水基鉆井液用泥頁巖抑制劑研究現(xiàn)狀

何劍平

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江 大慶 163413）

水基鉆井液用抑制劑對(duì)降低泥頁巖水化分散、提高鉆井液對(duì)泥巖地層的井壁穩(wěn)定效果具有重要作用。隨著基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和機(jī)理研究逐步深入，使得抑制劑的種類越來越豐富，也推動(dòng)了水基鉆井液技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在國(guó)內(nèi)外各大油田油氣資源的勘探開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，特別是對(duì)非常規(guī)油氣資源的高效開發(fā)提供了技術(shù)支撐。通過對(duì)抑制劑技術(shù)的分析和展望，對(duì)推動(dòng)鉆井液技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

1 傳統(tǒng)鉆井液用抑制劑

1.1 銨（胺）類抑制劑

這類抑制劑是銨鹽或者胺類化合物，也是最早應(yīng)用到水基鉆井液中的泥頁巖抑制劑。其中最具代表性的是NH4Cl，抑制機(jī)理如下：這種抑制劑在水中溶解后，能分解出大量的NH4+，能被粘土優(yōu)先吸附，壓縮粘土晶層，促使粘土晶層間脫水，從而有效地抑制粘土水化；同時(shí)，NH4+離子與粘土硅氧四面體氧原子六角環(huán)網(wǎng)絡(luò)直徑相當(dāng)，可以嵌入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，阻止水分子進(jìn)入晶層而抑制粘土水化。但NH4Cl 的主要缺點(diǎn)抗溫性差，在堿性環(huán)境中容易分解出有害氣體NH3，在鉆井現(xiàn)場(chǎng)中很少使用。

為了避免NH4Cl 分解產(chǎn)生NH3帶來的危害，又選用季銨鹽作為泥頁巖抑制劑，這類抑制劑與KCl相比，具有使用量少、抑制性強(qiáng)的特點(diǎn)，但季其抑制性受鉆井液體系pH 值影響較大，只有在pH 值較低的環(huán)境中才能更好地發(fā)揮抑制性，并且與陰離子型處理劑的配伍性差，也未得到大范圍的推廣應(yīng)用[1]。

1.2 陽離子類抑制劑

在對(duì)胺（銨）類抑制劑進(jìn)行研究基礎(chǔ)上，又發(fā)展出大、小陽離子類抑制劑。大陽離子是一種分子量相對(duì)較大的抑制劑，一般在100萬左右，且分子鏈長(zhǎng)，比如陽離子聚丙烯酰胺，具有較好的橋聯(lián)作用，可顯著降低鉆屑的負(fù)電性，對(duì)鉆屑進(jìn)行絮凝抑制巖屑分散能力，還能有效清除鉆井液中的無用固相。

小陽離子是一種分子量相對(duì)較小的處理劑，一般在1萬左右，最具代表性的是環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，這種小陽離子型表面活性劑，主要靠靜電作用可吸附在地層和巖屑表面，阻隔粘土顆粒與水的接觸，從而達(dá)到抑制的目的。

1.3 聚胺酸類抑制劑

為克服季銨鹽類化合物抑制性的缺點(diǎn)，還出現(xiàn)過一種兩親性聚胺酸抑制劑。具有水溶性好、熱穩(wěn)定性高、不水解、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，還與其它處理劑具有良好的配伍性，但長(zhǎng)效抑制性較差，且在高固相鉆井液中難以達(dá)到最佳抑制效果。取而代之的是烷基二胺類、乙醇二胺抑制劑，具有成本低、低毒特點(diǎn)，但對(duì)高蒙脫石含量地層的抑制性較差，沒有得到大范圍推廣應(yīng)用。

2 新型聚胺抑制劑

隨著國(guó)內(nèi)外各大油田勘探開發(fā)難度的增加以及非常規(guī)油氣資源的大規(guī)模開發(fā)，對(duì)鉆井液抑制性提出了更高要求。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，國(guó)內(nèi)外貝克休斯、麥克巴、哈里伯頓等專業(yè)泥漿服務(wù)公司相繼研發(fā)出了一種分子量極低的聚胺類化合物，作為抑制劑加入到水基鉆井液中，極大提高了鉆井液對(duì)高粘土礦物地層的抑制性，在國(guó)內(nèi)外很多油田和區(qū)塊都得到了成功應(yīng)用，井壁穩(wěn)定效果顯著增強(qiáng)。

聚胺抑制劑分子結(jié)構(gòu)中含有大量的伯胺、仲胺等官能團(tuán)，在鉆井液中會(huì)部分或全部發(fā)生離解，以離子形式或者化合形式存在。其優(yōu)異的抑制性能主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：①聚胺分子分子量小，能夠優(yōu)先進(jìn)入到粘土層間，通過氫鍵和靜電引力作用使粘土層緊密結(jié)合在一起，占據(jù)空間后能夠阻止水分子進(jìn)行粘土層間引起滲透水化；②聚胺在溶液中離解后形成的銨基陽離子，能夠中和粘土表面負(fù)電荷；③聚胺分子通過強(qiáng)吸附性，吸附、包覆在在粘土顆粒表面，增強(qiáng)粘土表面疏水性，進(jìn)一步抑制粘土表面水化；④聚胺化合物的抑制作用具有一定長(zhǎng)效性，防止了因地層流體對(duì)地層沖刷作用而減弱聚胺對(duì)粘土的抑制作用，保證鉆井作業(yè)結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)的抑制效果[2]。

2.1 UltraHib聚胺抑制劑

UltraHib 聚胺抑制劑是麥克巴公司以聚醚二胺為主要單體合成的一種泥頁巖抑制劑，其分子量在10000以內(nèi)，具有良好的水溶性，對(duì)粘土礦物的滲透水化和表面水化具有良好抑制作用。麥克巴公司在以UltraHib聚胺抑制劑為主劑基礎(chǔ)上，配合使用降濾失劑PACLV、聚合物包被劑UltraCap 等，研制出了一種ULTRADRILL高抑制性水基鉆井液，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明該體系的抑制性和潤(rùn)滑性與油基鉆井液接近，同時(shí)具有安全可降解的特點(diǎn)。該體系在北美應(yīng)用過程中，有效抑制了泥頁巖水化膨脹分散，實(shí)現(xiàn)了井壁穩(wěn)定，有效地減少對(duì)儲(chǔ)層的損害。

2.2 LATIDRILL聚胺抑制劑

貝克休斯公司通過研究，合成出一種低分子量的聚胺抑制劑，并以此為主劑，配套使用聚合物包被劑和防泥包添加劑等，形成一套LATIDRILL 高性能水基鉆井液。該體系具有與油基鉆井液相當(dāng)?shù)哪囗搸r抑制性，可有效穩(wěn)定頁巖，提高巖屑整體性和機(jī)械鉆速，減小阻力，且利于環(huán)保。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種鉆井，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，采用LATIDRILL 高性能水基鉆井液井底沒有鉆頭泥包現(xiàn)象，鉆屑能很好地被包裹[3]。

2.3 PF-HAB聚胺抑制劑

中海油服通過對(duì)泥頁巖水化機(jī)理的研究，合成出代號(hào)為PF-HAB 的多元聚胺抑制劑，通過配套使用PF-HLUB 高效潤(rùn)滑劑和PF-VIS-B 增粘提切劑，形成的HEM 鉆井液體系，在渤海南部海域BZ34-1NC4 和BZ34-1A-D2h 井進(jìn)行了成功應(yīng)用，解決了泥巖地層易水化分散的難題。

2.4 SDPA強(qiáng)水化聚胺抑制劑

中國(guó)石油大學(xué)（華東）通過研究，合成了一種代號(hào)為SDPA的聚胺強(qiáng)水化抑制劑。該抑制劑是一種帶有多種官能團(tuán)的胺基化合物，具有良好的水溶性，溶解后水溶液顯正電。室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，這種抑制劑能抗溫120℃，具有良好的抗鹽性，通過優(yōu)選與之配套的處理劑形成的聚胺高性能水基鉆井液體系，能夠應(yīng)用到深水鉆井中。

2.5 UHIB的聚胺抑制劑

長(zhǎng)江大學(xué)和中海油服合作研發(fā)了代號(hào)為UHIB 的聚胺抑制劑，分析比較了UHIB 和ULTRADRILL 體系中ULTRAHIB 抑制劑的性能。以該抑制劑為主劑形成的水基鉆井液，并在渤中地區(qū)油田使用時(shí)取得了良好的效果[4]。

2.6 其他聚胺抑制劑

除了以上幾種聚胺抑制劑外，山東大學(xué)和渤海鉆探合作研制了一種有機(jī)胺抑制劑BZ-AN1；北京鉆井研究院合成了一種胺基抑制劑SIAT，在洪浩爾舒特凹陷達(dá)林洪69 井進(jìn)行了成功應(yīng)用；南化集團(tuán)研究院與油田單位合作研制出聚胺抑制劑NH-1，在四川泥巖井段使用，成功解決了該井段井壁失穩(wěn)的技術(shù)難題。

此外，湖北漢科新科技的HPA 聚胺抑制劑、青海油田公司和遼河油田分公司的UAE聚胺抑制劑、中國(guó)石油大學(xué)（華東）的胺基聚醇抑制劑AP-1都相繼研究成功，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)均取得了良好的井壁穩(wěn)定效果[5]。

3 發(fā)展趨勢(shì)

隨著油氣資源勘探難度的增加，井底溫度逐漸增加，地層也越來越復(fù)雜，對(duì)水基鉆井液用抑制劑也提出了嚴(yán)格要求。為滿足油氣資源勘探開發(fā)需求，抑制劑的發(fā)展方向主要集中在這幾個(gè)方面：①抗高溫性。目前聚胺類抑制劑最高抗溫150℃，無法滿足深井、超深井鉆井需求，因此必須從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行攻關(guān)，設(shè)計(jì)出抗溫性更高的抑制劑；②環(huán)保可降解性。隨著環(huán)境保護(hù)要求越來越高，必須使鉆井液用處理劑具有良好的環(huán)境兼容能力，抑制劑由于用量較大更應(yīng)該注重可降解能力，應(yīng)選擇綠色環(huán)保的原材料采用綠色工藝進(jìn)行合成或深度化學(xué)改性，制備綠色新型鉆井液處理劑；③經(jīng)濟(jì)可行性。抑制劑的研究還必須兼顧成本因素，將成本控制在有效范圍內(nèi)，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜地層綠色、安全、經(jīng)濟(jì)、高效鉆進(jìn)的技術(shù)需求。