聚醚胺页岩抑制剂抑制性能研究

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用于水基钻井液的页岩抑制剂研究进展

用于水基钻井液的页岩抑制剂研究进展付世豪;桑文镜;胡棚杰;吴亚迪【摘要】钻井过程中使用的水基钻井液费用低且对环境友好,但水基钻井液是以水作为连续相,页岩地层遇水极易水化膨胀,水基钻井液中的页岩抑制剂对井壁稳定起着重要的作用.本文主要分无机页岩抑制剂和有机页岩抑制剂两大类介绍国内的水基钻井液抑制剂种类并分析其作用机理,分别介绍了胺类、沥青类、聚合醇类、腐殖酸类、无机盐类、无机正电胶类页岩抑制剂.未来的水基钻井液页岩抑制剂向着无毒、无荧光、抗盐和抗高温等方向发展.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)024【总页数】3页(P18-20)【关键词】水基钻井液;页岩抑制剂;页岩地层;水化膨胀;综述【作者】付世豪;桑文镜;胡棚杰;吴亚迪【作者单位】长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100;长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100;长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100;长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100【正文语种】中文【中图分类】TE254.3从水基钻井液页岩抑制剂发展来看，各种各样的抑制剂用于处理水敏性页岩。

其中应用最早、最广泛的方法就是使用高浓度盐，最早研发的页岩抑制钻井液包括氯化钠钻井液、硅酸盐钻井液、氧化钙钻井液，但是这些盐的使用量大时，严重影响了生态系统且配伍性差。

在20世纪 70年代早期，聚合物/氯化钾钻井液应用较为广泛，各种聚合物与氯化钾协同提高钻井液的抑制水平。

低浓度的部分水解聚丙烯酰胺和氯化钾就能达到较好的抑制水平。

然而由于抑制不完全导致页岩表面膨胀，水解丙烯酰胺所产生的氨和残留的丙烯酰胺单体对人体也是非常有害的，因而没有达到理想效果。

20世纪80年代后期开发出混合金属层状氢氧化物以及胺类页岩抑制剂抑制黏土膨胀有显著的效果[1-3]。

国内页岩抑制剂从开始的单一抑制剂到后面发展的多种抑制剂相互协同提高了钻井液的抑制性能，并且在无毒，无荧光，环境友好，性能稳定等方面向前发展[4]。

环保型页岩抑制剂SGI-1的合成与性能研究

当代化工研究Modern Chemical Research4本刊特稿2021・03环保型页岩抑制剂SG I-1的合成与性能研究★屈沅治1程荣超1张志磊1张坤彳王韧I杨峥1（1.中国石油集团工程技术研究院有限公司北京1022062.安东石油技术（集团）有限公司北京100102）摘耍：针对页岩地层钻井作业过程中井壁失稳的难题，以自然界资源丰富的木质素为原料，利用(3-氯-2-径丙基)三甲基氯化鞍对其进行季钱■化改性制备了一种抑制性和环保性兼顾的水基钻井液页岩抑制剂SGI-1.通过线性膨胀实验、页岩滚动回收实验评价了抑制剂SGI-1的抑制性；通过接触角实验、水活化度实验及Zeta电位实验对SGI-1抑制机理进行分析；对SGI-1生物毒性及对钻井液性能的影响进行评价。

结果表明：抑制剂SGI-1加量为2.0%时，16h后页岩滚动回收率为94.10%、线性膨胀率5.81%,优于2.0%聚胺；SGI-1可以改变岩石润湿性，页岩接触角由20.4。

增大至69.9°;SGI-1可以降低水活度，增强抑制剂对自由水的束缚程度；SGI-1表面所带的阳离子基团可以与黏土颗粒吸附，并在其表面形成疏水膜减少钻井液滤液侵入。

此外，SGI-1与钻井液具有较好的配伍性、较低的生物毒性，对钻井液流变性及失水造壁性影响较小。

关键词：页岩抑制剂；井壁稳定；木质素；绿色环保；季镀盐中图分类号：T254文献标识码：AStudy on Synthesis and Performance of Environment-friendly Shale Inhibitors SGI-1 Qu Yuanzhi1,Cheng Rongchao1,Zhang Zhilei1,Zhang Kun2,Wang Ren1,Yang Zheng1(PC Engineering Technology Research Institute Co.,Ltd.,Beijing,1022062.Anton Oilfield Services(Group)Co.,Ltd.,Beijing,100102)Abstract:To solve the p roblem ofwellbore instability in shale f ormation drilling,in this p aper,(3-chloro-2-hydroxypropyl)trimethylammonium chloride was used to quaternize lignin to prepare a shale inhibitor SGI-1of w ater-based drilling f luid,which had both excellent inhibition and good environmental p rotection.The inhibition of S GI-1was evaluated through linear swelling test and shale rolling recovery test;the inhibition mechanism of S GI-1was investigated through contact angle test,water activation experiment and Zeta potential experiment;and the biological toxicity of S GI-1 and its impact on drilling f luid p erformance were evaluated.The results showed that when the dosage was2.0%,the shale rolling recovery rate after 16hours was94.10%,and the linear swelling rate was5.81%t which were better than2.0%polyamine.SGI-1could change the wettability of the shale.The contact angle of t he shale increased f rom20.4°to69.9°;SGI-1could reduce water activity and enhanced the binding degree of i nhibitors to f ree water;the cationic groups on the surface of S GI-1could be adsorbed on clay p articles.And then a hydrophobic f ilm was f armed on the surface to reduce the p enetration of d rilling f luid f iltrate.In addition,SGI-1had good compatibility with drilling f luids,low biological toxicity,and had little effect on the rheology andfilter loss properties of d rilling f luids.Key words t shale inhibitor^wellbore stability；lignin；environmental p rotection；quaternary ammonium salt在页岩地层钻井作业过程中经常遇到诸多复杂情况，井壁失稳仍是最难解决的问题之一油基钻井液可以有效抑制页岩的水化作用，但是油基钻井液因毒性大、处理成本高等问题，其受到了应用限制炉％因此，研究更实用、更环保的水基钻井液体系十分必要，而水基钻井液研究的重点和难点是开发强抑制性页岩抑制剂。

新型聚胺抑制剂的实验室研究

ｒａｈｎＯ ℃ ．ｔｅｒｔｓｒｍａｎｈｈｒａｌｔｕｔｂｅｋｎｍａｉｉｏｉｎａｉｎｄｇｅａｌｅｃｉｇ１５ｈａｅｅｉ．Ｔｅｔｉｓｍｐｅｗｉｓｉｌｉｅｔｖｓｓｔａｄｃｔｅｒｅｈｓｗｅｌｄｈａｃｃｙｏｃｍｐｔｉｔｎｌｂｒｔｒｌｄｉｉｇｆｕｄａｄｐｌｍｅａｕａｅａｔｔｒｄｉｉｇｆｉ，ａｄｔｅｉｃｅｓｇｒｔｆｏａｉｌｙｉａｏａｏｉｒｌｎｉｎｏｙｒｓｔｒｔｄｓｌｂｉａｌｌｗａｅｒｌｎｕｄｎｈｎｒａｉａｅｏｌｌｎ
１分子结构设计
钻井液处理剂分子设计可从链结构、官能团、
相对分子量及官能团比例等四个方面考虑。。其中，分子链结构关系到处理剂的热稳定性和抗盐污
染性，适当地引入支链有利于性能的提升。官能团
ＣＨＥＮＮａＺＨＡＮＧＸｉｗｅＷＡＮＧｏｇ— ｕＹｎ，．ｎ，Ｚｈｎｈａ，ＡＮＧａＬＵＪｉＣｈｏ，ａｏ
（．ｕｈｎＲｅｅｒｈＩｓｉｔｆｅｒｌｕａｄＰｔｏｈｍｉａｓＬｉｏｉｇＦｓｕｌ０Ｃｈｎ；１Ｆｓｕｓａｃｎｔｕｅｏｔｏｅｍｎｅｒｃｅｃｌ，ａｎｎｕｈｎ，０１ｔＰ１３，ｉａ
陈楠，张喜文，王中华杨超，鲁娇，

水基钻井液用胺类页岩抑制剂特性及作用机理

聚胺作为泥页岩的抑制剂能兼顾传统水基钻井液的抑制性和分散造壁性，减轻地层井壁稳定和钻井液性能稳定的矛盾。聚胺通过在黏土表面和黏土晶层空间中多方位的综合作用，以阳离子交换的方式置换出黏土片层表面和黏土晶层空间中的水化阳离子，中和黏土颗粒表面上的负电荷，降低黏土层间水化斥力；同时，利用静电作用和氢键作用的协同作用，抑制剂可与黏土颗粒形成多点吸
第３５卷第２期２０１８正６Ｈ２５Ｅｔ
文章编号：１０００－４０９２（２０１８）０２．２０３．０６
油田化学
ＯｉｌｆｉｅｌｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ
Ｖ０１．３５Ｎｏ．２ ห้องสมุดไป่ตู้２５Ｊｕｎｅ，２０１８
水基钻井液用胺类页岩抑制剂特性及作用机理
黄进军，李文飞，田月昕，李春霞
附压缩黏土晶层间距，达到抑制渗透水化发生的作用＿ｌ＿ｌ５］。同时，聚胺的独特解离方式使其在水溶液中表现的弱碱性及其结构中所含的非离子弱亲水基团，决定了它不会过多的影响钻井液的分散造壁性ｎ．１９］。目前，国内关于水溶性端胺、端二胺、聚醚胺等聚胺作为抑制剂在钻井工程中的应用探索逐渐增加，长江大学与中海油服合作研制的ＵＨＩＢ系列抑制剂表现出良好的页岩抑制性，处于推广应用阶段。而国外关于聚胺抑制剂的研究已经成熟，以美国贝克休斯、哈里伯顿、ＭＩ公司为代表的石油企业均已推出成熟的聚胺钻井液体系，并在世界各地取得良好的反馈效果。本文基于对黏土水化膨胀方式和特点的综合分析，认为强抑制性页岩抑制剂分子结构设计必须结合页岩抑制剂对黏土水化抑制的机理，并遵循以下原则合成了抑制剂ＨＧＩ：① 分子结构中含有抑制作用基团—ＮＲ和吸附水化基团—ｏＨ；② 控制抑制剂的相对分子质量在１０００左

复合阳离子型聚胺页岩抑制剂的应用研究

全自动旋转靶ｘ一射线衍射仪（日本理学株式会社，Ｃｕ靶，Ｋａ辐射源，石墨单色器，工作电压为４０ｋＶ，管电流８ＯｍＡ，扫描主要在２为３。～１０。区间）。
液调至ｐＨ值为４，用０．００２５ｍｏｌ／ＬＰＶＳＫ溶液滴定，滴定速度为２ｍＬ／ｍｉｎ，当溶液颜色由蓝色变为深紫
第３Ｏ卷第１期
２０１３年１月
钻
井
液
与
完
井Hale Waihona Puke 液Ｖ０ｌ＿３０Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０ｌ３
ＤＲＩＬＬＩＮＧＦＬＵＩＤ＆Ｃ０ＭＰＬＥＴ１０ＮＦＬＵＩＤ
【理论研究与应用技术】
复合阳离子型聚胺页岩抑制剂的应用研究
１实验部分
１．１主要原料和仪器有机胺、扩链剂、终止剂等；钻井液用膨润土。ＤＦＹＦ．１０８ＡＧＢ／Ｔ２６５石油产品运动黏度测定
仪；ＧＪＳＳ — Ｂ１２Ｋ变频高速搅拌机；ＸＧＲＬ．４Ａ型高温滚子加热炉；六速旋转黏度计；Ｄ／ｍａｘ一２５００型
１．２样品的制备及评价
将有机胺、扩链剂、终止剂等原料按不同比例
有对环境污染程度较小等优点。聚胺中的阳离子对抑制黏土的水化分散起着重要的作用，具有较高阳离子度的聚胺类页岩抑制剂能在很低的浓度下起到良好的抑制效果，但同时高阳离子度也可使聚胺对钻井液中其他组分产生絮凝作用，降低了体系的稳定性，也限制了聚胺的配伍能力。本文对复合阳离

聚胺抑制剂黏度和阳离子度与页岩相对抑制率的关系

５
１９４０
４．４２６
４．４２８
７
１３５２
３．６０３
３．６７８
８
７８３
２．３２０
２．３５９
９
３０５
２．２３５
２．２４５
１０
１７０
０．７４７
０．７４８
１１
１）Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｃｏｌｌｏｉｄｔｉｔｒａｔｉｏｎ；２）ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｂａｃｋｔｉｔｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＮａＰＴＢ
笔者采用以开环聚合反应制备得到的聚胺作为页岩抑制剂，以相对抑制率为控制指标，调整聚胺的相对分子质量和阳离子度，并采用ＸＲＤ法测定了处理前后黏土的层间距，进一步明确了聚胺实际应用的物化指标，为现场应用奠定了基础。
１实验部分
１．１试剂及仪器聚乙烯基硫酸钾（ＰＶＳＫ），分析纯，日本和光
２结果与讨论
２．１聚胺页岩抑制剂的物性参数对泥页岩相对抑制率的影响２．１．１聚胺质量分数的影响
图１为溶液中聚胺质量分数对其泥页岩相对抑制率的影响。由图１可以看出，随着聚胺质量分数的增加，页岩相对抑制率不断增加。聚胺质量分数较低时，相对抑制率增加较快；聚胺质量分数较高时，相对抑制率增加较慢。当聚胺质量分数大于０．４％时，相对抑制率大于９５％；聚胺质量分数为０．５％时，相对抑制率达到９９％。因此，钻井液中聚胺质量分数在０．４％～０．５％时对黏土水化膨胀的抑制效果良好，有助于控制地层中劣质土的造浆。

钻井液用低聚胺类页岩抑制剂的结构与性能_郭文宇

[1]
井井深约 1 100 m 处；钠膨润土，阳离子交换容量 CEC 为 0.82 mmol/g。
表 1 不同类别低聚胺类别脂族胺名称乙二胺丁二胺己二胺二乙烯三胺乙三乙烯四胺烯胺四乙烯五胺五乙烯六胺聚醚胺 EDR148 D230 分子式 NH2CH2CH2NH2 NH2CH2CH2CH2CH2NH2 NH2 （CH2CH2） 2CH2CH2NH2 NH2CH2CH2NHCH2CH2NH2 NH2 （CH2CH2NH） 2CH2CH2NH2 NH2 （CH2CH2NH） 3CH2CH2NH2 NH2 （CH2CH2NH） 4CH2CH2NH2 工业 NH2 （CH （CH3） CH2O）（CH3） NH2 级 2.5CH2CH NH2 （CH2CH2O） 2CH2CH2NH2 化学纯纯度化学纯
表 3 低聚胺在黏土上的吸附量低聚胺己二三乙烯五乙烯聚胺酸钠 EDR148 D230 胺四胺六胺（DS=2.75） 71 78 77 81 58
nm 之间，说明所有低聚胺分子都平行于黏土晶层，单层插入其中，与分子结构无关 [5-6]。
3 现场应用
以 D230 为主要原材料，添加少量五乙烯六胺和自制的二元共聚物制备成聚胺产品 RZPA，其页岩热滚回收和抑制黏土造浆性能优于同类商品，这是由于配方中低聚胺对黏土的插层以及共聚物对黏土的包裹所产生的抑制黏土晶格和渗透膨胀双重作用。RZPA 在江沙 33-8 气井 502 ～ 1 450 m 蓬莱镇组的二开井浆中应用。其邻井中江 19H 井在 1 000 ～ 1 464 m、 1 800 ～ 2 202 m、3 350 ～ 3 830 m 钻井过程中掉块很多，因此本井设计要注意防塌和防卡。二开井浆采用新鲜重浆与胶液混合的方式制得。配方如下。 3 % 膨润土 + 1 % 铵盐 N H 4 H PA N + 1 % 钾盐 KHPAN+0.3% 包被剂 FA367+0.5% 降黏剂 XY-27+2% 聚合物降滤失剂 DR-8+0.2% 生石灰 CaO+2% 磺化褐煤 SMC+2% 磺化酚醛树脂 SMP-2+1.5% 磺化沥青 FT342+4% ～ 6% 润滑剂 RH220+RZPA+ 重晶石（密度为 1.3 ～ 1.7 g/cm3）首次混入 1 t RZPA，剩下的 0.6 t 配成胶液，以 “细水长流”方式添加，确保钻井液体系中 RZPA 含量保持为 0.8% ～ 1.0%。应用前后的性能见表 4。由表 4 可知，RZPA 能大幅度提高二开井浆的抑制性能，并且对钻井液其他性能无负面影响。在现场应用中，钻井液性能稳定且符合设计要求，掉块极少，并且无大掉块，页岩热滚回收率在 70% ～ 81% 之间，钻井顺利。

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ＣＣ％一％）ａ１１５老化１后，流变参数变化不大，相对抑制率均在９％以上，抗盐性能良好。（６ｈ５
关键词：聚醚胺；钻井液；抑制性；抗温性；抗盐性文献标识码：Ａ文章编号：１７ — ４０（０２７０６ — ４６１０６２１）０ — ６４０中图分类号：Ｔ５Ｅ２４
ｉｄｉａｅｈｔｈｅｒａｅｔｅｎｃｔｔａｔｇｅｔｒｈｐｏｌｔｅａｉｃｎｃｎｒｔｏｙｅｈｒｍｎｅｏｅｔａｉｎ．ｔｅｈｈｉｈｅｔｒｌｔｖｉｈｉｔｏｎａｅ；ｗｈｎｈｇｒｈｅｅａｉｅｎｂｉｉｒｔｅｔｅ
１ｈｃａｇｉｌｅｉｅｅｔｃｎｅｔｔｎｆＣ１１６ｈｎｅｌｔｗｈｎｄｆｒｎｏｃｎｒｉｓｏＮａ（％－３．％）ｒＣ１１５ｔｅｆａｏ６５ｏＣａ２（％－％）ａｅａｄｄＡｔｈａｍｅｒｄｅ．ｅｓｍｅｔｔｉ
ｓｏｇｒｔｅａｉｔｏｉｈｂｔｈｄＡｆｅｇｎｏ６ｈａｈｅｅａｕｅｆｏ１Ｏ ℃ ｔ８ ℃ ．ｈｅａｉｅｔｎｅｂｌｔｎｉｉｔｅｍｕ．ｔｒａｉｇｆｒ１ｔｔｅｔｍｐｒｔｒｒｍ０ｒｈｌｙｏ１０ｔｅｒｌｔｖ
２１１卷７７期第４年第０２月
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化
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Ｖ］４Ｎ．Ｏ．１．Ｏ７Ｊｌｕｙ，２１０２
聚醚胺页岩抑制剂抑制性能研究
ｉｈｂｔｒｒｖｌａｅｙｒｌｔｅｉｈｂｔｒｔｘｅｉｅｔａｄｉｈｂｔｇｂｎｏｉｄｍａｉｇｔｓｓＴｈｅｕｔｎｉｉｓｗｅｅｅａｕｔｄｂｅａｉｉｉｙｒｅｅｐｒｎｓｎｉｉｎｅｔｎｔｍｕｋｎｔ．ｅｒｓｌｏｖｎｏａｍｎｉｅｅｓ
制性能。结果表明，聚醚胺浓度越大，相对抑制率越高，浓度大于０５．％时，相对抑制率不再变化，抑制性能优
于５Ｃ。抑制膨润土造浆实验中，浓度越高，动切力越小，抑制造浆能力越强。加入聚醚胺的泥浆在１０～％Ｋ１０１０ｏ８Ｃ下老化１后，相对抑制率均在９％以上，抗温性能良好。加入不同浓度的ＮＣ（％￣６５或６ｈ０ａｌ１３．％）
范友泉，马波，张喜文，鲁娇
（．辽宁石油化工大学，辽宁抚顺１３０；２抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺１３０）Ｉ１０１．１０１
摘
要：以聚醚胺为钻井液用页岩抑制剂，通过相对抑制率实验、抑制膨润土造浆实验考察了其页岩抑
ＲｅｅｒｈｏｎｈｉｔｏｏｒｉｓｏｌｅｈｅｍｉｈａｅＩｓａｃｎＩｂｉｉｎＰｒｐｅｔｅｆＰｏｙｔｒＡｎｅＳｌｎｈｉｔｒｂｉｏｓ
ＦＮＹｕＱａ，Ｍａｏ，ＺＡＡｏ — ｕｎ。ＢＨＮＧＸｉｅＬＵＪａ — ｎ，ｗｉｏ
（．ａｎｎｈｈａＵｎｖｒｉ１ＬｉｏｉｇＳｉｕｉｅｓｔＬａｎｎｕｈｎ１３ Байду номын сангаас ，Ｃｉａｙ，ｉｏｉｇＦｓｕ１０１ｈｎ；
２ＦｓｕｓａｃｎｔｕｅｏｅｒｌｕａｄＰｔｃｅｃｌ，Ｌａｎｎｕｈｍ３０，Ｃｈｎ）．ｕｈｎＲｅｅｒｈＩｓｉｔｆｔｅｍｎｅｒｈｍｉａｓｔＰｏｏｉｏｉｇＦｓｔ１０１１ｉａＡｂｔａｔＰｌｅｈｒａｎｓｕｅｓｔｅｄｉｉｇｆｉｈｌｈｂｔｒｉｈｂｔｎｐｏｅｔｓｏｏｖｔｅｍｉｅｓａｅｓｒｃ：ｏｙｔｅｍｉｅｗａｓｄａｈｒｌｎｕｄｓａｅｉｉｉ，ｎｉｉｏｒｐｒｉｆｌｅｈｒａｎｈｌｌｌｎｏｉｅｐ
ｉｈｂｔｒａｅｒｌｍｏｅｔａ０，ｔｔｍｐｒｔｒｅｆｒｎｅｉｇｏ．ｅｌｇｃｌａａｔｒｆｅｇｎｏｎｉｉｙｒｔｓａｅａｌｏｒｈ９％ａｉｅｅａｕｅｐｒｏｍａｃｓｏｄＲｈｏｏｉａｒｍｅｅｓａｔｒａｉｇｆｒｎｎ — ｐ
ｃｎｅｔａｉｎｒａｈｓ０５ｔｅｒｌｔｅｉｈｂｔｒａｅｄｅｎｔｈｎｅ．ｔｈｂｔｎｒｔｓｅｔｒｈｎｔａｆ５ＫＣ１ｏｃｎｒｔｅｃｅ．％．ｈｅａｉｉｉｙｒｔｏｓ ’ｃａｇｉｉｉｉｏｅｉｂｔａｔ％ｏｖｎｏｓｎｉａｅｔｈｏ．Ｉｎｉｉｎｅｔｎｔｄｍａｉｇｔｓｓｔｅｈｇｅｈｏｃｎｒｔｎｈｍａｌｒｔｅｄｎｍｉｈａｉｇｆｒｅｈｎｉｈｂｔｇｂｎｏｉｍｕｋｎｅｔ，ｈｉｈｒｔｅｃｎｅｔｉ，ｔｅｓｌｈｙａｃｓｅｒｏｃ，ｔｅｉｅａｏｅｎ