水基钻井液用泥页岩抑制剂研究探讨

付毓伟 罗兵 叶政蔚 肖鹏

1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司 广东 湛江 524057

2. 中海油服务股份有限公司油田技术事业部湛江作业公司 广东 湛江 524057

随着抑制剂种类的不断增加，水基钻井液技术也得到了不断的发展和进步。从最初的简单抑制剂到如今的复合抑制剂，抑制剂技术已经成为水基钻井液制备中不可或缺的一部分。这种技术的发展不仅提高了钻井液的性能和效率，还为国内外油田勘探开发提供了重要的技术支撑。特别是在非常规油气资源的开发中，抑制剂技术发挥了重要作用。随着全球对非常规油气资源的需求不断增加，抑制剂技术也在不断地创新和发展。通过不断地研究和应用抑制剂技术，可以更好地利用和开发非常规油气资源，为全球能源安全做出重要贡献。

1 传统钻井液用抑制剂

1.1 阳离子类抑制剂

在石油勘探和生产中，钻井液是一种重要的作业液体，它不仅需要具备良好的润滑降阻作用，还需要具备抑制钻屑的能力。在这个过程中，阳离子类抑制剂被广泛应用。目前已经发展出大、小阳离子类抑制剂[1]。大阳离子具有较好的桥联作用，它可以显著降低钻屑的负电性，从而有效地抑制钻屑的分散能力，同时还能够清除钻井液中的无用固相。这种抑制剂在石油勘探和生产过程中具有重要的应用价值。小阳离子主要靠静电作用可吸附在地层和岩屑表面，阻隔粘土颗粒与水的接触，从而达到抑制的目的。环氧丙基三甲基氯化铵是最具代表性的小阳离子型表面活性剂，它在石油勘探和生产中得到了广泛应用。总之，阳离子类抑制剂在石油勘探和生产中具有重要的应用价值[2]。大、小阳离子类抑制剂具有不同的特点和应用范围，可以根据不同的作业需要进行选择和使用，从而提高作业效率和效果。

1.2 聚胺酸类抑制剂

近年来，钻井液抑制剂的研究和应用受到广泛关注。目前，季铵盐类化合物是一种常用的抑制剂，但它也存在着一些缺点。相比之下，两亲性聚胺酸抑制剂具有水溶性好、热稳定性高、不水解、安全环保等优点，并且与其它处理剂具有良好的配伍性。但是，两亲性聚胺酸抑制剂的长效抑制性较差，因此在高固相钻井液中难以达到最佳抑制效果。除了两亲性聚胺酸抑制剂，烷基二胺类、乙醇二胺抑制剂也是常用的抑制剂。这些抑制剂成本低、低毒，但对于高蒙脱石含量地层的抑制性较差，因此没有得到大范围推广应用。每种抑制剂都有其优点和缺点[3]。钻井液抑制剂的研发和应用需要根据实际情况进行选择，以达到最佳效果。未来，随着科技的发展和环保意识的提高，新型的抑制剂将会不断涌现，为钻井液的生产和应用带来更多的选择。

1.3 铵(胺)类抑制剂

NHCI是一种代表性的铵(胺)类抑制剂，这种物质的抑制机理是通过分解出NHCI，然后优先吸附在粘土表面，压缩晶层，促进脱水，从而抑制粘土水化。NHCI离子具有与粘土硅氧四面体氧原子六角环网络直径相当的特点，可以嵌入网络结构，阻止水分子进入晶层，进一步抑制粘土水化。这种物质的主要优点是通过抑制粘土水化来提高钻井液的性能，从而使钻井作业更加高效。然而，NHCI也有一些缺点，其中最主要的是抗温性差，在碱性环境中容易分解出有害气体NHs。因此，在钻井现场中应用NHCI时要非常谨慎。为了避免NHCI分解产生NH带来的危害,又选用季铵盐作为泥页岩抑制剂。然而，季铵盐抑制剂的抑制性受到钻井液体系pH值的影响较大。只有在pH值较低的环境中，季铵盐抑制剂才能更好地发挥其抑制作用。因此，在使用季铵盐抑制剂时，需要根据实际情况进行调整。此外，季铵盐抑制剂与阴离子型处理剂的配伍性较差，需要注意这一点。虽然季铵盐抑制剂具有很好的抑制效果，但是由于其未得到大范围的推广应用，很多人对其了解不够深入，因此在实际使用中还需要更多的研究和探索[4]。季铵盐抑制剂是一种很有潜力的泥页岩抑制剂，可以有效地保障钻井作业的安全。但是，在使用时需要注意其抑制性受到pH值的影响，以及与其他处理剂的配伍性问题。希望未来能够对季铵盐抑制剂进行更深入的研究，推广其在钻井作业中的应用。

2 新型聚胺抑制剂

随着油气开采技术的不断发展，钻井液的抑制性也面临着越来越高的要求。为了解决这一问题，分子量极低的聚胺类化合物被加入到水基钻井液中作为抑制剂，这一做法已经在国内外许多油田和区块得到了成功应用。这种化合物具有很强的表面活性，可以与粘土矿物表面形成物理吸附作用，从而提高了钻井液对高粘土矿物地层的抑制性。同时，这种聚胺类化合物的分子量非常低，可以更容易地渗透到地层缝隙中，增强了井壁的稳定效果[5]。经过实际应用的验证，钻井液中加入聚胺类化合物后，其抑制性和井壁稳定效果都得到了显著增强，有效地提高了钻井效率和安全性。因此，这种技术在油气开采领域具有广泛的应用前景。

2.1 UltraHib聚胺抑制剂

UltraHib是一种新型的泥页岩抑制剂，其主要单体为聚醚二胺。该产品具有良好的水溶性，能够有效地抑制粘土矿物的渗透水化和表面水化。此外，配合使用降滤失剂PAC-LV和聚合物包被剂UltraCap等，可以研制出高抑制性水基钻井液。UL-TRADRILL高抑制性水基钻井液是一种应用UltraHib的水基钻井液，经过评价实验表明，其抑制性和润滑性与油基钻井液接近，同时具有安全可降解的特点。在北美的应用过程中，ULTRADRILL高抑制性水基钻井液有效地抑制了泥页岩的水化膨胀分散，实现了井壁的稳定，有效地减少了对储层的损害。这种抑制剂的研发具有重要意义。在石油勘探和开采过程中，泥页岩的水化膨胀分散会导致井壁不稳定，严重影响钻井的进展和储层的保护。传统的油基钻井液虽然具有较好的抑制性和润滑性，但由于其成分复杂，对环境的影响较大，因此受到了越来越多的限制和监管。而高抑制性水基钻井液则可以有效地解决这些问题，成为了一种新的替代品。未来，随着油气资源的不断开采和环境保护的要求越来越高，高抑制性水基钻井液的应用前景将会越来越广阔。

2.2 LATIDRILL聚胺抑制剂

贝克休斯公司研究出低分子量的聚胺抑制剂，这是一个重大的突破，对水基钻井液的发展具有重要的意义。聚胺抑制剂可以有效地控制泥页岩的膨胀和分散，从而提高岩屑整体性和机械钻速，减小阻力。同时，聚胺抑制剂具有环保的特点，可以替代传统的油基钻井液，减少对环境的污染。为了更好地发挥聚胺抑制剂的作用，贝克休斯公司配套使用了聚合物包被剂和防泥包添加剂，构成了LATIDRILL高性能水基钻井液。这种钻井液具有与油基钻井液相当的泥页岩抑制性，可以稳定钻孔，提高钻井效率。与此同时，LATIDRILL高性能水基钻井液还具有环保的特点，可以减少对环境的污染，符合现代社会对环境保护的要求。LATIDRILL高性能水基钻井液已经被广泛应用于各种钻井，包括海上和陆上钻井。现场应用数据表明，该钻井液的效果良好，可以稳定钻孔，提高钻井效率，同时减少对环境的污染。贝克休斯公司将继续改进和优化该钻井液的配方，为钻井行业的发展做出更大的贡献。

2.3 PF-HAB聚胺抑制剂

近日，中海油服成功研究出泥页岩水化机理，并采用一种代号为PF-HAB的多元聚胺抑制剂来解决泥岩地层易水化分散的难题。同时，该公司还配套使用高效润滑剂PF-HLUB和增粘提切剂PF-VIS-B，形成了一种名为HEM的钻井液体系。据介绍，HEM钻井液体系已成功应用于渤海南部海域BZ34—1N-C4和BZ34—1A-D2h井，取得了良好的效果。这一成果对于我国海域油气勘探具有重要意义。HEM钻井液体系的成功应用，得益于中海油服对泥页岩水化机理的深入研究。泥页岩在钻井过程中容易分散水化，导致固相含量下降、黏度增大、流动性变差等问题，给钻井带来了极大的困扰。中海油服通过对泥页岩水化机理的研究，发现多元聚胺抑制剂能够有效地抑制泥页岩的水化，从而解决了泥岩地层易水化分散的难题。除了多元聚胺抑制剂，中海油服还研发了高效润滑剂PF-HLUB和增粘提切剂PF-VIS-B，这两种剂型的使用能够进一步提高HEM钻井液体系的性能。经过实际应用，HEM钻井液体系成功地应对了复杂的地层环境，为海域油气勘探提供了新的技术支持。

2.4 SDPA强水聚胺化抑制剂

中国石油大学(华东)研究团队成功研制出一种名为SDPA的聚胺强水化抑制剂。该研发成果可以有效地提高水基钻井液的性能，特别是在深水钻井中具有重要的应用前景。SDPA是一种带有多种官能团的胺基化合物，具有良好的水溶性和正电性。与传统的聚胺类化合物相比，SDPA还具有更高的抗温和抗盐性能。这意味着，在高温高盐的环境下，SDPA可以更好地发挥其抑制水化作用，从而提高钻井液的稳定性和可靠性。除了SDPA本身的优良性能外，研究团队还通过优选与SDPA配套的处理剂，成功地形成了一种聚胺高性能水基钻井液体系。这种液体系统不仅具有较高的水化抑制效果，还可以在高温高压的深水环境中保持流动性和稳定性。目前，SDPA聚胺高性能水基钻井液体系已经在深水钻井中进行了应用实验，并取得了良好的效果。未来，这种新型聚胺强水化抑制剂将能够广泛应用于深水钻井等领域，为油气勘探和开发提供更加可靠的技术支持。

2.5 UHIB的聚胺抑制剂

长江大学和中海油服合作研发代号为UHIB的聚胺抑制剂，旨在开发一种更为高效的钻井液添加剂，以提高钻井的效率和降低成本。这种聚胺抑制剂的研发过程中，经过了多次试验和优化，最终确定了UHIB作为主要的抑制剂[6]。与此同时，为了进一步提高钻井液的效果，研究人员将UHIB和ULTRADRILL体系中的ULTRAHIB抑制剂进行了性能比较。通过实验结果的分析，发现UHIB的抑制效果更为明显，可以在更广泛的温度和压力范围内发挥出其优异的性能。基于UHIB的优异性能，研究人员进一步开发了一种以UHIB为主剂形成的水基钻井液。通过实验的验证，这种钻井液具有良好的稳定性和防护性能，能够有效地减少井壁垮塌、降低钻头磨损等问题，从而提高了钻井的效率和安全性。在渤中地区油田的应用中，这种水基钻井液取得了良好的效果。它不仅可以有效地保护井壁不受侵蚀和垮塌，同时还可以提高钻头的寿命，减少钻井过程中的故障和维修次数，为油田的开发提供了有力的支持和保障。总的来说，UHIB的研发和应用为钻井行业带来了重要的进步和创新，其优异的性能和效果不仅提高了钻井的效率和安全性，同时还为油田的开发提供了重要的保障和支持。未来，我们有理由相信，这种聚胺抑制剂和水基钻井液将在更广泛的领域和应用中发挥其重要的作用和价值。

2.6 其它聚胺抑制剂

有机胺抑制剂BZ一AN1、胺基抑制剂SIAT以及聚胺抑制剂NH-1是当前油田工业中应用广泛的三种抑制剂。这些抑制剂的研制，主要是为了解决在油气开采过程中，井壁失稳、漏失等问题，从而提高油气开采效率和安全性。其中，山东大学和渤海钻探合作研制的有机胺抑制剂BZ一AN1，是一种高效、低毒、环保型的新型抑制剂。经过实验室和现场的测试，该抑制剂的使用效果明显，能够有效地抑制井壁失稳现象，提高油气开采效率。北京钻井研究院合成的胺基抑制剂SIAT，在洪浩尔舒特凹陷达林洪69井的应用中也取得了显著的效果。该抑制剂能够迅速地降低井壁的摩擦系数，减少井壁失稳的发生，从而提高钻井效率。此外，该抑制剂的使用还可以降低钻头、井壁等设备的磨损程度，延长使用寿命。南化集团研究院与油田单位合作研制的聚胺抑制剂NH-1，则是一种高分子化合物。NH-1的研制过程中，采用了多种新型化学技术，使得该抑制剂具有了更高的抑制效果和更强的稳定性。在四川泥岩井段的使用中，NH-1成功地解决了该井段井壁失稳的技术难题，为油气开采提供了有力的支持。有机胺抑制剂BZ一AN1、胺基抑制剂SIAT以及聚胺抑制剂NH-1，都是当前油气开采工业中应用广泛的抑制剂。这些新型抑制剂的研制和应用，为油气开采提供了更加可靠、高效的技术支持，也有助于推动我国油气开采工业的进一步发展。

3 结语

总的来说，分析和展望抑制剂技术对推动钻井液技术发展具有重要意义。只有不断地创新和发展抑制剂技术，才能更好地满足石油勘探开发的需求，提高勘探效率和经济效益。同时，这也有助于推动全球能源的可持续发展，为人类社会的繁荣和发展做出更大的贡献。