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。     

羧酸多胺盐型黏土膨胀抑制剂制备与性能研究

以酒石酸、苹果酸及多胺为原料合成羧酸多胺盐型黏土膨胀抑制剂,并评价其抑制黏土膨胀性。膨润土线性膨胀率实验结果表明:该类抑制剂对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,其中MAA-9对膨润土的抑制效果优于MAA-1、TAA-4;1.0%MAA-9溶液中,90 min时膨润土的线性膨胀率明显优于1.0%KCl,与4.0%KCl相当;1.0%MAA-9对膨润土的防膨效果可达到66.67%,防膨实验结果与膨润土线性膨胀率实验结果吻合。缩膨实验、泥球实验以及钻井液性能评价实验结果进一步表明,MAA-1、TAA-4、MAA-9对膨润土水化膨胀具有一定的抑制作用。     

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。     

合成低分子胺类抑制剂的评价与应用

以环氧氯丙烷与二甲胺为原料合成了抑制剂,考察了反应物配比、反应时间、反应温度对膨润土膨胀率的影响。根据单因素实验得到反应条件为:反应物物质的量比1∶1,反应时间8 h,反应温度80℃。3%二甲胺-环氧氯丙烷产物16 h的线性膨胀率为27.48%,岩屑回收率为86.81%。粒度分布实验结果表明,二甲胺-环氧氯丙烷产物的抑制性明显优于防膨剂FP-1及KCl。现场应用结果表明,将低分子胺类抑制剂应用于渤海油田转注预处理工艺,可有效提高转注后的吸水能力,延长注水井的周期,起到良好的增注效果。     

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。     

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。     

耐冲刷、长效聚季铵型阳离子粘土稳定剂的研制

以环氧氯丙烷、二甲胺为原料,采用亚硫酸氢钠、过硫酸铵引发体系,反应温度为65℃,反应时间为5h,聚合合成聚季铵型阳离子黏土稳定剂。通过静态膨胀实验、岩屑回收率实验、膨润土防膨稳定性、配伍性评价了的性能并对其作用机理进行了研究,结果表明1%的粘土稳定剂溶液离心法测得防膨率大于88%,与地层水配伍性好,具有耐冲刷、长效的优点。与KCl复配既可以达到较好的防膨效果又可以节约经济成本。     

小阳离子聚合物黏土稳定剂HWJ的合成及应用

以环氧氯丙烷、二甲胺为反应单体,过硫酸钾-亚硫酸钠为引发剂合成了小阳离子聚合物黏土稳定剂HWJ,并对HWJ的防膨性能和小阳离子聚合物钻井液进行了研究。结果表明,HWJ黏土稳定剂具有很强的抑制黏土水化膨胀能力。加入该稳定剂的钻井液具有很好的抗温性、抑制性和抗污染能力,保护油气层效果明显,渗透率恢复值均达到85%以上,能满足钻井工程的要求。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。      

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。     

压裂液用黏土防膨剂的合成与防膨效果

黏土防膨剂是压裂液体系中不可缺少的核心添加剂,能有效抑制黏土膨胀、防止微粒运移、增加地层渗透率。以浓盐酸、三甲胺为主原料,合成三甲胺盐酸盐,并在弱碱性条件下滴加环氧氯丙烷生成有机阳离子聚合物,最后在60℃下与无机盐氯化铵反应,得到淡黄色的黏土防膨剂。通过红外光谱、热重/差热分析、X射线衍射分析对其结构进行表征,考察了反应原料、防膨剂加量对防膨效果的影响。结果表明,随有机阳离子聚合物加量增大,防膨率提高,有机阳离子聚合物加量以0.9%为宜。有机阳离子聚合物加量相同时,随环氧氯丙烷与三甲胺盐酸盐质量比的增大,防膨率增加;当二者的质量比为2:1时,加量为0.35%、0.6%、0.9%聚合物的防膨率分别为85.87%、87.07%、89.58%,防膨效果较好。当黏土防膨剂加量为0.4%时,防膨率达90%以上;加量增至0.8%时,防膨率达94.1%,防膨效果良好。     

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。