聚胺抑制防塌钻井液的研究及其在川西地区的推广应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年l2月第36卷第12期JournalofOilandGasTechnology(J．JPDDec．2014Vo1．36No．12聚胺抑制防塌钻井液的研究及其在川西地区的推广应用李尧，杨国兴，樊志刚，王权阳王方博，王旭东，陈果／中石化西南石油工程有限公司、＼钻井工程研究院，四Jll德阳6q0000／[摘要]针对四川川西地区井壁失稳的技术难题，参考强抑制性水基聚胺钻井液体系研究及应用现状，通过室内试验优选出适合该地区的聚胺抑制防塌钻井液体系，该体系具有良好的流变性、抑制性、抗温性、防塌

2、性，并以先导性试验的方式在川西高庙4井、什邡115—1H井，石平2-1H井应用，取得了明显的效果。截至2O13年11月，已经成功应用于122口井，基本解决了四川相关地区井下井壁失稳技术难题。[关键词]聚胺类钻井液；井壁稳定；抑制防塌；川西地区[中图分类号]TE254[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2014)12—0137—06川西新场一孝泉构造上部易垮塌地层为侏罗系沙溪庙、白田坝和千佛崖组，泥岩、砂岩互层频繁，泥岩成分以伊利石、伊一蒙混层为主，伊利石长期水化易剥落，伊一蒙混层因膨胀系数不一致而崩散，均属于硬脆性垮塌；而下部易垮塌地层为三叠系须家

3、河组五段、三段，岩性为碳质泥岩夹薄煤层、煤线，富含层理，微孔隙、裂隙发育。钻探时钻井液滤液进入地层，降低岩石表面的摩擦因数，破坏岩石强度，出现垮塌掉块，引起井内阻卡等复杂情况。丰谷一高庙子构造于侏罗系遂宁组至沙溪庙组，井壁失稳严重，大段的软泥岩在施工中已长期浸泡，容易吸水膨胀缩径或掉块；在该井段钻进过程中，易引起钻进困难、蹩跳严重、上提遇阻、下钻困难、长井段划眼、卡钻等复杂情况；由于部分井段掉块严重形成了“大肚子”造成完钻后测井遇阻，延长了地层浸泡时间，造成储层污染，减少了开采率。川西马井构造地质情况复杂，表层地层岩性疏松、含砾，地层承压能力低，易漏、易塌、易

4、卡是其主要特点；同时地层压力敏感，压力稍高则漏，稍低则出水，较难控制；流砂层、砂砾层、胶结性差，附加含水丰富，容易造成长井段跨塌，卡钻，最严重的垮塌延续至井口，影响钻机基础和整个施工安全。四川地区川西区块钻井过程中井壁失稳的问题，一直是制约勘探开发的瓶颈口q]。聚胺抑制防塌钻井液又称高性能水基钻井液，是阳离子钻井液的新发展O、聚胺抑制防塌剂(JA一1)具有更高的抑制能力、防泥包能力等特点，其生物毒性低、与其他处理剂配伍性好。1聚胺抑制剂(JA一1)抑制机理探讨抑制黏土水化膨胀的途径有3种，即离子交换、对黏土颗粒进行包被、降低黏土表面的亲水性。钾离子由于水化半径

5、较小，水化能较低，易进入黏土层间两个氧六角环之间的空间交换出层间阳离子从而抑制黏土水化膨胀[4]。采用的聚胺抑制剂(南化集团研究院)，属于低分子量(相对分子质量<1000)类聚合物，其抑制机理是由于聚胺页岩抑制剂的胺基氮原子具有未共用电子对，能与质子结合，因此当聚胺页岩抑制剂溶解于水时其会从水中夺取质子，形成带正电荷的铵正离子使水溶液呈弱碱性。其水解式如下：R—NH2+HO-"R-NH[+OH一[收稿日期]2014—06—17[作者简介]李尧(1983一)，男，2006年大学毕业，硕士，工程师，现主要从事钻井液技术研究工作。学兔兔www.xuetutu.com

6、·138·石油天然气工程2014年12月质子化的铵离子通过静电作用中和黏土颗粒表面负电荷，降低黏土层间水化斥力，这种作用效果与钾离子类似(黏土颗粒的等电点一般为6-8)，当体系的pH值大于等电点时，黏土颗粒的端面和表面均带负电。低分子量聚胺分子在溶液中部分解离形成铵正离子，与黏土层间的无机阳离子形成化学势差。在化学势差的驱动下，聚胺进入黏土层间，质子化铵离子通过离子交换作用，置换出无机水化阳离子，降低黏土颗粒的Zeta电位，并且其分子中的胺基，与质子结合后生成两个铵正离子，分别吸附在相邻的黏土片层上并将黏土片层束缚在一起。因此聚胺在黏土表面的吸附是一个不可逆的

7、过程，不易被其他离子交换解吸。静电引力和氢键二者共同作用降低黏土层间水化斥力，将黏土片层束缚在一起，并排挤出部分层间吸附水，减弱黏土水化。聚胺抑制防塌剂在黏土颗粒表面形成单层吸附后，聚胺抑制防塌剂分子链上的疏水基团部分覆盖在黏土表面，改变了黏土表面的结构，使黏土亲水性减弱，疏水性增强，阻止水分子进入，进一步抑制黏土水化膨胀。2聚胺抑制防塌钻井液体系室内研究2．1钻井液配方的确定在现有川西地区使用的钻井液体系的基础上，室内进行聚胺抑制防塌剂与川西高密度防塌钻井液体系的配伍性试验。在引人聚胺防塌抑制剂(JA—1)的基础上保证高密度、高温条件下钻井液体系的稳定性。选

8、用KC1、JHC、CaO及聚胺抑制防塌