劉勇，李俊，王國慶,2,3 (.川慶鉆探工程有限公司國際公司厄瓜多爾分公司技術服務部，四川 成都 60056；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 7008；3.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西 西安 7008)

1 聚胺類抑制劑

1.1 發(fā)展歷程

陽離子交換是幾乎所有抑制性鉆井液中最主要的抑制機理。陽離子頁巖抑制劑能夠吸附在帶負電的黏土表面，從而表現(xiàn)出比傳統(tǒng)陰離子類抑制劑更好的效果。鉀離子能有效抑制頁巖膨脹，但其使用濃度較高，對環(huán)境帶來不利影響。從最初應用銨離子發(fā)展到目前的陽離子化聚胺頁巖抑制劑。

1.2 分類

(1)一價陽離子胺類：主要優(yōu)點是使用時的質(zhì)量分數(shù)低，由于溫度穩(wěn)定性較差、氣味強烈、毒性和頁巖抑制性差等，應用受到限制。(2)陽離子化胺類：陽離子化胺類能夠進入黏土層間并將其中的水分子排擠出來。具有更持久的黏土穩(wěn)定作用，而且不會解吸附。(3)聚合物季胺類：優(yōu)點在于能夠提供多個陽離子吸附點，長久穩(wěn)定頁巖。只能吸附在黏土表面，與陰離子處理劑配伍性差、黏度高和毒性強使得聚合物季胺類應用受到限制。

1.3 作用機理

新型聚醚二胺作為頁巖抑制劑應用于高性能水基鉆井液中，它屬于陽離子化聚胺類。這類新型頁巖抑制劑抑制頁巖膨脹的機理主要是通過胺基特有的吸附而起作用，與質(zhì)子結(jié)合后生成兩個銨正離子，分別吸附在相鄰的黏土片層上，并將黏土片層束縛在一起。同時，銨正離子與水分子形成氫鍵，強化了胺分子在黏土層間的吸附。

2 鋁鹽抑制劑

2.1 分類

(1)可溶性鋁鹽溶解時產(chǎn)生的鋁離子在一個八面體構象中以六角形的水化離子存在。鋁水解得到的酸性溶液實際上都是水溶性的鋁鹽。(2)在適當?shù)臈l件下，鋁元素會生成一種兩性氫氧化物。在pH值較高時，它會生成水溶性的四羥基鋁陰離子。(3)利用鋁的氫氧化物在頁巖孔喉內(nèi)或微裂縫內(nèi)的沉積作用，可增強井壁穩(wěn)定性。

2.2 作用機理

采用鋁化學方法增強井壁穩(wěn)定性，其依據(jù)是改變頁巖的物理和化學性質(zhì)。與頁巖之間發(fā)生離子交換的方法不同，該方法根據(jù)鋁化學原理，通過生成氫氧化鋁沉淀，最終與地層礦物的基質(zhì)結(jié)合成一體。這種鋁的沉淀物能顯著增強井壁穩(wěn)定性，提高敏感性頁巖的物理強度，并形成一種物理的屏蔽帶，阻止鉆井液濾液進一步侵入頁巖。

3 聚合醇類抑制劑

3.1 概況

常見的聚合醇包括：乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙三醇和聚亞烷基二醇等。由于每種聚合醇有其自身的優(yōu)缺點，所以目前現(xiàn)場常用的聚合醇，實際上為多元聚合醇，即幾種聚合醇的混合物。

3.2 作用機理

(1)濁點機理：這種觀點假設聚合醇的濁點行為是抑制機理的關鍵。(2)吸附機理：眾所周知，聚合醇在水溶液中將在黏土上發(fā)生吸附。而這種黏土和聚合醇的結(jié)合被認為是聚合醇鉆井液抑制性的主要來源。聚合醇與水分子在頁巖中的黏土上發(fā)生吸附競爭，減緩了水分子形成有序結(jié)構的速率。(3)增黏機理：有人認為聚合醇鉆井液黏度的增加也是其產(chǎn)生抑制性的一個因素。黏度的增加減低了水侵入頁巖的速率，從而延遲了頁巖分散的發(fā)生。

4 西方鉆井液公司頁巖抑制劑使用

調(diào)研在厄瓜多爾進行鉆井液技術服務MI SWACO、Q MAX、HALLIBURTON和BAKER HUGHES等西方公司頁巖抑制劑優(yōu)選。MI SWACO公司所使用的主要頁巖抑制劑名為KLA STOP,Q MAX公司所使用的主要頁巖抑制劑名為QMAXDRILLl,HALLIBURTON公司所使用的主要頁巖抑制劑名為CLAY SEAL PLUS，以上三種產(chǎn)品實際上均為液體狀胺類聚合物。BAKER HUGHES公司所使用的主要頁巖抑制劑名為ALPLEX，是一種不含氯離子的液體狀絡合鋁類頁巖抑制劑。該產(chǎn)品的特點是鉆井液性能容易控制。在具體使用頁巖抑制劑方面，均選擇與絮凝劑PHPA共同作用抑制頁巖水化分散。在高性能水基鉆井液體系中，倘若添加胺類抑制劑，低分子量的胺類像鉀離子一樣穿透黏土層，低濃度的胺類解吸附帶水化膜的可交換陽離子，通過靜電吸附、氫鍵作用和偶極作用等將黏土片層束縛在一起，阻止水分子進入；倘若添加絡合鋁類抑制劑，則在泥頁巖的孔隙和微裂縫內(nèi)形成不溶于水的鋁絡合物，加固和穩(wěn)定井壁，抑制巖屑分散。通過胺類抑制劑或者絡合鋁類抑制劑的抑制作用與PHPA的包被封堵，二者協(xié)同作用，能達到優(yōu)良的抑制效果，實現(xiàn)總體抑制。為了達到更好地抑制效果，配合添加了聚合醇、低黏聚陰離子纖維素、瀝青、褐煤和超細碳酸鈣，共同作用來降低失水、改善泥餅，起到更好地泥頁巖抑制作用[1-3]。

5 PARAHUACU油田頁巖抑制劑優(yōu)選及應用

5.1 SEAL鉆井液體系優(yōu)選

針對原配方優(yōu)化體系抑制性防塌性能，進一步優(yōu)化架橋封堵性能，潤滑性能。(1)針對原配方優(yōu)化體系防塌性能和濾失造壁性能，提高了抑制劑加量，引入其他濾失造壁處理劑。優(yōu)選了幾種降濾失劑包括磺化瀝青，乳化白瀝青，聚陰離子纖維素，天然高分子降濾失劑，羥丙基淀粉。試驗結(jié)果顯示聚合物降濾失劑效果較好，復配配合性好，濾失造壁效果更好。(2)針對原配方優(yōu)化體系防塌性能和濾失造壁性能，提高了抑制劑加量，引入其他濾失造壁處理劑。采用巖屑熱滾回收率的方法評價鉆井液配方抑制性性能，確定防塌低傷害液相體系抑制性能?？梢钥闯觯壕郯穼r屑的水化分散抑制性效果優(yōu)良，抑制巖屑水化分散性能效果顯著。通過上述若干組實驗得出超細石墨提高體系封堵及潤滑性能，提高聚胺加量由0.5%至1%，提高體系抑制性能，有利于安全鉆進，提高機械鉆速。(3)流變性能優(yōu)化評價。一般來說要控制鉆井液流變性能實現(xiàn)：①降低成本；②提高鉆頭機械速度；③有效懸浮鉆屑；④降低抽吸壓力及恢復循環(huán)的壓力；⑤在地面分離鉆屑和侵入的氣體；⑥減少井眼侵蝕。對于Parahuacu油田面臨的提速問題，看出鉆井液體系流變性能對于傳遞水力功率、破巖、攜帶巖屑至關重要，當然泵的排量是必要的條件。從流變數(shù)據(jù)分析該鉆井液體系剪切稀釋性最好，水眼黏度低，有利于提高機械鉆速。同時隨著井溫升高，體系剪切稀釋性增強，有利于井眼凈化。

5.2 DRILIN鉆井液體系優(yōu)選

(1)處理劑優(yōu)化。在鉆開油氣層時，鉆井液的固相進入油氣層造成孔喉堵塞，其液相進入油氣層與油氣層巖石和流體作用，破壞油氣層原有的平衡，從而誘發(fā)油氣層潛在損害因素，造成滲透率下降。因此針對儲層段優(yōu)化主要在屏蔽暫堵性能和降低濾失量。室內(nèi)測試了原抑制性體系配方中，引入天然高分子聚合物和超細鈣后的鉆井液性能變化。由測試結(jié)果看出，加入兩種濾失造壁材料后流變性能變化不大，說明處理劑不影響體系黏切參數(shù)，有利于性能維護。通過中壓濾失實驗和高溫高壓失水實驗(100 ℃)，可以看出天然高分子降濾失劑和超細鈣的加入，能降低濾失量和高溫高壓濾失量，封堵孔喉，進一步降低儲層段鉆井液失水，減少固相顆粒和液相侵入儲層，降低儲層傷害。(2)架橋顆粒優(yōu)化。Parahuacu油田儲層段鉆井液主要優(yōu)化屏蔽暫堵性能和降低濾失量。利用石灰石材料進行儲層砂巖架橋暫堵，實現(xiàn)顆粒級配優(yōu)化。由計算軟件得出以比例80%∶20%石灰石325∶石灰石200進行組配，粒徑分布曲線能與理想填充曲線較好擬合，實現(xiàn)封堵。在與現(xiàn)場鉆井液粒徑匹配進行綜合分析。假設現(xiàn)場泥漿固相含量20%時，計算得出現(xiàn)場鉆井液中加入所配比的石灰石，能較好的實現(xiàn)理想封堵。

6 結(jié)語

在鉆井液技術服務當中，遇到長段的泥頁巖敏感地層時，一般會選擇KCl、聚合醇和改性瀝青來配制鉆井液非常有效。然而，由于厄瓜多爾對環(huán)境保護要求嚴苛，KCl和改性瀝青不在我們的選擇范圍以內(nèi)。通過優(yōu)選聚胺、聚合醇，配伍KPAM在PARAHUACU油田PRH 井場等6口井的現(xiàn)場應用取得了成功。

(1)聚胺頁巖抑制劑主要通過胺基特有的吸附而起作用，低分子陽離子化聚胺類因其抑制性強、生物毒性低、與其他處理劑配伍性好等優(yōu)點。(2)聚胺強抑制性體系抑制滲透、水化、膨脹分散，對泥頁巖微裂縫和微孔隙的封堵降低地層壓力傳遞，防止井壁失穩(wěn)和降低儲層傷害。(3)該鉆井液體系主要解決了由于井壁失穩(wěn)和井眼凈化引起的遇阻等井下復雜，優(yōu)化鉆井液性能輔助提高機械鉆速。(4)頁巖抑制劑優(yōu)選及在厄瓜多爾Parahuacu油田現(xiàn)場成功應用實踐，可以在厄瓜多爾其他區(qū)塊推廣使用。