Q-SY 1062-2009钻井液用页岩抑制剂 有机硅聚合物

石油钻井用有机硅消泡剂工艺研究及评价赵磊发布时间：2021-09-17T05:06:04.489Z 来源：《防护工程》2021年15期作者：赵磊[导读] 为了在钻井过程中起到防塌、润滑、井壁稳定、返絮凝、高温下降低失水率等作用，钻井液中大量使用了一些小分子处理剂，这些小分子处理剂在循环、震动过程中裹进空气后产生泡沫而且不易破裂消失，导致钻井液处理密度下降，润滑性能变差，冷却钻头的工作效率降低，流动性变差，严重影响泥浆泵的作用效率，给钻井液的循环带来一定的苦难，有可能会造成井喷的危险。

本文分析了钻井液的起泡原因、起泡的危害，并且研究了一款专门用于解决钻井液在钻井过程中起泡造成危险的有机硅乳液型消泡剂。

赵磊唐山三友硅业有限责任公司河北唐山 063305摘要：为了在钻井过程中起到防塌、润滑、井壁稳定、返絮凝、高温下降低失水率等作用，钻井液中大量使用了一些小分子处理剂，这些小分子处理剂在循环、震动过程中裹进空气后产生泡沫而且不易破裂消失，导致钻井液处理密度下降，润滑性能变差，冷却钻头的工作效率降低，流动性变差，严重影响泥浆泵的作用效率，给钻井液的循环带来一定的苦难，有可能会造成井喷的危险。

本文分析了钻井液的起泡原因、起泡的危害，并且研究了一款专门用于解决钻井液在钻井过程中起泡造成危险的有机硅乳液型消泡剂。

关键词：钻井液；有机硅；消泡剂；泥浆恢复密度前言随着我国石油钻井技术的发展，钻井液在油田充气钻井中起到了非常重要的作用，为了保护钻井作业的安全、稳定，需要在钻井液中加入一些处理剂，这些处理剂大多是一些表面活性剂，在搅拌、震动的过程中极易产生泡沫，进而降低泥浆泵的使用效率，还有可能造成井喷。

为了解决这一问题，我们研究了一款适合深井、页岩钻屑较多钻井作业使用的乳液型有机硅消泡剂。

1 钻井液起泡原因钻井液起泡主要是其中含有起泡的表面活性材料，这些表面活性材料包括用于金刚石钻井使用的润滑剂、聚丙烯酸盐类处理剂、用于井壁稳定剂的磺化沥青、用于返絮凝和抑制页岩钻屑分散的铁铬木素磺酸盐，这些表面活性剂在搅拌、震动过程中都极易产生起泡；另外在钻井过程中遇到油气、盐水、泥浆、碳酸盐、碳酸氢盐等进入到钻井液中也会造成钻井液起泡。

钻井液用低聚胺类页岩抑制剂的结构与性能钻井液（Drilling Fluid）是地质勘探和钻井作业中必不可少的元素。

其作用包括维持、稳定、降低钻井过程中的摩擦、冲刷泥浆和抑制井壁崩塌等。

而在页岩气和页岩油钻探中，钻井液对于提高生产效率和经济效益具有重要作用。

目前，低聚胺类页岩抑制剂是钻井液的一种常用添加剂。

本文旨在探讨其结构与性能。

首先，我们需要了解什么是低聚胺。

低聚胺是一种聚合物，是由少于10个的单体（也称单体组分）组成的高分子化合物。

它们通常是通过催化剂或引发剂引发聚合反应而合成而成。

低聚胺中的单体或单体组分包括乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和氨基甲酸酯等。

然后，我们需要明确低聚胺类页岩抑制剂的结构。

低聚胺类页岩抑制剂是一种由低聚胺组成的复合体系。

它包括主链分子、侧链分子和跨链分子。

主链分子指低聚胺分子中主要构成的部分，可以是乙烯等单体组分形成的聚合物，也可以是具有多功能性的芳香族环化合物。

侧链分子是在低聚胺主链上接枝的分子，用于调节低聚胺的溶液性能和抑制下降性。

跨链分子是在低聚胺分子之间交联的分子，形成一种3D立体结构，从而增加它的空间构型和稳定性。

最后，我们需要探讨低聚胺类页岩抑制剂的性能。

低聚胺类页岩抑制剂可以有效地抑制页岩影响钻头，提高钻探速率。

此外，它还可以通过表面活性剂作用，抑制井壁崩塌，避免开裂、断层等不良复杂情况的发生，提高钻井液的稳定性和切削性能。

低聚胺类页岩抑制剂与亲水性亚磷酸盐类、无机盐等杂质在钻井液中的相容性较好，大幅提高了防止石灰沉淀、降低泥浆过滤损失、抑制污染等效果。

总的来说，低聚胺类页岩抑制剂是一种在钻井液中的添加剂。

它具有良好的抑制和降解页岩的效果、提高钻探效率、防止井壁崩塌、降低污染等优点。

同时，其分子结构多样性、突出的油水界面活性、耐高温性能及抗污染性等优异性能为其在钻井工业中的广泛应用奠定了基础。

但是，由于低聚胺的多样性和复杂程度，当前其结构与性能的相关文献和实验结果不够严谨和完整，需要进一步加强研究，以进一步推动其应用和发展。

钻井液用新型有机胺抑制剂的研制与性能评价李达;张明;衣德强;薛亚斐;贾建鹏【摘要】In recent years,organic amine base drilling fluid system has been paid concern in the foreign. The key technology of organic amine water-based drilling fluids is the research and development in efficient amine inhibitors. A new shale inhibitor CYZ-5 was synthesized by the reaction of organic amine and epoxy,and its performance was evaluated using expansibility,flocculability,viscosity increase and core soaking test,etc. It is shown that CYZ-5 has good inhibitive capacity. The inhibitor could effectively inhibit the dispersion of core and cuttings and had a lasting strong inhibition,so performs good at preventing caving.%近年来，有机胺钻井液体系在国外备受关注，有机胺优质水基钻井液技术的关键在于高效胺类抑制剂的研发.通过有机胺和环氧化物发生反应，合成出了有机胺抑制剂CYZ-5.利用膨胀性、絮凝性、黏度增加和岩心浸泡等实验，对其抑制性能进行了评价.实验结果表明，新型有机胺抑制剂CYZ-5的抑制性好，能有效抑制黏土造浆和岩心及岩屑的分散，且其抑制性持久性强，从而起到防止井壁坍塌的作用.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】6页(P2203-2208)【关键词】钻井液添加剂;有机胺;抑制剂;性能评价【作者】李达;张明;衣德强;薛亚斐;贾建鹏【作者单位】长庆油田公司苏里格研究中心，西安 710021;西安石油大学石油工程学院，西安 710065;长庆油田公司苏里格研究中心，西安 710021;长庆油田公司苏里格研究中心，西安 710021;长庆油田公司苏里格研究中心，西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TE992.2钻井过程中，泥页岩水化将产生膨胀应力，降低泥页岩内部的交联作用，从而减弱泥页岩的机械强度，导致井壁失稳，甚至井眼因坍塌而报废.为确保井壁稳定，有效避免泥页岩的水化膨胀，对于石油天然气勘探开发工作来说是一个长期的挑战[1-4].解决黏土水化膨胀的常见方法是使用无机盐抑制剂或者使用有机黏土抑制剂，然而钻井液的抗盐能力、分散造壁性与抑制性常常顾此失彼.在现有的泥页岩抑制剂中，有机胺防塌抑制剂在国外应用比较成熟，但国内现场应用较少[5-7].本文研制出一种综合性能良好的有机胺抑制剂，并对其性能进行了评价.1 胺基抑制剂的特点及作用机理传统钻井液的分散造壁性依赖于优质造浆土的分散程度，为提高分散性，常加入阴离子型处理剂，如典型的分散剂铁铬木质素磺酸盐、丹宁和褐煤等，阴离子型分散剂在维持黏土分散性的同时不可避免地促进了钻屑和地层中黏土矿物的分散，使钻井液的抑制性受到削弱；为强化钻井液的抑制性，减少钻屑和地层黏土矿物的分散，又需要加入阳离子型处理剂，如有机或无机阳离子聚合物（铝络合物或羟基铝等）或带正电荷的纳米粒子或油滴（MMH正电胶、阳离子乳化沥青等），这又在一定程度上损害了钻井液的分散造壁性.因此，传统钻井液体系中的分散造壁性与抑制性难以相互兼顾，往往顾此失彼.胺基抑制剂是通过基团分析及多途径设计、合成制备而成的，充分考虑了有机胺有用的游离胺基团分布特征，有效保证了有机胺化合物的强抑制性，主要用于水基钻井液，能有效地防止黏土的水化膨胀，稳定井壁，保护油气层；有一定的防止钻具腐蚀功能.胺基抑制剂与水作用，产生碱性的同时，有机胺自身解离为一类具有能与黏土负电性颗粒吸附性能的阳离子化合物，抑制黏土的水化分散.有机胺具有高浓度的胺基基团密度，保证有机游离胺良好的吸附性能和抑制效果.有机胺的弱碱性及弱离解性能使得有机胺作用浓度一直处于平衡状态，胺的总浓度中处于活跃状态的离解胺浓度并不大，但其能长效保持浓度平衡，持续与在地层孔隙表面的黏土中最活跃易于水化的基团作用，吸附覆盖在表面，进一步的防止受到水化膨胀因素的影响.有机胺的抑制作用具有长效性，抗冲刷能力强，保证钻井作业结束后也具有长时间的地层抑制效果.胺基抑制剂的作用机理和作用程度都不同于聚季铵盐类化合物，不会出现象季铵盐类氨基抑制剂引起的钻井液性能突变、甚至絮凝现象. 胺基抑制剂具有较高的胺基浓度和较高的酸中和当量浓度，能吸附在钻具表面，防止钻具的腐蚀；同时能中和地层酸性气体，且具有较好的缓冲容量，有利于保证钻井液的性能稳定.2 有机胺抑制剂的研制2.1 主要仪器设备①聚合反应釜:3 m3或更大，包括充氮装置、搅拌器、控温装置（0～200℃）、冷却装置等；②老化釜:3 m3或更大；③原料储罐:20～30 m3；④计量泵.2.2 主要原料及加量①环氧乙烷:50～80 kg；②环氧丙烷:50～100 kg；③有机胺:30～55 kg；④起始剂:10～15 kg；⑤催化剂:1～3 kg；⑥水:10～20 kg.2.3 工艺流程在反应釜中加入起始剂，于搅拌下滴加催化剂和有机胺，然后加入定量的水，充氮置换2～3次；加热，搅拌，升温至80度后，滴加环氧化物，控制压力小于10MPa，温度低于180℃.若反应过程中温度、压力过高，则停止加料，待温度、压力降低后在继续.滴加完毕后再反应30～40 h，冷却至50℃以下，得无色或浅黄色黏稠液体.3 有机胺抑制剂的性能评价由于反应产物主要用作抑制剂，因此着重考察其抑制性能，并考虑其对钻井液流变性、滤失量的影响.选取不同的样品，并对其性能进行评价，5种样品编号依次为CYZ－1、CYZ－2、CYZ－3、CYZ－4、CYZ－5.3.1 膨胀性实验膨胀性实验中用测定岩样线性膨胀百分数（膨胀率）或岩样吸水量来表示地层的膨胀性能.利用NP－01型页岩膨胀实验仪评价合成样品对黏土的水化膨胀的抑制性能.表1为膨润土（潍坊）在水中的膨胀性实验，并对5个合成样品在0.05%，0.1%，0.25%，0.5%，1%各加量下膨润土（潍坊）的抑制性能进行了评价，实验结果见图1.由以上实验数据表明，在加量相同的情况下，岩心在加入CYZ－5的测试液浸泡下的膨胀率最小，说明CYZ－5的抑制性最好.另外，对比加量为1%时的膨胀率数值可见，CYZ－3和CYZ－4的膨胀率也比较低，都小于纯水中的膨胀率.表1 膨胀实验结果表Tab.1 Expansion test results试剂 Lt/8 h（mm） H/mm Vt/8 h（%）水3.41 13.13 25.97图1 膨胀实验结果Fig.1 Expansion test results3.2 絮凝实验采用絮凝实验评价了合成样品的抑制性，实验中量筒中的絮凝物界面的高度越低，说明处理剂的抑制作用越明显.由图2可以看出，静置24 h后，合成样品CYZ-1在加量很小的情况下（8#量筒）就能产生很强的絮凝效果，随着加量的增大絮凝效果逐渐加强.CYZ-1加量为1%时，絮凝物的高度约为11，约为7%氯化钾溶液中絮凝物高度的两倍.由图3可见，合成样品CYZ-2的絮凝效果随加量的增加变化幅度不是很大，这与其在膨胀性实验中表现出来的趋势比较相近，说明CYZ-2对黏土有一定的抑制水化分散的效果.由图4可见，CYZ-3的絮凝效果比较好，随着加量的增加，絮凝物高度逐渐降低，说明抑制黏土水化分散的能力在逐渐增强.由图5可见，溶液中黏土的絮凝物高度随着CYZ-4的加量增加表现出先增大后减小的趋势，CYZ-4对黏土水化分散的抑制作用在加量为1%时效果最好.由图6可见，CYZ-5对黏土水化分散的抑制作用不是很好，但肉眼仔细观察，每个量筒底部都有一定高度的絮凝物，但是絮凝物的界面不是十分明显.图2 CYZ-1絮凝实验结果Fig.2 Flocculation test results of CYZ-12号:水；3号:7%KCl；4 号:1%CYZ-1；5 号:0.5%CYZ-16号:0.25%CYZ-1；7 号:0.1%CYZ-1；8号:0.05%CYZ-1图3 CYZ-2絮凝实验结果Fig.3 Flocculation test results of CYZ-24 号:1%CYZ-2；5 号:0.5%CYZ-2；6 号:0.25%CYZ-27号:0.1%CYZ-2；8号:0.05%CYZ-2图4 CYZ-3絮凝实验结果Fig.4 Flocculation test results of CYZ-34 号:1%CYZ-3；5 号:0.5%CYZ-3；6 号:0.25%CYZ-3；7号:0.1%CYZ-3；8号:0.05%CYZ-3图5 CYZ-4絮凝实验结果Fig.5 Flocculation test results of CYZ-44 号:1%CYZ-4；5 号:0.5%CYZ-4；6号:0.25%CYZ-47号:0.1%CYZ-4；8号:0.05%CYZ-4图6 CYZ-5絮凝实验结果Fig.6 Flocculation test results of CYZ-51号:1%CYZ-5；2 号:0.5%CYZ-5；4号:0.25%CYZ-55号:0.1%CYZ-5；6号:0.05%CYZ-5为了对合成产样品进行更好的横向对比，特在一组将5个合成样品分别取1%水溶液100mL，加入2.00 g钠膨润土，3000 r/min高速搅拌5 min，置于100mL的量筒中，静置24 h，拍照观察絮凝情况，结果如下.由图7可见，加量取1%时，CYZ-1、CYZ-2、CYZ-3、CYZ-4絮凝效果都很好，和前面实验中的7%KCl相当，CYZ-5效果稍微差，试验中，絮凝24 h后肉眼仔细观察，CYZ-5膨润土浆中尽管上部浆比较浑浊，但是下部有明显絮凝，高度约为6（量筒上刻度读数），絮凝效果比较好.图7 絮凝实验结果Fig.7 Flocculation test results2号:1%CYZ-2；3号:1%CYZ-3；4号:1%CYZ-15号:1%CYZ-4；6号:1%CYZ-53.3 黏度增加实验黏度增加实验是评价页岩抑制剂常用的方法.实验中将一定量的膨润土加入到含有一定页岩抑制剂的淡水中，在65℃下热滚16 h后，测黏度，然后再加入另一部分膨润土，继续老化测其黏度，直到老化后膨润土浆黏度太大不能测试为止.分析表2的实验结果可见，随着膨润土加量的增加，合成的5种样品中CYZ-5膨润土浆的表观黏度增加的最慢，3r读数相比较其他4种合成样品来说较小，说明CYZ-5抑制膨润土水化分散的作用最好.表2 黏度增加实验结果Tab.2 Viscosity increase test results12 AV（mPa·s）3r读数 AV（mPa·s） 3r读数 AV（mPa·s） 3r读数 AV（mPa·s） 3r读数水＋7%KCl 0.5 0 2.5 2 2.5 2 3 2水+1%CYZ-1 2 2 13 5 16 9 69.5 4水+1%CYZ-2 2 1.5 6 3 21 9 80 4水+1%CYZ-3 3 2 7 4 39.5 9 122.5 30水+1%CYZ-4 2 2 5 3 23 8 101.5 3水+1%CYZ-5 2 2 4.5 3 15.5 8 40.5 2实验液土的加量/%3693.4 岩心浸泡实验通过肉眼观察人工岩心在不同溶液中经过一定时间的浸泡后的完整程度，来定性研究比较不同处理剂的抑制能力.图8 浸泡20 min岩心状态Fig.8 The status of core after soaking 20 min由图 8 可见，浸泡 20 min 后，2#（7%KCl）溶液、4#（7%Na2SiO3）溶液中岩心坍塌严重，3#（7%NaCl）溶液中岩心变粗，5#（3%CYZ－5）溶液中岩心散落较少，6#（3%CYZ－2）、7#（3%CYZ－4）、8#（3%CYZ－1）、9#（3%CYZ－3）溶液中岩心边缘翘起，其中7#（3%CYZ－4）溶液中岩心翘起现象最轻微.由图 9 可见，岩心浸泡 40 min 后，2#（7%KCl）、3#（7%NaCl）、4#（7%Na2SiO3），溶液中岩心完全坍塌，5#（3%CYZ－5）溶液中岩心散落增多，岩心变粗，6#（3%CYZ－2）、7#（3%CYZ－4）、8#（3%CYZ－1）、9#（3%CYZ－3）溶液岩心翻翘开裂，其中9#（3%CYZ－3）溶液中岩心变粗开裂最为严重.图10～13为浸泡60，80，100，120 min后岩心状态.综合分析本次实验的实验现象，相同岩心及实验条件下，5#（3%CYZ－5）溶液中岩心相比较其他溶液中岩心完整性要好很多，实验合成的5种样品中，CYZ－5的抑制性相对较好.图9 浸泡40 min岩心状态Fig.9 The status of core after soaking 40 min图10 浸泡60 min岩心状态Fig.10 The status of core after soaking 60 min图11 浸泡80 min岩心状态Fig.11 The status of core after soaking 80 min图12 浸泡100 min岩心状态Fig.12 The status of core after soaking 100 min 图13 浸泡120 min岩心状态Fig.13 The status of core after soaking 120 min 4 结论1）有机胺抑制剂具有一定的降低表面张力的作用，能有效抑制岩心和岩屑的分散，且其抑制性持久性强，有利于井壁稳定和保护油气层.2）有机胺抑制剂与常用处理剂及钻井液配伍性好，有利于维持钻井液的高温稳定性，且对钻井液滤失性能具有一定的改善作用.3）抑制性能评价实验结果表明，样品CYZ-5膨胀率最低、抑制黏土水化膨胀的效果最明显、膨润土浆黏度增加比较慢、岩心浸泡实验中岩心保持最为完整，絮凝效果也比较好.参考文献:【相关文献】［1］张启根，陈馥，刘彝，等.国外高性能钻井液技术发展现状［J］.钻井液与完井液，2007，24（3）:74－77.［2］王树永.铝胺高性能水基钻井液的研究与应用［J］.钻井液与完井液，2008，25（4）:23－25. ［3］王中华.钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识［J］.断块油气田，2009，16（1）:89－91. ［4］王建华，鄢捷年，丁彤伟.高性能水基钻井液研究进展［J］.钻井液与完井液，2007，24（1）:71－75.［5］孙德军，王君，王立亚，等.非离子型有机胺提高钻井液抑制性的室内研究［J］.钻井液与完井液，2009，26（5）:7-9.［6］吕开河，韩立国，史涛，等.有机胺抑制剂对钻井液性能的影响研究［J］.钻采工艺，2012，35（2）:75－76，96.［7］张洪伟，左凤江，贾东民，等.新型强抑制胺基钻井液技术的研究［J］.钻井液与完井液，2011，28（1）:14-17.。

方案编号：2016-WTJG-钻井液-001招标项目名称（全称公开招标方案方案编制单位：2015年一、项目基本情况2016年起，钻井液公司拟对上述钻井液处理剂开展委托加工服务，内容包括产品的加工、包装和到附近仓储站的运输。

从主要供应区域、生产工艺控制、安全管理、质量监督、市场运营、成本费用等方面综合考虑，拟在辽宁省盘锦市或周边地区优选钻井液处理剂生产厂委托加工。

委托加工是对公司拥有产品技术、市场、管理能力和社会过剩的加工能力的综合利用，有利于在提高产品质量的同时降低加工成本，属于一种创新思路的产业化经营模式。

二、招标范围招标项目明细：见附件2：招标委托加工服务明细。

划分包别：钻井液处理剂委托加工服务。

三、招标组织形式本项目拟采取自行招标形式。

四、招标方式本项目拟采用社会公开招标的方式进行招标。

五、资源市场情况分析国内钻井液处理剂生产商很多，加工能力过剩，规模和管理能力参差不齐，钻井液处理剂产品质量也相差很远。

目前有中石油有效化学剂生产商约有800家，其中盘锦地区约有60家。

六、详细技术方案及HSE管理要求见附件1：产成品技术要求附件5：HSE管理要求七、组织机构设计（一）评标委员会组成评标委员由招标人 3 人（石油化学公司1人、钻井液公司1人、化学中心1人）、通过集团公司评标专家库抽取产生的专家 6 人组成。

总数9人。

（二）监督小组构成由相关处室人员组成。

八、评标方法、评审程序与授标原则（一）评标方法综合评标法。

（二）评审依据与程序1、投标人应具备的资质条件投标人近三年生产经营活动中无违法、违规记录，且企业经营状况良好。

委托加工服务工厂应位于盘锦市周边市县。

委托加工工厂通过当地安全生产监督管理局危险化学品建设项目安全许可验收。

委托加工工厂通过当地消防局消防验收。

通过ISO9001:2008质量体系认证委托加工工厂应满足附件3：厂房设施、设备、检验仪器、人员要求明细表中所列条件要求2、评审打分表详见附件4：评审打分表。