烷基糖苷及衍生物鉆井液抑制防塌機理探討

張必佑

【摘 要】烷基糖苷及衍生物鉆井液因具有良好的抑制防塌能力，潤滑性，儲層保護，易生物降解，無毒環保等優點而在國內外應用較為廣泛。對目前常用的甲基葡萄糖苷鉆井液、陽離子烷基糖苷鉆井液、聚醚胺基烷基糖苷鉆井液的抑制防塌機理進行了分析和探討，以期對鉆井液技術研發人員和鉆井液現場施工人員提供一定的指導。

【關鍵詞】烷基糖苷；衍生物；鉆井液；抑制；防塌

中圖分類號： TE254 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0156-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.070

【Abstract】Alkyl polyglycoside and its derivatives drilling fluids are applied widely at home and abroad due to their excellent inhibition，anti-sloughing，lubrication，reservoir protection，easy biodegradation，non-toxic environmental protection， and so on.The inhibition and anti-sloughing mechanism of commonly used methyl glucosde drilling fluids，cationic alkyl polyglucoside drilling fluids and polyether amine alkyl polyglucoside drilling fluids was analyzed and discussed in this paper in order to provide some guidance for drilling fluid technology developers and field constructors.

【Key words】Alkyl polyglucoside；Derivatives；Drilling fluid；Inhibition；Anti-sloughing

烷基糖苷（APG）是一類綠色環保的表面活性劑，最先研究并應用于鉆井液的烷基糖苷是甲基葡萄糖苷（也稱甲基葡萄糖甙，MEG），國外于1994年最先報道了MEG鉆井液成功應用于美國墨西哥灣強水敏頁巖地層[1]。國內從1996年開始了MEG鉆井液的研究，并在新疆、大慶、勝利、大港、中原等油田得到應用，表現出良好的抑制防塌能力、潤滑性、降濾失效果、抗污染能力，儲層保護和無毒環保等優點[2-6]，但也存在加量大、成本高、抑制能力和抗溫能力有待提高等問題。近年來，國內主要通過對烷基糖苷分子擴鏈和分子修飾等改性手段來達到減少加量、提升性能、降低成本的目的，主要研發出了陽離子烷基糖苷（CAPG）和聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）等產品，并形成了相應的鉆井液體系，在頁巖等強水敏地層應用較為成功[7-10]。本文通過對應用較為廣泛的MEG鉆井液、CAPG鉆井液、NAPG鉆井液的抑制防塌機理進行分析和探討，以期對鉆井液技術研發人員和現場施工人員提供一定的指導，促進鉆井液技術的進步。

1 MEG鉆井液抑制防塌機理

MEG是一種極性較弱的表面活性劑，MEG鉆井液抑制防塌機理主要表現在以下幾方面：（1）半透膜效應。MEG分子結構上含有1個親油的甲氧基和4個親水的羥基，這些親水的羥基吸附在巖石井壁或鉆屑表面，而親油基朝外，如果在鉆井液中加入足量的MEG，可在井壁上形成一層吸附憎水膜（稱為半透膜），把地層中的水和鉆井液中的水隔開。通過調節MEG鉆井液的活度可控制鉆井液和地層水的運移方向，從而有效抑制地層頁巖的水化膨脹和分散。（2）滲透作用。MEG一方面可提高鉆井液濾液黏度，增加滲透阻力，減小濾失量，抑制頁巖水化；另一方面可減小鉆井液中水的活度，減弱壓力傳遞，阻止濾液進入頁巖，進一步提高頁巖的穩定性。（3）去水化作用。MEG分子結構上的4個羥基可與水分子形成牢固的氫鍵，當MEG鉆井液中的濾液進入地層內，它能使地層巖石發生去水化作用。（4）封堵作用。MEG母液中含有懸浮的膠狀物，是非常好的橋堵劑，能封堵頁巖孔隙和微裂縫。在沒有暫堵劑和膨潤土的條件下，用MEG母液配制的鉆井液能很快形成致密低滲透濾餅，阻止濾液和固相繼續侵入地層，從而降低頁巖的水化作用，同時也起到儲層保護的效果。

2 CAPG鉆井液抑制防塌機理

CAPG分子結構上含有1個親油的烷基、3個親水的羥基、1個親水的醚鍵和1個強吸附季銨陽離子，本身帶正電。CAPG鉆井液的抑制防塌機理是多種化學與物理作用的共同體現，主要包括：（1）靜電吸附成膜及拉緊黏土晶層；（2）羥基吸附成膜；（3）季銨陽離子基團吸附成膜及嵌入去水；（4）減小水活度；（5）形成封固層。從而大大增強了CAPG的抑制能力，但仍保留了APG的潤滑、抗溫和抗污染能力，加量顯著降低，能夠有效解決泥頁巖等易坍塌地層的井壁失穩問題。2011年以來，CAPG鉆井液已在中原、陜北、四川、內蒙古等[6-7]現場應用40多口井，抑制防塌效果突出，有效降低了井下復雜情況，節省了鉆井成本。

3 NAPG鉆井液抑制防塌機理

NAPG是非離子結構，分子結構含有1個親油的烷基、3個親水的羥基、1～3個相連的葡萄糖環、1個親水的聚醚基團和1個強吸附多胺基團，本身不帶電。由于NAPG分子結構中含有多個羥基、醚鍵、胺基基團，其抑制防塌機理也有別于其它抑制劑，是多種化學與物理作用的共同體現，包括：（1）嵌入及拉緊黏土晶層，（2）多點吸附、成膜阻水，（3）吸附包被，（4）減小水活度，（5）封堵填充孔隙、形成封固層等。特別是當NAPG的加量達到一定濃度時，可在井壁形成一層牢固的憎水強吸附半透膜，起到疏水作用，與油基鉆井液形成的半透膜類似。2013年以來，NAPG鉆井液已在新疆策勒l井、延長云頁6井等[8-10]20多口井進行現場試驗，表現出良好的泥頁巖防塌和井壁坍塌后的現場補救能力。

4 結語

烷基糖苷鉆井液作為一種類油基鉆井液，為防塌、潤滑、儲層保護、環境保護要求較高的地區鉆井提供了較好的解決方案，針對烷基糖苷在鉆井液中存在加量大、成本高、抑制防塌和抗溫能力有待提高等問題，國內通過對烷基糖苷的改性來達到減少加量、提升性能、降低成本的目的，主要得到了CAPG、NAPG等改性產品，并形成了相應的鉆井液體系，可有效解決泥頁巖等易坍塌地層的井壁失穩問題，并已用于頁巖氣鉆井，緩解了油基鉆井液存在的高成本和環境污染等問題。今后應進一步加強鉆井液處理劑作用機理研究，以期研發出更優質高效的產品，提升水基鉆井液的綜合性能，促進鉆井液技術的進步，不斷滿足油氣勘探開發的需要。

【參考文獻】

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