基于低场核磁共振技术的黏土表面水化水定量测试与分析

黏土矿物的水化类型及水化程度研究是目前水基钻井液优快钻进泥页岩地层的重点与难点之一。应用等温吸附实验及黏土层间距变化规律,确定了黏土不同类型水化水的相对平衡压界限;基于低场核磁共振T₂弛豫谱与水分子运动性关系、黏土层间距变化与水化水分子直径的相对关系,确定了T₂值范围所对应的黏土水化类型;根据T₂信号幅值与水分子氢质子数呈正比的原理,建立了T₂值与黏土水含量标准曲线,确定了T₂信号幅度与黏土含水量的定量关系。实验结果表明,经3 500 r/min、离心10 min的饱水钠膨润土的表面水化水、渗透水化水、自由水对应的T₂值范围分别为 8.91~73.17 μs,0.97~10.23 ms,>71.49 ms;上述钠膨润土的表面水化水、渗透水化水、自由水的质量含量比例分别为9.62 %、61.49 %、28.88 %。     

黏土表面结合水的低场核磁共振定量研究

黏土矿物的水化类型及水化程度直接关系到泥页岩等水敏地层的井壁稳定性,然而包括热重分析在内的现有方法难以快速、直观、定量地测试出黏土水化的类型及含量。基于低场核磁共振T₂弛豫谱与水分子运动性关系,以T₂总信号幅度确定黏土的总含水量,以T₂值范围区分黏土的水化类型,以T₂峰的面积确定3种水的含量,实验得出饱水黏土强结合水、弱结合水、自由水分别对应的T₂值范围为0.001～0.1 ms、0.1～15 ms、15～200 ms,其含量比例分别为14.83%,67.69%,17.48%。通过黏土T₂值的范围变化、T₂峰面积的幅值变化可以定量描述黏土3种水分在温度、抑制剂等作用下的相互转化及质量变化规律,T₂弛豫谱还直观展示出:温度升高可使黏土水分子从低自由度状态向高自由度状态转化;具有8个氨基的BPEI可将黏土中90%以上的强、弱结合水去除,自由水完全去除。      

泥饼对钻井液用小分子抑制剂的阻挡作用

水基钻井液中常加入大量的表面水化抑制剂,却未能有效提高井壁稳定性,造成钻井成本高、回收处理难、环境污染大等问题。因而提出小分子表面水化抑制剂能否有效进入地层这一问题。以抑制效果佳且分子量最低的表面水化抑制剂己二胺为研究对象,采用柱前衍生液相色谱法及线性膨胀实验研究了不同类型泥饼对己二胺的阻挡作用以及滤液的抑制性变化。结果表明,泥饼对抑制剂的阻挡作用不可忽略,45%数90%己二胺不能有效进入地层,己二胺钻井液滤液对岩心水化膨胀的抑制性明显降低,泥饼对抑制剂存在吸附与束缚作用,诠释了现场加入过量抑制剂而不能有效提高井壁稳定性这一问题。图10参20