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。     

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。     

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。     

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。     

黏土矿物水化膨胀影响因素分析

评价了黏土矿物在不同温度、压力和接触液条件下的水化膨胀特征.结果表明:温度超过100 ℃时,温度对黏土矿物水化膨胀的影响显著,温度低于80 ℃时,温度对黏土矿物水化膨胀的影响不大;压力对膨润土水化膨胀的影响规律性不强;压力和温度同时作用,对黏土矿物水化膨胀影响比较复杂,影响结果取决于两种因素中哪一种占主导地位;KCl溶液中KCl的质量分数大致为1%～4%时其防膨能力较差,KCl的质量分数为5%时其防膨效果较好;不同类型盐复配后的抑制能力要好于单一的盐,复配二价盐与三价盐的抑制能力无明显差别.     

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。     

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。     

羧-胺类小分子泥页岩抑制剂的抑制性研究

以脂肪酸、小分子胺为原料合成羧-胺类小分子抑制剂,考察了胺种类、脂肪酸链长、酸与胺摩尔比以及抑制剂加量对膨润土线性膨胀率的影响。根据正交实验和单因素实验得到最佳的酸胺反应组合为月桂酸-二乙烯三胺（1:2）,其次为油酸-四乙烯五胺（1:2）,抑制剂加量0.5%。在0.5%月桂酸-二乙烯三胺产物中,膨润土在20 min内迅速水化膨胀,90 min时膨润土的线性膨胀率为24.3%,为同条件下4.0%氯化钾溶液中的43.5%,是蒸馏水中的32.8%;在0.5%油酸-四乙烯五胺产物中,膨润土在40 min内迅速水化膨胀,90 min时膨润土的线性膨胀率为33.2%,是氯化钾溶液中的59.4%,是蒸馏水中的44.9%。泥球实验结果表明,在月桂酸-二乙烯三胺产物中浸泡的泥球水化膨胀程度明显降低,对膨润土的抑制效果好于油酸-四乙烯五胺产物。室温下,这两种羧-胺类产物对水基钻井液有一定的增黏作用。加入0.3%月桂酸-二乙烯三胺产物后,钻井液的表观黏度（AV）提高1.9倍;加入0.5%油酸-四乙烯五胺产物消泡后,钻井液AV提高1.0倍。加入月桂酸-二乙烯三胺产物、油酸-四乙烯五胺产物后,KD-03聚合糖钻井液体系黏度增加,AV分别提高2.4倍、3.5倍,配伍性较好。     

防膨剂BHFP-02性能评价及现场应用

油田大规模注水导致注水井黏土膨胀,无法满足油藏开发过程中的配注量,直接影响到油井的产量。加入防膨性能优异的防膨剂可防止黏土水化膨胀,还可恢复长期注水造成的水化膨胀伤害。试验优选了防膨剂及其用量,考察了防膨剂的防膨性能。结果表明,阳离子季铵盐聚合物BHFP-02防膨效果优异,抗冲刷能力强,BHFP-02防膨剂质量分数3%为最佳用量。分析了防膨剂的防膨机理。通过对防膨剂防膨段塞浓度设计,并在渤海S油田现场施工中采用了三段塞浓度梯度降低处理方式,作业后对注水井黏土起长期保护作用,有效抑制黏土矿物水化膨胀,达到注水井防膨作业的目的。     

离心法测定黏土稳定剂防膨率的影响因素

针对离心法测定防膨率过程中存在误差较大(允许误差5%)、精度不高等问题,研究了膨润土的种类、烘干温度、粒径、超声处理与否和静置时间对防膨率测定结果的影响。实验结果表明:不同类型的膨润土由于所含黏土矿物种类、含量不同,相同条件下其水化膨胀体积和测定的防膨率差异较大;烘干温度为100℃时测定的防膨率平均相对偏差和最大极差较小;不同粒径范围的黏土颗粒测定的防膨率差异较大,但相对平均偏差和最大极差差异不大;超声作用提高了使用不同粒径黏土测定的防膨率数值,但测定的稳定性较差;将黏土在蒸馏水中静置分散2 h,黏土颗粒基本膨胀完全,能够满足实验要求。通过选用四种常用黏土稳定剂用离心法测定防膨率并与页岩膨胀仪法的测定结果进行比较,最终确定,离心法测定黏土稳定剂防膨率可选用精质新疆土,烘干温度为100℃,粒径范围为200~300目,不经过超声处理,蒸馏水中静置2 h,平均相对误差和最大极差较小。     

氨基离子液体聚合物抗高温抑制剂的作用机理

为解决高温地层黏土水化所引起的井壁失稳问题，合成了含双键和氨基的离子液体单体，并将其与丙烯酰胺共聚得到了一种聚合物抑制剂PAN。采用傅里叶变换红外光谱仪对PAN的分子结构进行了表征，并通过浸泡膨胀和搅拌分散、线性膨胀、热滚回收实验评价其抑制性能。结果表明：PAN抑制黏土膨胀与分散的性能优于常用抑制剂KCl、聚醚胺D230及离子液体单体，并且抗温达250℃。通过XRD、Zeta电位、润湿性分析了PAN的抑制机理。PAN通过缠绕包覆在黏土颗粒上、压缩双电层、增加黏土颗粒间胶结性及颗粒表面疏水性而起到抑制作用，为新型抗高温强效抑制剂的研发提供理论与技术支持。     

海上某油田防膨剂的筛选与评价

针对海上油田储层特点筛选黏土防膨剂,对控制储层水敏伤害和保障整个油田的持续高效开发有非常重要的意义。综合多种防膨剂评价方法的长处,采用静态与动态相结合的实验评价方法,筛选了适用于海上某油田注水开发的黏土防膨剂。对于优选出质量分数为1%的FP-3A黏土防膨剂,静态评价离心法防膨率为79.1%,X-射线衍射法防膨率为54.6%,膨胀仪法防膨率为80.7%,岩心线性膨胀率为0.73%,每100 g静态吸附量0.29 g;动态评价渗透率保留率大于70%,最佳注入浓度0.5%～1.0%,且渗透率波动范围小,防膨效果稳定且作用时间长,适于海上某油田注水开发应用。     

页岩气井水力压裂用黏土稳定剂LM-1的研制及评价

页岩气井水力压裂过程中容易发生黏土水化膨胀和运移,造成储层损害,影响压裂施工的效果。因此,室内合成了一种适合页岩气井水力压裂的季铵盐阳离子黏土稳定剂LM-1,并参照相关标准,对其综合性能进行了评价。实验结果表明,黏土稳定剂LM-1与常规的胍胶压裂液和滑溜水压裂液体系的配伍性较好,不会影响压裂液体系的整体性能;具有良好的耐水洗能力和防膨能力,当LM-1的质量分数为2.0%时,水洗前后钠膨润土的膨胀体积不再变化,其防膨率能够达到90%以上;黏土稳定剂LM-1的泥岩损失率仅为8.6%,远远优于其他常用的黏土稳定剂;另外,经过黏土稳定剂LM-1处理后,页岩储层天然岩心的渗透率变化率较小,起到了良好的黏土稳定作用,能够有效防止压裂过程中黏土遇水膨胀造成的储层损害。     

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.     

稠油油藏Pickering微乳液黏土防膨机理实验探究*

针对水敏性稠油油藏,抑制黏土膨胀是有效进行热采的前提,然而注蒸汽后黏土防膨机理尚不十分明确, 因此提出用Pickering微乳液抑制黏土膨胀的方案,通过Fick定律与Langmuir吸附理论相结合,对Pickering微乳 液黏土防膨机理进行量化分析。用疏水纳米SiO₂与月桂基三甲基溴化铵（DTAB）复配形成Pickering微乳液,通 过测定微乳液的表面张力和对膨润土的防膨率,对SiO₂和DTAB的配比及微乳液的加量进行了优选,并按最佳 配方进行微乳液驱。机理量化分析结果表明采用表面吸附进行黏土防膨是可行的。纳米SiO₂与DTAB质量比 为1∶2、微乳液加量为0.6%时的防膨效果最好。填砂管驱油实验中,微乳液最佳的注入量为0.2 PV。随着Picker ing微乳液注入量的增加,防膨效果增强,但后续水驱出口含水率上升速度也随之加快。对于渗透率较高的稠油 油藏抑制黏土膨胀应适当。     

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。      

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。     

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。     

环氧氯丙烷/二乙烯三胺黏土稳定剂的合成与评价

在钻井、水力压裂、注水等过程中,地层中的黏土矿物易发生水化膨胀和运移,影响油井产能。针对黏土膨胀的问题,室内合成了一种小分子量有机胺类黏土稳定剂ETP-1,对反应的合成条件进行了优化,通过红外光谱检测确认了合成产物的结构,并对其抑制黏土膨胀和颗粒分散的能力进行了评价。实验结果表明：1)ETP-1的最佳合成条件是二乙烯三胺与环氧氯丙烷摩尔比为2∶1,反应温度为75℃,反应时间为2.5 h。2)最优条件下合成的ETP-1黏土稳定剂在2%加量下防膨率为86.67%,可在100℃下保持良好的防膨率,且具有良好的耐冲刷性能。3)与无机盐复配后,防膨效果明显提高,与CaCl₂按1∶1比例复配,用量1%时防膨率达到92.22%,且其长效性较无机盐有了明显提升。4)岩屑回收实验和扫描电镜分析结果证明,ETP-1具有抑制黏土颗粒分散的作用。该实验中所取得的成果认识,可为小分子量阳离子型黏土稳定剂分子的设计、合成和评价提供参考。