探讨半透膜成膜研究进展

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1、探讨半透膜成膜研究进展ok3mer等人研制成功了取代糖类成膜剂和丙烯酸盐类成膜剂[28],在北海海域应用成功。Shell公司申请专利制备了乙氧基化/丙氧基化多元醇,添加葡萄糖苷、甘油、丙二醇或聚甘油构成成膜体系,提高了泥页岩的渗透效率[29]。Shell公司申请专利将聚丙三醇与乙氧基化/丙氧基化的二醇类物质混合,改善了提高了泥页岩的渗透效率[30]。Drummond等人利用碱性条件下可溶、酸性条件下不容的物质特性,选择分类、长链脂肪羧酸类、正硅酸、硅酸盐作为成膜剂,研究了其膜效率[31]。M-I钻井液公司

2、研发了一种原位成膜体系,由含醛基或酮基的化合物和二胺类物质构成,通过原位pH引发,利用胺基与醛或酮的反应生成不溶性沉淀,进行孔隙封堵[32]。2水基钻井液成膜机理研究虽然国内外的学者对于泥页岩成膜以及成膜剂成膜机理都提出了一定的见解,但还未有一种观点能够被学者们广泛接受。目前报道的成膜剂的目的主要是减小孔隙尺寸。对于聚多醇类成膜剂,最为研究人员所接受的是聚乙二醇的浊点行为;其水溶液被加热到一定温度时,会出现微粒而变混浊;这些微粒可封堵地层孔喉并形成致密的表面膜,阻止滤液向地层渗透,避免泥页岩水化分散而造成

3、井眼不稳定[33,34]。甲酸盐钻井液稳定地层、保护储层的机理主要表现在以下方面:甲酸盐的HCOO-离子与粘土端面的正电荷相吸引有利于防止水化,稳定粘土矿物,降低敏感性矿物引起的储层损害;甲酸盐的HCOO-离子与水分子形成的氢键对自由水具有很强的“束缚”能力;钻井液滤液矿化度相对较高,与储层配伍性好,可降低低渗储层的水敏损害和水锁损害;甲酸盐钻井液滤液活度较低,故在特低渗储层和泥页岩地层可实现其抑制性[35,36]。有机硅酸盐分子中含有硅酸根基团,具有硅酸根的一般性质,即在井下有可能发生以下两个反应:一是

4、有机硅酸盐的硅酸根基团中的Si-O与无机硅酸盐(井壁上的泥页岩、粘土等)发生化学反应,形成键能较大(452KJ/mol)、稳定Si-Si链键的一层较坚固的薄膜;二是带负电的有机硅酸盐分子体积很小,足以因扩散和水力流动而进入页岩孔隙中,当这些有机硅酸盐半透膜剂进入孔隙,水的pH值接近中性后,会克服凝聚而形成三维网状凝胶结构,同时地层水中的多价金属离子迅速与这些半透膜剂反应生成不溶沉淀物,有效封堵泥页岩孔隙。由此形成的物理屏障可降低页岩渗透率,防止滤液侵入和压力穿透,阻止水及钻井液进入地层,因而可防止泥页岩水

5、化分散、膨胀,防止井壁坍塌[37]。3基于钻井液-泥页岩井壁界面的半透膜成膜研究发展趋势尽管目前已经开发出多种类型的成膜钻井液,并且在钻井过程中得到应用,但是国内报道的成膜剂技术都是依据其一定的作用效果来推测在井壁上形成了半透膜。人们对于与之相关的一些基础科学问题研究相对较少,而且也没有统一的认识。成膜物质在泥页岩表面是如何成膜,所得半透膜的孔径大小及微结构,以及膜表面缺陷的分布及其形成原因。泥页岩表面微结构及钻井液体系中其它物种对成膜过程有什么影响?同时,在实际的使用过程中,随着时间的推移,上述半透膜将

6、会被污染,并进一步转化为不透水的隔离膜[14,20],研究半透膜和隔离膜的动态变化也同样重要。如果能够搞清楚上述问题,将会对井壁半透膜的形成过程有更为清晰的认识,从而指导我们研发更为有效成膜钻井液。图1半透膜的动态变化示意图目前国际上钻井液技术正在向着成膜和纳米技术应用的方向发展。在纳米水平和分子水平上探讨膜的形成机理,从根本上提出改善泥页岩膜效率的途径,结合物理化学、胶体化学和有机化学等理论知识,研发高效新型成膜剂是世界钻井液技术进步的关键之一。4结论基于钻井液-泥页岩井壁的成膜(半透膜)水基钻井液技术

7、同比钻井液学科的发展还处在一个新生阶段。虽然国内外的学者对于泥页岩成膜以及聚合物成膜机理都提出了一定的见解,但还未有一种观点能够被学者们广泛接受。此外,成膜剂的研发,膜技术的推广也都处于一个起步的阶段。因此,实现成膜技术在钻井技术中的广泛应用还需要在以下几个方面进行研究:①研究泥页岩成膜机理,在纳米水平和分子水平上探讨膜的形成机理,探讨半渗透膜表面微结构及膜厚度的动态变化情况,从根本上提出改善泥页岩膜效率的途径。②结合物理化学、胶体化学和有机化学等理论知识,研发高效成膜剂,新型成膜剂的开发是钻井液技术进步

8、的关键。