聚醚胺页岩抑制剂抑制性能研究
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
ｒ ａ ｈｎ Ｏ ℃ ．ｔ ｅ ｒ ｔｓ ｒ ｍａ ｎ ｈ ｈ ｒ ａ ｌ ｔ ｕ ｔｂ ｅ ｋ ｎ ｍａ ｉ ｉ ｏ ｉ ｎ ａ ｉ ｎ ｄ ｇ ｅ ａ ｌ ｅ ｃ ｉｇ １ ５ ｈ ａｅ ｅ ｉ ．Ｔ ｅ ｔ ｉ ｓ ｍｐ ｅ ｗｉ ｓ ｉ ｌ ｉ ｅ ｔ ｖ ｓ ｓｔ ａ ｄ ｃ ｔ ｅ ｒ ｅ ｈ ｓ ｗｅｌ ｄ ｈ ａ ｃ ｃ ｙ ｏ ｃ ｍｐ ｔ ｉ ｔ ｎ ｌｂ ｒ ｔ ｒ ｌｄ ｉ ｉ ｇ ｆｕ ｄ ａ ｄ ｐ ｌｍｅ ａ ｕ ａ ｅ ａ ｔ ｔｒ ｄ ｉ ｉ ｇ ｆ ｉ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｇ ｒ ｔ ｆ ｏ ａｉ ｌ ｙ ｉ ａ ｏ ａ ｏ ｉ ｒｌ ｎ ｉ ｎ ｏ ｙ ｒ ｓ ｔ ｒ ｔ ｄ ｓ ｌ ｂ ｉ ａ ｌ ｌ ｗａｅ ｒｌ ｎ ｕ ｄ ｎ ｈ ｎ ｒ ａ ｉ ａ ｅ ｏ ｌ ｌ ｎ
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
ＣＨＥＮ Ｎａ ＺＨＡＮＧＸｉｗｅ ＷＡＮＧ ｏ ｇ— ｕ Ｙ ｎ， ． ｎ， Ｚｈ ｎ ｈ ａ ， ＡＮＧ ａ ＬＵ Ｊｉ Ｃｈ ｏ ， ａｏ
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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
第 ３５卷第 ２期 ２０１８正 ６Ｈ ２５ Ｅｔ
文章编号 ：１０００－４０９２（２０１８）０２．２０３．０６
油 田 化 学
Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
Ｖ０１．３５ Ｎｏ．２ ห้องสมุดไป่ตู้２５ Ｊｕｎｅ，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
液调至 ｐ Ｈ值为 ４ ， 用０ ． ０ ０ ２ ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ Ｐ ＶＳ Ｋ溶液滴定 ， 滴定 速 度 为 ２ ｍＬ ／ ｍｉ ｎ ，当溶 液颜 色 由蓝 色变 为深 紫
第３ Ｏ卷 第 １期
２ ０ １ ３年 １月
钻
井
液
与
完
井Hale Waihona Puke 液 Ｖ０ ｌ ＿ ３ ０ Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ．２ ０ｌ ３
ＤＲＩ ＬＬ Ｉ ＮＧ Ｆ ＬＵＩ Ｄ ＆ Ｃ０Ｍ Ｐ Ｌ ＥＴ １ ０Ｎ Ｆ Ｌ ＵＩ Ｄ
【 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 。 ＤＦ Ｙ Ｆ ． １ ０ ８ Ａ ＧＢ ／ Ｔ ２ ６ ５石 油 产 品 运 动 黏 度 测 定
仪 ； Ｇ Ｊ Ｓ Ｓ — Ｂ １ ２ Ｋ 变频高速搅拌 机 ； Ｘ Ｇ Ｒ Ｌ ． ４ Ａ型高 温滚子 加热炉 ； 六速 旋转黏度计 ； Ｄ ／ ｍａ ｘ 一 ２ ５ ０ ０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）Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｃｏｌｌｏｉｄ ｔｉｔｒａｔｉｏｎ；２）Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｂａｃｋ ｔｉｔｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＮａＰＴＢ
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
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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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 — ４ ０（ ０ ２ ７ ０ ６ — ４ ６ １０ ６ ２ １ ）０ — ６ ４ ０ 中 图分 类 号 ：Ｔ ５ Ｅ２４
ｉｄｉａ ｅ ｈ ｔ ｈｅ ｒ ａｅ ｔ ｅ ｎ ｃ ｔ ｔ ａ ｔ ｇ ｅ ｔ ｒ ｈ ｐｏｌ ｔ ｅ ａ ｉ ｃ ｎｃ ｎｒ ｔｏ ｙｅｈ ｒ ｍ ｎｅ ｏ ｅ ｔａｉ ｎ． ｔ ｅ ｈ ｈｉ ｈｅ ｔ ｒ ｌ ｔｖ ｉｈｉ ｔｏｎ ａｅ； ｗ ｈ ｎ ｈ ｇ ｒ ｈｅ ｅ ａｉ ｅ ｎ ｂｉｉ ｒ ｔ ｅ ｔ ｅ
１ ｈｃ ａ ｇ ｉｌ ｅ ｉ ｅｅ ｔｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｆ Ｃ１ １ ６ ｈ ｎ ｅｌ ｔ ｗｈ ｎｄｆ ｒｎ ｏ ｃｎｒ ｉ ｓｏ Ｎａ （％－３ ．％） ｒ Ｃ１ １ ５ ｔｅ ｆ ａｏ ６５ ｏ Ｃａ ２（％－ ％）ａｅａ ｄ ｄ Ａｔｈ ａ ｍｅ ｒ ｄ ｅ ． ｅｓｍｅｔ ｔ ｉ
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２ １１卷７ ７期 第４年 第 ０ ２ 月
当
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聚醚胺 页岩抑 制剂抑制性能研 究
ｉｈ ｂ ｔ ｒ ｒ ｖ ｌ ａ ｅ ｙ ｒ ｌｔ ｅ ｉｈ ｂ ｔ ｒ ｔ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｈ ｂ ｔ ｇｂ ｎ ｏ ｉ ｄｍ ａ ｉ ｇ ｔｓｓ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉ ｉ ｓｗｅ ｅ ｅ ａｕ ｔ ｄｂ ｅａ ｉ ｉ ｉ ｙ ｒ ｅｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｎ ｉ ｉ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔ ｍｕ ｋ ｎ ｔ． ｅｒ ｓ ｌ ｏ ｖ ｎ ｏ ａ ｍ ｎ ｉ ｅ ｅ ｓ
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 ５ Ｃ 。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～ ％Ｋ １ ０ １０ ｏ ８ Ｃ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 Ｎ Ｃ（％￣ ６５ 或 ６ｈ ０ ａｌ １ ３． ％）
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 ） Ｉ １０ １ ． １０ １
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
Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎｈｉ ｔｏ ｏ ｒ ｉ ｓｏ ｌ ｅ ｈｅ ｍ ｉ ｈａ ｅＩ ｓ ａ ｃ ｎＩ ｂｉｉ ｎ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆＰｏ ｙ ｔ ｒＡ ｎｅ Ｓ ｌ ｎｈｉ ｔ ｒ ｂｉｏ ｓ
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