示,低聚胺分子中烃结构和氨基的存在能导致回收率和滤失量同时增加,只不过氨基的影响力要弱,而醚氧和羧甲基则导致回收率和滤失量同时降低;氨基是最强吸附基团,醚氧和烃次之,羧甲基会对吸附性能产生负面的影响。所有低聚胺均单层平铺在黏土层间,这种吸附形态有利于形成最小黏土层间距,从而抑制页岩膨胀。聚醚胺D230是筛选出来的最优胺类抑制剂,其疏水、亲水基团搭配合理,能兼顾钻井液的抑制性和造壁性。以D230为主剂,添加少量的五乙烯六胺和自制的二元共聚物制备的聚胺产品RZPA在四川德阳的江沙33-8气井应用,掉块较少,且无大的掉块,页岩热滚回收率在73%~81%之间,钻井顺利。     

抗高温有机硅-胺类抑制剂的研制与性能研究

为了获得钻井液用抗高温胺类抑制剂, 引入可以与黏土颗粒发生反应的硅烷偶联剂单体KH-570与DMAA、DMDAAC进行自由基共聚反应, 合成了抗高温有机硅-胺类抑制剂PKDAS, 研究了PKDAS的抗温性能、 在膨润土颗粒上的吸附性能及其对膨润土和泥页岩的抑制性能。研究结果表明： PKDAS的抗温性能较强, 可耐 220℃高温。PKDAS在膨润土表面的吸附能力明显比胺类抑制剂 NH-1和 FA-367的高： 在浓度 6 g/L的情况下, PKDAS、NH-1和FA-367老化前在膨润土颗粒表面的吸附量分别为27.3、 10.2和12.6 mg/g, 220℃老化16 h后的吸附量分别为 6.8、 1.9和2.0 mg/g。PKDAS对膨润土和泥页岩膨胀的抑制效果优良, 其高温抑制性能显著优于抑制剂NH-1与FA-367的。经220℃老化16 h前后, 1%PKDAS水溶液抗膨润土污染的极限分别达 40%和 30%。220℃高温老化16 h后, 泥页岩在质量分数2.0%的NH-1与FA-367水溶液中均出现了大幅膨胀, 膨胀高度分别为1.07和1.05 mm,而在质量分数2.0%的PKDAS水溶液中的膨胀高度仅0.57 mm （老化前为0.32 mm）。220℃老化16 h后, 泥页岩在质量分数 2.0%的 PKDAS、 NH-1与 FA-367溶液中的热滚回收率分别为 86.67%、 38.29%和38.07%。图9参10     

有机胺抑制蒙脱石水化机理的分子模拟

井壁失稳一直是困扰石油钻井的重大技术难题,泥页岩水化是造成井壁失稳的最重要因素之一,作为最易吸水和泥页岩主要组分的蒙脱石是引起井壁失稳的根本性因素。利用分子模拟的方法,建立了有机胺类抑制剂与钠蒙脱石反应的分子结构模型,研究了甲酰胺和尿素等小分子有机胺类抑制剂对蒙脱石水化的抑制作用机理。胺类有机小分子抑制蒙脱石水化的能力与分子结构及官能团有关,甲酰胺和尿素均可与层间水分子及蒙脱石表面的氧原子形成氢键,抑制层间钠离子的水化,限制层间水分子及钠离子的自扩散。甲酰胺和尿素分子在不同浓度时对钠蒙脱石体系的密度和力学性能影响不同,但有相同的变化规律,即存在一临界浓度,低于此浓度时,胺类分子的加入可增大蒙脱石的密度,提高体系的力学性能,而高于此浓度时,体系密度减小,力学性能变差。甲酰胺和尿素都是在低浓度时能更好地发挥抑制作用,提高钠蒙脱石的稳定性,综合各参数对比分析,甲酰胺比尿素的整体作用效果好。     

新型胺基抑制剂的研究(Ⅰ)——分子结构设计与合成

在分析泥页岩水化抑制作用机理的基础上,进行了新型胺基抑制剂的分子结构设计。根据所设计的分子结构,采用催化胺化法合成出了该新型胺基抑制剂,并对其分别进行了红外(IR)、电喷雾电离质谱(ESI-MS)及气/质(GC/MS)联用分析。结果表明,所合成化合物的分子结构特征与起初的分子结构设计模型非常吻合,含有胺基,并连有醚键,是一种分子量不超过1000的脂肪胺类低聚物,具备作为胺基抑制剂的合适分子结构。     

钻井液用阳离子型和两性离子型聚合物处理剂的研究与应用

阳离子型和两性离子型聚合物作为钻井液处理剂，在降低水眼能耗、抑制页岩水化、提高钻速方面具有良好的作用，近年来得到了广泛的研究与应用。本文概述了钻井液用阳离子型和两性离子型聚合物处理剂在国内的研究和应用情况。     

聚醚胺页岩抑制剂的性能评价及现场应用

考察了各种聚醚胺作为钻井液用页岩抑制剂的性能。结果表明,较低平均相对分子质量、亲油环氧丙烷重复结构单元和丰富的氨端基等结构均有利于聚醚胺抑制性能的提高。在所有聚醚胺牌号中,D230具有最优抑制性并兼顾良好的滤失性能。抗150℃高温,无生物毒性,能缓解钻具腐蚀。该聚醚胺已在江沙33-8井中得到成功应用。     

钻井液用超支化聚醚胺抑制剂的制备与性能评价

现有水基钻井液中的聚醚胺抑制剂难以有效抑制川东地区页岩气地层中的泥页岩水化,引发不利井况。为提升聚醚胺抑制剂的抑制效能,以三乙醇胺（TEA）和2-氯乙胺盐酸盐（CEAH）为原料,制得三[（2-氨基乙氧基）乙基]胺（TAEEA）,继而在ZIF-8型金属有机框架（MOF）材料的开环催化作用下,与开环后的氮丙啶发生加成反应,制得了具有极大胺值且富含伯胺基团的超支化聚醚胺抑制剂（HBEA）。通过分子动力学模拟了HBEA在黏土表面的吸附形貌,评价了HBEA的抑制性及其与钻井液体系的配伍性。结果表明,HBEA的胺基密度远高于直链型聚醚胺D230与D400。HBEA具有较强的吸附能力,其在黏土表面的吸附构型与D230和D400一致,但吸附分布几率与单分子吸附能均高于后两者。HBEA具有优异的抑制性能。25%的膨润土在1%HBEA水溶液中的动切力仅7.0 Pa,膨润土在2%HBEA水溶液中的最终膨胀高度较之在去离子水中下降了约60%,泥页岩在2%HBEA水溶液中的滚动回收率达78.87%。HBEA可与不同钻井液体系形成良好配伍。以HBEA等量替换3种钻井液体系中原有的聚醚胺抑制剂后,钻井液老化前后的流...     

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。     

有机硅-胺类聚合物抑制剂的制备与性能研究

为解决使用水基钻井液钻遇泥页岩井段时易发生井壁失稳的问题,选取合适单体,制备了胺类-有机硅聚合物抑制剂PAKAS。通过红外光谱与凝胶色谱分析,证明所制备的PAKAS分子结构符合预期,为分子量适中的高聚物;进行了膨润土造浆、线性膨胀与页岩滚动回收实验,结果表明PAKAS对膨润土与泥页岩的水化造浆作用有着良好的抑制效果;通过热失重实验与吸附实验对PAKAS的作用机理进行了分析,结果表明PAKAS分子结构较为稳固,且具备较强的吸附性能,在高温(200℃)环境中仍可维持其高聚物特性,且仍可有效吸附于黏土颗粒表面,进而通过包被作用抑制地层中泥页岩的水化,其抑制效果优于KCl、Ultrahib、SIAT及不含硅氧烷基团的聚合物PDAS。