一种耐高温强吸附型高效页岩抑制剂的制备及机理研究

针对目前页岩储层开采过程中存在的井壁失稳问题,通过分子结构设计,以二乙烯三胺、丙烯酸甲酯、缩水甘油三甲基氯化铵、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷为单体,甲醇为反应溶剂,制得一种耐高温、强吸附型高效页岩抑制剂(HBP-NTK)。通过线性膨胀、岩屑滚动回收、抑制造浆等实验评价HBP-NTK的抑制性能,结果表明,与同类型超支化结构抑制剂相比,HBP-NTK能更加有效抑制膨润土的水化分散与膨胀,并表现出优异的耐温性,与现场钻井液体系适配性良好。所提出的机理表明,HBP-NTK分子结构中的强吸附基团胺基和硅氧基能够吸附插层在黏土晶片间,依靠分子链的桥连和锚固作用,将黏土颗粒牢固束缚在一起,有效防止黏土的水化分散;分子结构中的NH+4嵌入黏土网状结构中进行离子交换压缩扩散双电层,与外层吸附包裹在黏土颗粒表面的胺基、硅氧基分子链形成内部抑制水化膨胀、外部抑制水化分散的协同抑制机制,有效减弱了黏土的水化膨胀与分散。

新型双亲性水基钻井液页岩抑制剂的合成及应用

针对河南油田泌阳泥页岩井段钻井施工过程中,因频繁出现水化膨胀而导致井壁失稳、剥落掉块等问题,本文以月桂酰氯改性超支化聚乙烯亚胺(HPEI)为原料,于室内合成了一种新型的双亲性页岩抑制剂(HPEI-C_(12)_(12)),并对其合成条件和页岩水化抑制性能进行了评价。结果表明:在引发剂N,N-二乙基乙胺加量(质量分数,下同)为8%、月桂酰氯加量为30%、反应时间为24 h和反应温度为25℃条件下合成的HPEI-C_(12)性能最佳;通过线性膨胀实验和岩屑滚动回收实验对HPEI-C_(12)抑制性能进行评价。结果表明:HPEI-C_(12)具备优异的抑制性能和耐温性能,在120℃条件下,岩屑滚动回收率为65.0%;此外,HPEI-C_(12)与现场钻井液体系具备良好的适配性,对体系流变性能影响极小,加入体系后岩屑滚动回收率提升至82.0%,能够满足目标井段对钻井液性能的要求。