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一种钻井液用泥页岩抑制剂JXA-1的评价及应用

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用于页岩地层水基钻井液的页岩抑制剂[发明专利]

用于页岩地层水基钻井液的页岩抑制剂[发明专利]

专利名称：用于页岩地层水基钻井液的页岩抑制剂
专利类型：发明专利
发明人：周春,刘付臣,杨振周,刘永贵,于兴东,燕松兵,王汉潇申请号：CN201910468234.1
申请日：20190531
公开号：CN110607170A
公开日：
20191224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种用于页岩地层水基钻井液的页岩抑制剂。

该页岩抑制剂包含至少一种醇胺和环氧氯丙烷的反应产物。

本发明还提供一种水基钻井液，该水基钻井液包含上述页岩抑制剂，以质量百分比计，在该水基钻井液中，页岩抑制剂的浓度范围为0.3‑5％。

本发明提供的页岩抑制剂在防止页岩地层的崩解和膨胀方面非常有效，比大多数商业产品有更好的性能。

申请人：中国石油天然气集团有限公司,北京华美世纪国际技术有限公司
地址：100007 北京市东城区东直门北大街9号
国籍：CN
代理机构：北京三友知识产权代理有限公司
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钻井液页岩抑制剂作用机理及应用技术

钻井液页岩抑制剂作用机理及应用技术

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甲基硅酸钾页岩抑制剂的性能评价与作用机理

甲基硅酸钾页岩抑制剂的性能评价与作用机理

甲基硅酸钾页岩抑制剂的性能评价与作用机理蒋官澄;王金树;宣扬【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)008【摘要】通过线性膨胀实验、膨润土造浆实验以及热滚回收实验对甲基硅酸钾的页岩抑制性能进行了评价.结果表明,甲基硅酸钾具有优异的页岩抑制作用,明显强于目前油田常用的另一种有机硅类页岩抑制剂——甲基硅酸钠.此外,通过X射线衍射、红外光谱以及水接触角测定等表征手段对甲基硅酸钾的抑制机理进行了分析.研究结果表明,甲基硅酸钾的黏土水化抑制作用来自钾离子和甲基硅酸根阴离子的协同作用.甲基硅酸根阴离子能够吸附在蒙脱石颗粒的边、角位,使原本相对亲水的蒙脱石颗粒表面转变为相对疏水,从而阻止水向蒙脱石层间的侵入,起到抑制膨润土水化膨胀的作用.【总页数】5页(P6-10)【作者】蒋官澄;王金树;宣扬【作者单位】中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266555;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE254.3【相关文献】1.活化剂对富钾页岩、钾长石的活化效果及作用机理 [J], 毛敬麟;刘可星;何慧中;郭小雪;廖宗文2.硅酸钾聚合醇钻井液的研制及性能评价 [J], 白杨;王平全;吴建璋;钱志伟;胡亚琴3.钾与钙离子对硬脆性泥页岩防塌作用机理的实验研究 [J], 邱正松;李健鹰;朱墨4.活化后钾改性正硅酸锂吸附CO2的性能评价及动力学研究 [J], 张赛; 刘庆华; LEMMON John; 姜忠义5.硅酸盐细菌解钾作用机理的综合效应 [J], 连宾;傅平秋;莫德明;刘丛强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

钻井液用页岩抑制剂聚醚多元醇研究进展

钻井液用页岩抑制剂聚醚多元醇研究进展

钻井液用页岩抑制剂聚醚多元醇研究进展钻井工艺是石油勘探开发的重要环节，而钻井液则是钻井过程中不可或缺的工具。

由于页岩地层的特殊性质，为了提高钻井效率，降低钻井难度，需要在钻井液中添加特殊的抑制剂。

目前，聚醚多元醇被广泛应用于钻井液中的抑制剂中。

本文将就钻井液用页岩抑制剂聚醚多元醇的研究进展进行深入探讨。

聚醚多元醇是具有很好表面活性的羟基化高聚物。

由于多元醇具有明显的亲油性，聚醚多元醇可以吸附在页岩矿物表面，形成稳定的钙盐、钾盐等离子簇。

这些离子簇能够降低页岩矿物表面的电荷，减少静电吸附和静电作用力，从而提高钻头的钻进速度，降低钻头的磨损，提高钻井效率。

同时，聚醚多元醇还具有多个羟基官能团，能够与钙离子发生络合作用，使得钙离子的稳定性增强，降低页岩矿物的溶解度和膨胀性，防止钻井液渗透到页岩矿层中导致岩层崩塌等不良后果。

对于页岩地层，钻井液的水基性显得尤为重要。

聚醚多元醇是一种亲水性高、分子量大的高分子表面活性剂，可以增加钻井液的水基性，调节钻井液的黏度和流变性质，从而降低钻井液的污染性，减少钻井液对页岩矿物的侵蚀和破坏。

钻井液用页岩抑制剂聚醚多元醇的应用前景广泛，但也存在一些问题。

首先，聚醚多元醇具有一定的毒性和腐蚀性，需要合理控制聚醚多元醇的添加量，避免不良后果的发生。

其次，聚醚多元醇对于不同类型的页岩地层有一定的选择性，需要进行严格的筛选和确定。

同时，聚醚多元醇还需要与其他物质共同配合使用，其复杂性和多样性也需要进行研究和探索。

综上所述，钻井液用页岩抑制剂聚醚多元醇是一种应用前景广阔的高科技产品，它给页岩勘探开发带来了新的思路和技术手段。

但聚醚多元醇的毒性、选择性、复杂性等问题也需要得到进一步的研究和探索。

相信在科研人员的不懈努力下，聚醚多元醇可在更广泛的领域得到应用，为推动能源产业的发展作出更大的贡献。

随着页岩气、页岩油的开发热潮，钻井行业的需求也日益增长。

选用适合的抑制剂是确保钻井工艺成功关键的一步。

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Mine Engineering 矿山工程, 2020, 8(2), 215-221Published Online April 2020 in Hans. /journal/mehttps:///10.12677/me.2020.82028Evaluation and Application of ShaleInhibitor JXA-1 for Drilling FluidYaping Zhang1, Yongzhong Ji2, Bin He2, Bing Tang1, Xiangfeng He3, Bo Song1, Xun Song11Chengdu Xiyouhuawei Science & Technology Co. Ltd., Chengdu Sichuan2CCDC International Engineering Company, Chengdu Sichuan3Tianjin Polytechnic University, TianjinReceived: Mar. 30th, 2020; accepted: Apr. 23rd, 2020; published: Apr. 30th, 2020AbstractWhen conventional water-based drilling fluid encounters shale formation rich in clay minerals, it is easy to cause mud formation and wellbore instability due to hydration and expansion of shale.JXA-1, a kind of amphiphilic organic cationic amide polymer, is a shale inhibitor for drilling fluid.It has been proved that JXA-1 has good inhibition performance, salt resistance and calcium re-sistance. The addition of JXA-1 reduces the linear expansion rate of the core, and the compatibility of jxa-1 with water-based drilling fluid is good. The successful application of JXA-1 in two wells is introduced, which provides a new inhibitor for drilling of shale gas water-based drilling fluid.KeywordsWater Based Drilling Fluid, Inhibitor, Compatibility, Field Application一种钻井液用泥页岩抑制剂JXA-1的评价及应用张亚萍1，吉永忠2，贺彬2，唐冰1，贺祥峰3，宋波1，宋勋11成都西油华巍科技有限公司，四川成都2川庆钻探工程有限公司国际工程公司，四川成都3天津工业大学，天津收稿日期：2020年3月30日；录用日期：2020年4月23日；发布日期：2020年4月30日摘要常规水基钻井液在钻遇富含黏土矿物的泥页岩地层时，由于泥页岩水化膨胀易导致地层造浆、井壁失稳。

张亚萍 等钻井液用泥页岩抑制剂JXA-1是一种两亲型的有机阳离子酰胺聚合物，室内证明该抑制剂具有良好的抑制性能和抗盐抗钙性能，JXA-1的加入降低了岩心的线性膨胀率，同时JXA-1与水基钻井液的配伍性良好，介绍了其在2口井的成功应用，为页岩气水基钻井液钻井提供了一种新的抑制剂。

关键词水基钻井液，抑制剂，配伍性，现场应用Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言在油气钻井过程中，泥页岩地层井壁失稳这一世界性难题一直困扰着广大石油工程技术人员。

因井壁失稳引起的井塌、缩径不仅会导致起下钻遇阻、卡钻、扭矩增大、憋泵等井下复杂问题，甚至会造成钻具掉落、井眼轨迹偏斜或整口井的报废。

随着近年来国家对页岩气资源勘探开发力度的加大，井壁稳定问题面临着更严苛的挑战。

尽管目前页岩气钻井通常使用油基钻井液来缓解井壁失稳现象，但是从经济开发效益以及环境保护的角度考虑，具有强抑制性和优良环保性的水基钻井液势必成为今后的发展方向[1] [2] [3] [4] [5]。

作为抑制性水基钻井液的核心处理剂——页岩抑制剂的研发一直是钻井液领域的重点研究对象[6] [7] [8] [9]。

目前，常见的页岩抑制剂有无机离子型抑制剂、有机胺型抑制剂、聚醚胺型抑制剂、天然产物改性抑制剂、超支化型抑制剂以及共聚物型抑制剂[10]。

尽管科研者们在抑制剂方面有大量的研究，但是能实现大量应用并且被市场接受的并不多。

本文评价并成功的应用了一种水基钻井液用泥页岩抑制剂JXA-1，该抑制剂可有效提高井浆抑制性能，钻进期间各项性能保持稳定，井眼通畅，未发生井下复杂问题，具有推广应用价值。

Figure 1. JXA-1 mechanism of action 图1. JXA-1作用机理图张亚萍等2. 钻井液用泥页岩抑制剂JXA-1的作用机理如图1，JXA-1是一种不同分子量的有机阳离子型酰胺聚合物的复合物，具有两亲(亲油、亲水)结构。

低分子量聚合物利用其氨基吸附和阳离子置换效应，镶嵌在粘土层间阻止表面水化；大分子聚合物利用氨基和酰胺基多点吸附，使疏水链包被在粘土表面，从而降低岩石表面的亲水性，使其变得憎水，形成稳定的疏水微区。

该疏水微区能有效地阻止自由水与岩石(粘土)表面接触及向粘土内部渗透，从而有效地抑制粘土水化[10][11]。

3. 钻井液用泥页岩抑制剂JXA-1室内评价3.1. 在单一介质中的滚动回收试验选择了氯化钠、氯化钙、氯化钾、石膏和甲酸钾等常用的盐类抑制剂，配制以下盐水溶液，对侏罗系沙溪庙组棕红色泥岩岩屑进行滚动回收试验，对比评价蒸馏水和不同盐水溶液中加入2% JXA-1的抑制性变化。

实验条件为：120℃滚动加热16 h。

其中二次滚动回收试验是将一次回收所获的岩屑烘干后，放入清水中进行第二次滚动加热实验，所获得的烘干岩屑质量除以一次回收前称取的岩屑总质量为二次清水回收率。

实验结果见表1。

1#：蒸馏水+ 50 g岩屑；2#：蒸馏水+ 2.0% JXA-1 + 50 g岩屑；3#：15% NaCl盐水+ 50 g岩屑；4#：15% NaCl盐水+ 2.0% JXA-1+50 g岩屑；5#：2% CaCl2盐水+ 50 g岩屑；6#：2% CaCl2盐水+ 2.0% JXA-1+50 g岩屑；7#：7% KCl盐水+ 50 g岩屑；8#：7% KCl盐水+ 2.0% JXA-1 + 50 g岩屑；9#：10% HCOOK盐水+ 50 g岩屑；10#：10% HCOOK盐水+ 2.0% JXA-1 + 50 g岩屑；11#：1% CaSO4盐水+ 50 g岩屑；12#：1% CaSO4盐水+ 2.0% JXA-1 + 50 g岩屑。

Table 1. The recovery rate of JXA-1 in a single medium表1. JXA-1在单一介质中的回收率配方1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12# 一次滚动回收率，% 17.44 98.36 25.00 99.12 16.76 97.36 18.28 97.14 21.54 99.00 19.60 98.72 二次(清水)滚动回收率，% 12.46 96.50 14.34 88.86 12.74 92.36 13.02 94.74 13.92 95.98 13.00 88.98试验结果如表1显示，JXA-1加入淡水和盐水中的岩屑滚动回收率都大幅度提高，且二次清水回收率几乎没有降低。

表明该页岩抑制剂不仅抑制性强，还有较强的抗盐抗钙性能，而且吸附能力强，在淡水中不会因解吸引起二次清水回收率降低。

3.2. 在混合介质中滚动回收试验按下述配方配制复合盐水溶液，进行滚动回收试验，评价JXA-1在混合介质中的抑制性。

一次滚动回收、二次清水回收的试验条件和试验方法与3.1相同。

试验结果见表2。

张亚萍等1#：7% KCl + 10% HCOOK；2#：7% KCl + 10% HCOOK + 2.0% JXA-1；3#：1% CaSO4 + 7% KCl；4#：1% CaSO4 + 7% KCl+2.0% JXA-1；5#：1% CaSO4 + 10% HCOOK；6#：1% CaSO4 + 10% HCOOK + 2.0% JXA-1；7#：1% CaSO4 + 10% HCOOK + 7%KCl；8#：1% CaSO4 + 10% HCOOK + 7%KCl + 2.0% JXA-1。

Table 2. Recovery rate of JXA-1 in mixed media表2. JXA-1在混合介质中的回收率配方1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 一次滚动回收率，% 26.58 98.34 27.20 97.38 16.87 99.80 23.40 99.08 二次(清水)滚动回收率，% 17.24 95.90 14.66 94.74 13.00 92.74 14.00 94.76试验表明，JXA-1在复合盐水仍然能大幅度提高对泥页岩的抑制性，能适应较为复杂的介质环境。

3.3. 在聚合物钻井液中滚动回收试验配制密度为1.4 g/cm3聚合物钻井液，考察JXA-1在钻井液中的抑制性效果(表3)。

1#：聚合物钻井液；2#：聚合物钻井液+ 1.0% JXA-1；3#：聚合物钻井液+ 2.0% JXA-1；4#：聚合物钻井液+ 7% KCl；5#：聚合物钻井液+ 7% KCl +1.0% JXA-1；6#：聚合物钻井液+ 7% KCl + 2.0% JXA-1。

Table 3. The recovery rate of JXA-1 in polymer drilling fluid表3. JXA-1在聚合物钻井液中的回收率配方1# 2# 3# 4# 5# 6# 一次滚动回收率，% 88.00 87.62 94.26 82.36 92.16 99.10 二次(清水)滚动回收率，% 8.60 53.81 61.75 13.45 52.73 67.15随JXA-1的加入和加量增大，聚合物钻井液一次回收率有明显提高，二次清水回收率更加显著，表明JXA-1在低固相钻井液中具有良好的抑制性。