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。     

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.     

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。     

聚胺抑制剂 PF-UHIB与膨润土相互作用机理

为揭示聚胺抑制剂 PF-UHIB与膨润土的作用机理, 通过红外光谱、 XRD、 SEM和 Zeta电位分析, 考察了聚胺 PF-UHIB与夏子街钠膨润土的相互作用, 利用 Material Studio软件对其相互作用进行了分子动力学模拟。结果表明, PF-UHIB离解出有机胺阳离子, 通过静电作用吸附在带负电的黏土层间或者表面, 将层间水分子排挤出来, 分子的疏水基团阻止水分子接触黏土; PF-UHIB与黏土晶面上的硅氧烷基形成有序氢键, 阻止聚胺分子继续进入黏土层间, 有效地抑制黏土水化膨胀; 黏土对 PF-UHIB的吸附存在平衡状态, 吸附平衡时黏土的 Zeta电位约-20 mV, 有效抑制黏土分散。通过扫描电镜照片直观地观测到加入 PF-UHIB后, 黏土颗粒结合更紧密, 分散度明显降低。图 9表 1参 12     

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。      

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。     

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。     

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。     

强抑制性钻井液用有机胺抑制剂的性能研究

研制了一种与国外高性能钻井液用聚胺抑制剂性能相当的有机胺抑制剂BZ-AN1,对该剂的表面活性、吸附特性、吸附层间距、对膨润土浆pH值的影响等理化性能以及其抑制黏土造浆和岩屑分散的性能、对钙膨润土分散体系流变性的影响进行了评价.有机胺抑制剂BZ-AN1具有独特的分子结构,能很好地镶嵌在黏土层间,并使黏土层紧密结合在一起,从而起到抑制黏土水化膨胀、防止井壁坍塌的作用;该剂能够抑制钻屑分散而又不损害钻井液的性能,能够较好地兼顾钻井液体系的分散造壁性与抑制性.     

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。      

Shale inhibitive properties of polyether diamine in water-based drilling fluid

In this paper, the shale hydration inhibitive properties of polyether diamine (PEDA) in drilling fluid system were studied. The inhibition was evaluated by bentonite inhibition test and bulk hardness test. The results indicate that the inhibition properties of PEDA are superior to potassium chloride which is a kind of conventional inhibitor, and can be improved with decrease of pH value. The inhibition mechanism of PEDA was investigated via Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, zeta potential measurement and surface tension analysis. After being added into the drilling fluid system, the low-molecular-weight PEDA can intercalate into the lattice of clay. The protonated diammonium ions exchange sodium ions and neutralize the negative charges of clay interlayer, which reduces hydration repulsion of diffuse electric double layer. Moreover, hydrogen bonding between PEDA and silica of clay surface can form in the process. The coordination of electrostatic interaction and hydrogen bonding expels water molecules out of the clay gallery and binds the plates together, which leads to the dehydration of clay. Otherwise, monolayer adsorption of PEDA on the interlayer of clay weakens the hydrophilicity of clay particles which further inhibits water ingress.     

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。      

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。     

强抑制聚合物体系解决川渝地区大井眼段钻井液回收利用率低的问题

川渝地区大井眼段中途完钻后钻井液密度、黏度和劣质固相含量等均大幅上涨,无法回收利用,需报废处理,增加了处理成本和安全环保风险。分析了该地区大井眼段岩样矿物成分,其中伊利石、伊/蒙混层占岩样中黏土矿物的70%以上,黏土矿物中的交换性阳离子钙、镁离子被吸附在颗粒表面,使黏土颗粒具有较高的物化活性及亲水性,遇水后极易水化膨胀和分散。采用川渝磨溪地区沙二段泥岩进行抑制性评价实验,由于钙离子通过降低水的活度和压缩黏土颗粒的双电层来抑制水化,区别于钾离子的抑制机理,得出钾钙协同抑制效果优于单一离子的抑制效果,优选出钾钙离子的最佳配比。通过继续引入插层、疏水抑制剂,得到钾钙抑制结合插层、疏水抑制的综合抑制性能最强。在抑制剂评价基础上,优选出抗盐聚合物WN2-2,最终优化形成了适用于川渝地区大井眼段的强抑制聚合物钻井液体系。该体系具有极强的抑制性,极大限度地抑制了黏土的水化分散,对比现场3口井磨溪009井、磨溪022井、磨溪019井的应用情况,采用强抑制聚合物钻井液体系的磨溪019井,钻井液回收利用率从0大幅提升至75%,现场应用效果明显。     

强抑制聚合物体系解决川渝地区大井眼段钻井液回收利用率低的问题

川渝地区大井眼段中途完钻后钻井液密度、黏度和劣质固相含量等均大幅上涨,无法回收利用,需报废处理,增加了处理成本和安全环保风险。分析了该地区大井眼段岩样矿物成分,其中伊利石、伊/蒙混层占岩样中黏土矿物的70%以上,黏土矿物中的交换性阳离子钙、镁离子被吸附在颗粒表面,使黏土颗粒具有较高的物化活性及亲水性,遇水后极易水化膨胀和分散。采用川渝磨溪地区沙二段泥岩进行抑制性评价实验,由于钙离子通过降低水的活度和压缩黏土颗粒的双电层来抑制水化,区别于钾离子的抑制机理,得出钾钙协同抑制效果优于单一离子的抑制效果,优选出钾钙离子的最佳配比。通过继续引入插层、疏水抑制剂,得到钾钙抑制结合插层、疏水抑制的综合抑制性能最强。在抑制剂评价基础上,优选出抗盐聚合物WN2-2,最终优化形成了适用于川渝地区大井眼段的强抑制聚合物钻井液体系。该体系具有极强的抑制性,极大限度地抑制了黏土的水化分散,对比现场3口井磨溪009井、磨溪022井、磨溪019井的应用情况,采用强抑制聚合物钻井液体系的磨溪019井,钻井液回收利用率从0大幅提升至75%,现场应用效果明显。      

基于疏水改性的纳米二氧化硅页岩稳定剂的制备及性能评价

钻井过程中泥页岩井壁失稳问题频发，严重制约了油气田的钻探开发进程，亟需研制新型纳米页岩稳定剂。将疏水基团接枝到纳米二氧化硅表面制备了新型页岩稳定剂(SNL)，采用红外光谱、粒度分布测试表征了其微观结构，利用泥页岩膨胀、分散及压力穿透测试评价了其页岩稳定效果，并探讨了新型页岩稳定剂的作用机理。结果表明，新型页岩稳定剂能有效抑制黏土的水化膨胀和分散，其水化抑制效果优于常用水化抑制剂。新型页岩稳定剂通过在泥页岩裂隙中填充、弱化黏土的静电斥力，包被黏土粒子，并将其表面变得疏水，来弱化泥页岩水化作用，改善泥页岩井壁稳定性。SNL在JYHF-2井进行了现场应用,相比邻井,该井的井下复杂率明显降低,现场钻井作业周期显著缩短。SNL的现场应用结果为开发新一代基于润湿性改善的纳米页岩稳定剂提供了思路。     

强抑制钻井液体系研究及现场应用

水平井裸眼完井方式是降低开发成本的有效途径。为满足裸眼完井对井壁稳定的更高要求,通过水化机理分析研选出能够在岩心表面形成疏水膜、改变储层润湿性的抑制剂,对其改变润湿性能、相对抑制率、岩屑滚动回收率等进行了评价,并对钻井液性能进行了优化。实验结果表明:该抑制剂能有效抑制黏土表面水化,与钻井液配伍性好,优化后的钻井液岩屑滚动回收率从73.2%提升至92.42%。现场应用后钻井液抑制能力明显提高,抗污染能力强,有利于井壁稳定和机械钻速的提高。