聚胺抑制剂和蒙脱土的作用机理

采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、红外（IR）考察了由开环聚合反应制备的聚胺处理前后粘土层间距、官能团及表面形态的变化,初步确定了聚胺的页岩抑制机理。结果表明,聚胺305 mm2/s＜ν＜1940 mm2/s、2.235 mmol g-1＜CD＜4.426 mmol g-1时,可实现对粘土的有效束缚,可将黏土层间距由1.572nm缩至1.361- 1.413nm范围内;在上述物性参数范围内,粘土层间距与运动粘度关系不大,与阳离子度关系极为密切,阳离子度越大,层间距越大。IR、XRD及SEM表明,聚胺能够运移至地层发生作用,通过静电引力、氢键作用、锚固作用以及疏水作用等实现对粘土的有效束缚,从而起到良好的井壁稳定效果。     

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。      

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。     

南化研究院聚胺抑制剂有效解决井壁失稳难题

2012年2月23日,由南化研究院研制开发聚醚胺类抑制剂开发研究和寓性能钻井液用有机膨润土的研制项目,通过了由中石化科技开发部主持的科研成果评议。     

钻井液用聚胺页岩抑制剂RZPA的性能与应用

评价了一种钻井液用聚胺页岩抑制剂RZPA的应用性能。结果表明:RZPA的抑制能力明显优于国内同类产品,并且不影响钻井液滤失性。页岩热滚回收率随RZPA用量的增加而增加,最后变化趋于平缓。产品抗温达210℃,pH值使用范围为7~10.5,与Na+、Mg2+和Ca2+氯化盐配合使用有协同增效作用,已在四川德阳的江沙102-1HF气井钻探中得到成功应用。     

聚胺抑制剂的测定方法及最佳用量的确定

目前,聚胺作为一种水基钻井液用高效抑制剂得到广泛应用,但对它的研究还主要集中在抑制性评价和现场应用效果中。为此探索研究了聚胺抑制剂含量的测定方法,采用四苯硼钠法进行游离聚胺（FYZ-1）含量测定,通过对指示剂、沉淀条件、滴定条件、pH值调节剂等实验条件的优化,确定了测定方法,并进行岩屑对聚胺含量影响实验。结果表明,碳质泥岩、易水化泥岩、硬脆性泥岩、砂岩对聚胺吸附依次降低,据此可以推荐聚胺在不同地层的加量并指导现场应用。      

复合阳离子型聚胺页岩抑制剂的应用研究

合成了2种聚胺类页岩抑制剂PAA-6和PAB-8,通过考察他们的物理性质、相对抑制率和配伍性得知,聚胺PAA-6具有在低添加浓度下抑制作用良好和配伍性一般的特点；聚胺PAB-8具有低阳离子度和在低添加浓度下抑制作用一般的特点.将它们混合后得到的聚胺PAH,同时具有聚胺PAA-6和聚胺PAB-8的优点,抑制作用很好.进一步通过抑制膨润土造浆实验和黏土层间距XRD数据分析,表明聚胺PAH进入黏土层间后,结构中的铵基阳离子交换出层间水分子,通过静电作用中和黏土晶层表面的负电荷,降低黏土层间水化斥力,能抑制黏土水化膨胀.     

多元聚胺钻井液研究与应用

针对大港油田明化镇强造浆地层,采用端胺基保护的方法开发了一种小分子多元聚胺抑制剂,解决了常规聚胺类处理剂在高膨润土含量下造成的体系破胶问题。依托自主研发的多元聚胺抑制剂形成了一套高膨润土容纳的钻井液体系,体系抗温150℃,10%膨润土干粉污染后体系的流变性良好,生物毒性、生物降解性及金属含量等均符合环境保护指标,解决了大港油田地层强造浆、易垮塌难点。该体系在大港油田港3-52-1井进行了现场应用,全井施工顺利,无事故复杂。与邻井相比,在井深更深、井斜更大、井底位移更长的情况下,机械钻速提高了7%以上。      

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。      

多元聚胺钻井液研究与应用

针对大港油田明化镇强造浆地层,采用端胺基保护的方法开发了一种小分子多元聚胺抑制剂,解决了常规聚胺类处理剂在高膨润土含量下造成的体系破胶问题。依托自主研发的多元聚胺抑制剂形成了一套高膨润土容纳的钻井液体系,体系抗温150℃,10%膨润土干粉污染后体系的流变性良好,生物毒性、生物降解性及金属含量等均符合环境保护指标,解决了大港油田地层强造浆、易垮塌难点。该体系在大港油田港3-52-1井进行了现场应用,全井施工顺利,无事故复杂。与邻井相比,在井深更深、井斜更大、井底位移更长的情况下,机械钻速提高了7%以上。     

鼠李糖脂液-固界面润湿改性机制

生物表面活性剂为一种特定微生物代谢产生的具有表面活性的物质,通过在岩石表面的吸附来达到改变 其润湿性的目的,而润湿改性机制对油藏提高采收率至关重要。通过接触角的测定、洗油砂评价、液-固界面自 由能计算及分子动力学模拟等方法,研究了鼠李糖脂表面活性剂与疏水SiO₂ 表面间的相互作用,并对其吸附特 性和润湿改性机制进行了阐释。结果表明,鼠李糖脂可快速改善亲油玻片表面的润湿性。经10%鼠李糖脂溶液 浸泡12h后,亲油玻片的接触角从111.6°降至32.7°。鼠李糖脂溶液对油砂的最佳洗油有效加量为30%,洗油效 率可达84.83%,原油黏附功降低了98.4%。通过液-固界面自由能计算得到去离子水与鼠李糖脂溶液作用后的亲 油玻片间的自由能为-140.2mJ/m²,远低于去离子水与原始亲油玻片间的自由能（-52.1mJ/m²）。分子模拟计算 结果表明,鼠李糖脂分子主要通过氢键这一强作用力吸附在亲水SiO₂ 表面,其与亲水界面的吸附结合能达到 29.7 eV;而鼠李糖脂分子与疏水SiO₂ 表面的作用力为静电力和范德华力等弱作用力,导致其与疏水界面的吸附 结合能仅为12.2eV。结合液-固界面自由能和分子模拟计算结果推测,鼠李糖脂分子相较于原油极性分子具有 更强的界面竞争吸附能力,从而使其易于锚定到亲水表面、最终替换油性分子,达到提高洗油效率的目的。研究 结果可为构建以鼠李糖脂为主的生物润湿调控驱油体系提供理论支撑。     

层状页岩水力压裂裂缝与岩体弱面的干扰机理研究

为了进一步认识水力压裂裂缝在层状页岩中的扩展行为,以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,根据Mohr-Coulomb准则,研究了水力压裂过程中层状页岩压裂裂缝与弱面的干扰机理,以及基质破坏、弱面剪切破坏、弱面张开破坏所对应的临界液压;根据断裂力学,研究了弱面在张开和剪切破坏下的剪切滑移量,建立了水力压裂裂缝与岩体弱面干扰理论模型,并对其进行了应用分析。实例计算分析表明:0° α 20°时（α为弱面法向矢量与最大水平主应力方向的夹角）,水力压裂裂缝中的液压容易促使岩石基质发生破坏;25° α 75°时,水力压裂裂缝中的液压容易促使页岩沿弱面剪切破坏;80° α 90°时,水力压裂裂缝的液压容易促使页岩沿弱面张开;剪切滑移量受弱面上摩擦系数、剪应力、正应力的共同影响,其中剪应力是剪切滑移的驱动因素。研究认为,当弱面发生张开或剪切破坏后,弱面滑移量与裂缝长度成正比,与弹性模量成反比;建立的理论模型与现场压裂微地震监测结果基本吻合,可用来预测水力裂缝与弱面的干扰行为。      

清防蜡剂的作用机理及影响因素

概括了油井蜡沉积的原因和危害,分析了油基、水基、乳液型清防蜡剂及固体防蜡剂的特性,并综述了清防蜡剂的作用机理及影响因素,提出了清防蜡剂的未来发展方向.     

陕北西部地区裂缝性地层堵漏技术研究与实践

陕北西部地区钻井过程中漏失频发,吴起铁边城区域井漏问题尤为突出,漏失严重时导致填井或弃井,增加该区域钻井成本。通过对铁边城区域岩心特性分析和力学测试,该区域地层井漏原因主要由微裂缝扩展、延伸和对天然裂缝通道的勾通形成贯穿漏失通道引起。针对裂缝漏失特征,通过实验模拟,建立以刚性颗粒架桥、柔性变形材料充填以及纤维材料缠绕联结的裂缝堵漏配方,并分析其堵漏作用机理,室内承压可达7 MPa以上。现场应用该研究成果后,3次堵漏作业均能达到一次堵漏成功,地层承压能力当量密度提高0.22 g/cm3,达到很好的应用效果,为区域井漏预防和处理提供技术支撑。     

水基钻井液用胺类页岩抑制剂特性及作用机理

针对油气井钻井过程中泥页岩地层井壁失稳的难题,基于钻进液技术要求,结合分子结构优化设计,以三乙醇胺、顺丁烯二酸酐和冰乙酸为原料,研制了环保聚胺强抑制剂HGI体系。采用传统评价方法(粒度分布实验、流变性实验)与新型评价方法(X射线衍射分析、热重分析)相结合的方式评价了HGI的抑制性能,并对抑制作用机理进行了探讨。研究结果表明:HGI体系的抑制性优于其同类聚胺抑制剂UHIB-Ⅰ、UHIB-Ⅱ的,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。HGI以插层方式进入黏土晶层空间,通过与黏土表面的静电作用、氢键作用吸附在黏土晶层表面。HGI分子中的羟基以其独特的"遥爪"状结构与黏土晶层表面的金属离子形成螯合键,紧密地包裹在黏土晶层表面,也起到一定的吸附作用。利用X射线衍射分析测试黏土晶层间距的方法弥补了传统方式常温常压线性膨胀法对小分子胺类抑制剂性能评价的不足。     

水合物动力学抑制剂合成及其作用机理的分子动力学模拟

针对现有动力学抑制剂耐受过冷度较低、对水合物生成的诱导时间短的问题,采用 N-乙烯基吡咯烷酮 （NVP）、N-乙烯基己内酰胺（NVCL）、甲基丙烯酸二甲氨乙酯（DMAEMA）3种单体,制备了水合物动力学抑制剂 P（NVP-g-NVCL-g-DMAEMA）;以模拟天然气水合物抑制过程中的过冷度和诱导时间为指标,优化了合成条件; 用红外光谱仪表征了产物结构,利用分子动力学模拟软件模拟抑制过程,揭示水合物动力学抑制剂的作用机 理。结果表明,NVP、NVCL、DMAEMA单体质量比为8∶20∶1,引发剂（过硫酸铵、亚硫酸氢钠质量比为1∶1）为单 体总质量的0.5%,反应温度65 ℃,反应时间6 h为最佳反应条件且产物为目标产物。当该条件下合成的抑制剂 加量为1.0%时,常压条件下可将水合物形成的过冷度从2.6 ℃提高到9.6 ℃,诱导时间从20 min延长至945 min。 该抑制剂的作用机理主要是通过分子链上五元环及七元环上的双键氧和酯基上的双键氧与水分子形成氢键吸 附从而抑制水合物的生成,其次分子链上的氮原子也可以形成氢键而吸附;另外,抑制剂的空间位阻也会阻碍水 合物分子的聚集进而抑制水合物的结晶。该抑制剂不仅带有可形成氢键的活性基团,增强抑制剂对水合物笼的 吸附性,还存在能影响甲烷分子运动及分布状态的烷基链,进一步提高过冷度并延长诱导时间。     

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。