水基鉆井液用泥頁巖抑制劑研究探討

付毓偉 羅兵 葉政蔚 肖鵬

1. 中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司 廣東 湛江 524057

2. 中海油服務股份有限公司油田技術事業部湛江作業公司 廣東 湛江 524057

隨著抑制劑種類的不斷增加，水基鉆井液技術也得到了不斷的發展和進步。從最初的簡單抑制劑到如今的復合抑制劑，抑制劑技術已經成為水基鉆井液制備中不可或缺的一部分。這種技術的發展不僅提高了鉆井液的性能和效率，還為國內外油田勘探開發提供了重要的技術支撐。特別是在非常規油氣資源的開發中，抑制劑技術發揮了重要作用。隨著全球對非常規油氣資源的需求不斷增加，抑制劑技術也在不斷地創新和發展。通過不斷地研究和應用抑制劑技術，可以更好地利用和開發非常規油氣資源，為全球能源安全做出重要貢獻。

1 傳統鉆井液用抑制劑

1.1 陽離子類抑制劑

在石油勘探和生產中，鉆井液是一種重要的作業液體，它不僅需要具備良好的潤滑降阻作用，還需要具備抑制鉆屑的能力。在這個過程中，陽離子類抑制劑被廣泛應用。目前已經發展出大、小陽離子類抑制劑[1]。大陽離子具有較好的橋聯作用，它可以顯著降低鉆屑的負電性，從而有效地抑制鉆屑的分散能力，同時還能夠清除鉆井液中的無用固相。這種抑制劑在石油勘探和生產過程中具有重要的應用價值。小陽離子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，從而達到抑制的目的。環氧丙基三甲基氯化銨是最具代表性的小陽離子型表面活性劑，它在石油勘探和生產中得到了廣泛應用?？傊栯x子類抑制劑在石油勘探和生產中具有重要的應用價值[2]。大、小陽離子類抑制劑具有不同的特點和應用范圍，可以根據不同的作業需要進行選擇和使用，從而提高作業效率和效果。

1.2 聚胺酸類抑制劑

近年來，鉆井液抑制劑的研究和應用受到廣泛關注。目前，季銨鹽類化合物是一種常用的抑制劑，但它也存在著一些缺點。相比之下，兩親性聚胺酸抑制劑具有水溶性好、熱穩定性高、不水解、安全環保等優點，并且與其它處理劑具有良好的配伍性。但是，兩親性聚胺酸抑制劑的長效抑制性較差，因此在高固相鉆井液中難以達到最佳抑制效果。除了兩親性聚胺酸抑制劑，烷基二胺類、乙醇二胺抑制劑也是常用的抑制劑。這些抑制劑成本低、低毒，但對于高蒙脫石含量地層的抑制性較差，因此沒有得到大范圍推廣應用。每種抑制劑都有其優點和缺點[3]。鉆井液抑制劑的研發和應用需要根據實際情況進行選擇，以達到最佳效果。未來，隨著科技的發展和環保意識的提高，新型的抑制劑將會不斷涌現，為鉆井液的生產和應用帶來更多的選擇。

1.3 銨(胺)類抑制劑

NHCI是一種代表性的銨(胺)類抑制劑，這種物質的抑制機理是通過分解出NHCI，然后優先吸附在粘土表面，壓縮晶層，促進脫水，從而抑制粘土水化。NHCI離子具有與粘土硅氧四面體氧原子六角環網絡直徑相當的特點，可以嵌入網絡結構，阻止水分子進入晶層，進一步抑制粘土水化。這種物質的主要優點是通過抑制粘土水化來提高鉆井液的性能，從而使鉆井作業更加高效。然而，NHCI也有一些缺點，其中最主要的是抗溫性差，在堿性環境中容易分解出有害氣體NHs。因此，在鉆井現場中應用NHCI時要非常謹慎。為了避免NHCI分解產生NH帶來的危害,又選用季銨鹽作為泥頁巖抑制劑。然而，季銨鹽抑制劑的抑制性受到鉆井液體系pH值的影響較大。只有在pH值較低的環境中，季銨鹽抑制劑才能更好地發揮其抑制作用。因此，在使用季銨鹽抑制劑時，需要根據實際情況進行調整。此外，季銨鹽抑制劑與陰離子型處理劑的配伍性較差，需要注意這一點。雖然季銨鹽抑制劑具有很好的抑制效果，但是由于其未得到大范圍的推廣應用，很多人對其了解不夠深入，因此在實際使用中還需要更多的研究和探索[4]。季銨鹽抑制劑是一種很有潛力的泥頁巖抑制劑，可以有效地保障鉆井作業的安全。但是，在使用時需要注意其抑制性受到pH值的影響，以及與其他處理劑的配伍性問題。希望未來能夠對季銨鹽抑制劑進行更深入的研究，推廣其在鉆井作業中的應用。

2 新型聚胺抑制劑

隨著油氣開采技術的不斷發展，鉆井液的抑制性也面臨著越來越高的要求。為了解決這一問題，分子量極低的聚胺類化合物被加入到水基鉆井液中作為抑制劑，這一做法已經在國內外許多油田和區塊得到了成功應用。這種化合物具有很強的表面活性，可以與粘土礦物表面形成物理吸附作用，從而提高了鉆井液對高粘土礦物地層的抑制性。同時，這種聚胺類化合物的分子量非常低，可以更容易地滲透到地層縫隙中，增強了井壁的穩定效果[5]。經過實際應用的驗證，鉆井液中加入聚胺類化合物后，其抑制性和井壁穩定效果都得到了顯著增強，有效地提高了鉆井效率和安全性。因此，這種技術在油氣開采領域具有廣泛的應用前景。

2.1 UltraHib聚胺抑制劑

UltraHib是一種新型的泥頁巖抑制劑，其主要單體為聚醚二胺。該產品具有良好的水溶性，能夠有效地抑制粘土礦物的滲透水化和表面水化。此外，配合使用降濾失劑PAC-LV和聚合物包被劑UltraCap等，可以研制出高抑制性水基鉆井液。UL-TRADRILL高抑制性水基鉆井液是一種應用UltraHib的水基鉆井液，經過評價實驗表明，其抑制性和潤滑性與油基鉆井液接近，同時具有安全可降解的特點。在北美的應用過程中，ULTRADRILL高抑制性水基鉆井液有效地抑制了泥頁巖的水化膨脹分散，實現了井壁的穩定，有效地減少了對儲層的損害。這種抑制劑的研發具有重要意義。在石油勘探和開采過程中，泥頁巖的水化膨脹分散會導致井壁不穩定，嚴重影響鉆井的進展和儲層的保護。傳統的油基鉆井液雖然具有較好的抑制性和潤滑性，但由于其成分復雜，對環境的影響較大，因此受到了越來越多的限制和監管。而高抑制性水基鉆井液則可以有效地解決這些問題，成為了一種新的替代品。未來，隨著油氣資源的不斷開采和環境保護的要求越來越高，高抑制性水基鉆井液的應用前景將會越來越廣闊。

2.2 LATIDRILL聚胺抑制劑

貝克休斯公司研究出低分子量的聚胺抑制劑，這是一個重大的突破，對水基鉆井液的發展具有重要的意義。聚胺抑制劑可以有效地控制泥頁巖的膨脹和分散，從而提高巖屑整體性和機械鉆速，減小阻力。同時，聚胺抑制劑具有環保的特點，可以替代傳統的油基鉆井液，減少對環境的污染。為了更好地發揮聚胺抑制劑的作用，貝克休斯公司配套使用了聚合物包被劑和防泥包添加劑，構成了LATIDRILL高性能水基鉆井液。這種鉆井液具有與油基鉆井液相當的泥頁巖抑制性，可以穩定鉆孔，提高鉆井效率。與此同時，LATIDRILL高性能水基鉆井液還具有環保的特點，可以減少對環境的污染，符合現代社會對環境保護的要求。LATIDRILL高性能水基鉆井液已經被廣泛應用于各種鉆井，包括海上和陸上鉆井?，F場應用數據表明，該鉆井液的效果良好，可以穩定鉆孔，提高鉆井效率，同時減少對環境的污染。貝克休斯公司將繼續改進和優化該鉆井液的配方，為鉆井行業的發展做出更大的貢獻。

2.3 PF-HAB聚胺抑制劑

近日，中海油服成功研究出泥頁巖水化機理，并采用一種代號為PF-HAB的多元聚胺抑制劑來解決泥巖地層易水化分散的難題。同時，該公司還配套使用高效潤滑劑PF-HLUB和增粘提切劑PF-VIS-B，形成了一種名為HEM的鉆井液體系。據介紹，HEM鉆井液體系已成功應用于渤海南部海域BZ34—1N-C4和BZ34—1A-D2h井，取得了良好的效果。這一成果對于我國海域油氣勘探具有重要意義。HEM鉆井液體系的成功應用，得益于中海油服對泥頁巖水化機理的深入研究。泥頁巖在鉆井過程中容易分散水化，導致固相含量下降、黏度增大、流動性變差等問題，給鉆井帶來了極大的困擾。中海油服通過對泥頁巖水化機理的研究，發現多元聚胺抑制劑能夠有效地抑制泥頁巖的水化，從而解決了泥巖地層易水化分散的難題。除了多元聚胺抑制劑，中海油服還研發了高效潤滑劑PF-HLUB和增粘提切劑PF-VIS-B，這兩種劑型的使用能夠進一步提高HEM鉆井液體系的性能。經過實際應用，HEM鉆井液體系成功地應對了復雜的地層環境，為海域油氣勘探提供了新的技術支持。

2.4 SDPA強水聚胺化抑制劑

中國石油大學(華東)研究團隊成功研制出一種名為SDPA的聚胺強水化抑制劑。該研發成果可以有效地提高水基鉆井液的性能，特別是在深水鉆井中具有重要的應用前景。SDPA是一種帶有多種官能團的胺基化合物，具有良好的水溶性和正電性。與傳統的聚胺類化合物相比，SDPA還具有更高的抗溫和抗鹽性能。這意味著，在高溫高鹽的環境下，SDPA可以更好地發揮其抑制水化作用，從而提高鉆井液的穩定性和可靠性。除了SDPA本身的優良性能外，研究團隊還通過優選與SDPA配套的處理劑，成功地形成了一種聚胺高性能水基鉆井液體系。這種液體系統不僅具有較高的水化抑制效果，還可以在高溫高壓的深水環境中保持流動性和穩定性。目前，SDPA聚胺高性能水基鉆井液體系已經在深水鉆井中進行了應用實驗，并取得了良好的效果。未來，這種新型聚胺強水化抑制劑將能夠廣泛應用于深水鉆井等領域，為油氣勘探和開發提供更加可靠的技術支持。

2.5 UHIB的聚胺抑制劑

長江大學和中海油服合作研發代號為UHIB的聚胺抑制劑，旨在開發一種更為高效的鉆井液添加劑，以提高鉆井的效率和降低成本。這種聚胺抑制劑的研發過程中，經過了多次試驗和優化，最終確定了UHIB作為主要的抑制劑[6]。與此同時，為了進一步提高鉆井液的效果，研究人員將UHIB和ULTRADRILL體系中的ULTRAHIB抑制劑進行了性能比較。通過實驗結果的分析，發現UHIB的抑制效果更為明顯，可以在更廣泛的溫度和壓力范圍內發揮出其優異的性能?；赨HIB的優異性能，研究人員進一步開發了一種以UHIB為主劑形成的水基鉆井液。通過實驗的驗證，這種鉆井液具有良好的穩定性和防護性能，能夠有效地減少井壁垮塌、降低鉆頭磨損等問題，從而提高了鉆井的效率和安全性。在渤中地區油田的應用中，這種水基鉆井液取得了良好的效果。它不僅可以有效地保護井壁不受侵蝕和垮塌，同時還可以提高鉆頭的壽命，減少鉆井過程中的故障和維修次數，為油田的開發提供了有力的支持和保障?？偟膩碚f，UHIB的研發和應用為鉆井行業帶來了重要的進步和創新，其優異的性能和效果不僅提高了鉆井的效率和安全性，同時還為油田的開發提供了重要的保障和支持。未來，我們有理由相信，這種聚胺抑制劑和水基鉆井液將在更廣泛的領域和應用中發揮其重要的作用和價值。

2.6 其它聚胺抑制劑

有機胺抑制劑BZ一AN1、胺基抑制劑SIAT以及聚胺抑制劑NH-1是當前油田工業中應用廣泛的三種抑制劑。這些抑制劑的研制，主要是為了解決在油氣開采過程中，井壁失穩、漏失等問題，從而提高油氣開采效率和安全性。其中，山東大學和渤海鉆探合作研制的有機胺抑制劑BZ一AN1，是一種高效、低毒、環保型的新型抑制劑。經過實驗室和現場的測試，該抑制劑的使用效果明顯，能夠有效地抑制井壁失穩現象，提高油氣開采效率。北京鉆井研究院合成的胺基抑制劑SIAT，在洪浩爾舒特凹陷達林洪69井的應用中也取得了顯著的效果。該抑制劑能夠迅速地降低井壁的摩擦系數，減少井壁失穩的發生，從而提高鉆井效率。此外，該抑制劑的使用還可以降低鉆頭、井壁等設備的磨損程度，延長使用壽命。南化集團研究院與油田單位合作研制的聚胺抑制劑NH-1，則是一種高分子化合物。NH-1的研制過程中，采用了多種新型化學技術，使得該抑制劑具有了更高的抑制效果和更強的穩定性。在四川泥巖井段的使用中，NH-1成功地解決了該井段井壁失穩的技術難題，為油氣開采提供了有力的支持。有機胺抑制劑BZ一AN1、胺基抑制劑SIAT以及聚胺抑制劑NH-1，都是當前油氣開采工業中應用廣泛的抑制劑。這些新型抑制劑的研制和應用，為油氣開采提供了更加可靠、高效的技術支持，也有助于推動我國油氣開采工業的進一步發展。

3 結語

總的來說，分析和展望抑制劑技術對推動鉆井液技術發展具有重要意義。只有不斷地創新和發展抑制劑技術，才能更好地滿足石油勘探開發的需求，提高勘探效率和經濟效益。同時，這也有助于推動全球能源的可持續發展，為人類社會的繁榮和發展做出更大的貢獻。