有机胺抑制剂WAN-1室内评价及应用

刘 伟,郑志成,郭 辉，仇博识

(中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东东营 257061)

有机胺水溶性好、低毒，与其它添加剂兼容性强，不易水解。有机胺的分子结构独特，可充填在黏土层间，并把它们束缚在一起，可有效地降低黏土水化膨胀；有机胺水基钻井液最核心的部分是新型胺基抑制剂的应用[1-2]。通过在常规水基钻井液中加入有机胺作为抑制剂，有机胺与水作用产生碱性的同时，有机胺自身解离为一类具有能与黏土负电性颗粒吸附性能的阳离子化合物，抑制黏土的水化分散[3-5]。目前常用的氨基抑制剂有多种，且性能指标不同，加量范围也有差异，因此，在新型的有机胺抑制剂WAN-1应用于现场之前，需要通过大量的室内实验验证其性能特点，并确定其合适的加量。

1 室内评价实验

1.1 有机胺WAN-1对黏土造浆性的影响

抑制膨润土造浆和维持钻井液流变性的能力是评价抑制剂最适用的方法。实验选用6%的膨润土浆为基浆，加入不同量的有机胺抑制剂WAN-1后，在120 ℃条件下，高温滚动16 h，自然冷却后高速搅拌5 min，测其性能。实验结果表明，在相同的膨润土含量下，加有WAN-1的实验浆中，钻井液表观黏度和切力明显低于不加抑制剂的钻井液，说明WAN-1能有效抑制膨润土的造浆。有机胺抑制剂WAN-1加量越大，对黏土的抑制性越强，但有聚结黏土颗粒的负效应。当有机胺WAN-1加量大于1%时，实验浆的塑性黏度、动切力、初终切都相应减小，滤失量大幅增加。由此，确定有机胺抑制剂WAN-1的加量范围为0.5%～1.0%。

1.2 有机胺对钻井液体系流变和滤失性能的影响

实验选用4%膨润土+2%LV-CMC+2%SMP-1作为1#实验基浆，6%膨润土+2%LV-CMC+2%SMP-1作为2#实验基浆，两种实验浆中分别加入0.1%、0.2%、0.5%和1%的有机胺WAN-1，测其常温和150 ℃老化16 h后的性能(表1)，从中可看出，随着有机胺WAN-1加量的增加，两种基浆的各项流变参数都相应增加，失水也有增加，但是高温老化16 h后，各项流变参数略有降低，且黏土含量的增加对流变参数影响不大，这说明有机胺WAN-1的加入可有效抑制黏土分散。

1.3 页岩滚动回收实验

泥页岩的水化分散、剥蚀掉块是其主要特性，因此，测定泥页岩的分散状态是评价抑制剂抑制性能的重要手段和方法。页岩的分散性能直接关系到井壁的稳定性，因此，它是对井壁稳定性进行宏观评价的一项重要指标。

选取盐227-1HF井的岩屑为评价岩样，选用蒸馏水、6%KCl、1%有机胺WAN-1溶液、2%甲酸钾和2%硅酸钠溶液作为被评价溶液，将岩样放入盛有被评价溶液的老化罐中，在120℃下，热滚16h，再将岩样和被评价溶液倒入40目的标准筛，将筛余物清洗、干燥后称重，最后进行评价，评价结果见图1。

从中可以看出，1%有机胺WAN-1溶液有较高的页岩回收率，特别是二次回收率较高，说明有机胺具有高浓度的胺基基团密度，保证有机胺良好的吸附性能和抑制效果。有机胺的弱碱性及弱离解性能使得有机胺作用浓度一直处于平衡状态，胺基持续与地层孔隙表面黏土中最易于水化的基团吸附，覆盖在黏土表面，可进一步地防止水化膨胀因素的影响，能够明显提高一次回收率和二次回收率[6-7]，有利于保证井壁稳定以及保护油气层。

表1 有机胺WAN-1对黏土钻井液体系流变性和滤失性能的影响情况

图1 页岩滚动回收率情况

1.4 岩心浸泡实验

岩心浸泡实验是将配制的人工岩心放置到含有不同抑制剂的溶液中，浸泡一段时间后观察岩心，根据岩心的完整程度来评价不同抑制剂的抑制防塌能力。将人造岩心分别放入蒸馏水、7%KCl溶液、2%硅酸钠溶液和1%有机胺WAN-1溶液中，浸泡48 h，然后进行对比。结果表明，岩心在1%有机胺WAN-1溶液中浸泡48 h后的完整度最高，接近95%，其次为7%KCl溶液中浸泡的岩心，完整度为80%左右。这充分说明1%有机胺WAN-1溶液的抑制性最好。

1.5 有机胺WAN-1对蒙脱土黏土颗粒Zeta的影响

实验测定了吸附平衡后的蒙脱土黏土颗粒的Zeta电位随有机胺浓度的变化趋势，如图2所示。随有机胺WAN-1溶液质量分数的增加，黏土颗粒Zeta电势绝对值先降低，然后缓慢增加，但总体变化幅度不大，均在-45 mV到-30 mV之间，没有出现典型阳离子活性剂在黏土颗粒上吸附时所发生的电荷符号反转。

图2 蒙脱土黏土颗粒Zeta电势随有机胺加量的变化

上述实验结果表明，有机胺WAN-1具有良好的抑制黏土造浆能力和抑制泥页岩分散能力，且不影响蒙脱土黏土颗粒的Zeta电位。

2 在非常规油气藏水平井的应用

盐227区块位于胜利油田济阳坳陷东营凹陷北部陡坡构造带，该地区沙三中下泥岩微裂缝、层理发育，极易发生坍塌掉块，造成起下钻憋泵，甚至井塌。因此，确保井壁稳定是该地区钻井施工成功的关键。

常规解决地层坍塌的主要技术是加入足量的防塌材料以加强封堵，提高密度以平衡坍塌压力，提高黏度以减轻冲刷。随着技术的提高，人们认识到抑制黏土分散也是解决地层坍塌的关键[10]。当钻井液中的自由水侵入泥岩裂缝时，泥岩必定水化分散，严重时造成井壁坍塌。如果钻井液中加入适量的抑制剂，抑制剂伴随自由水侵入地层后，抑制剂抑制泥岩的水化分散，从而减轻井壁失稳的可能性。

基于上述理论，结合实际情况经验和大量室内实验，针对盐227区块非常规油气藏水平井，优选配制出的WAN-1为主剂封堵防塌钻井液体系。体系主要配方为：(5%～7%)膨润土+(0.3%～0.5%)PAM +1%有机胺WAN-1 +(2%～3%)抗盐抗高温防塌降滤失剂+(1%～2%)磺化酚醛树脂+(3%～4%)磺化沥青+3%超细碳酸钙+(6%～8%)原油，并在室内对该体系进行了性能评价，性能参数见表2。

表2 有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系性能参数

该体系成功完成盐227区块8口非常规油气藏水平井的钻井，8口井水平位移均大于1 000 m，三开裸眼段最长的为2 736 m，沙三中下泥岩段长达1 150 m左右。现以盐227-5HF井为例，介绍有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系的应用。

盐227-5HF井完钻井深4 740m，垂深3 919.35m，水平位移1 429.82m，最大井斜67.95°，三开裸眼段长2 438m，沙三中下泥岩段长1 140 m。三开开钻前将聚合物防塌钻井液体系转化为有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系，该井三开井段钻井液性能见表3。

表3 盐227-5HF井三开钻井液性能

三开井段施工过程中，有机胺WAN-1抑制作用具有长效性，钻井作业结束后也具有长时间的地层抑制效果。有机胺抑制剂WAN-1的作用程度不同于季铵盐类化合物，没有出现季铵盐类抑制剂引起的钻井液性能突变、甚至絮凝现象。

有机胺抑制剂具有较高的胺基浓度和较高的酸中和当量浓度，能吸附在钻具表面，减轻钻具的腐蚀；同时能中和地层酸性气体，且具有较好的缓冲容量，保证了钻井液的性能稳定[9-10]，这充分说明有机胺强抑制剂WAN-1有优良的抑制性能和防塌能力。

3 结论

(1)有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系具有长期高效的抑制黏土分散的性能，可保证井壁的稳定。

(2)蒙脱土黏土颗粒Zeta的影响实验，验证了有机胺WAN-1是一种优良的抑制剂。

(3)有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系，没有出现季铵盐类钻井液性能突变、甚至絮凝现象，能减轻钻具的腐蚀，保证钻井液的性能稳定。

(4)在胜利油田盐227区块现场应用证明，有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系具有优良的抑制性能和防塌能力。

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[10] 钟汉毅,邱正松,黄维安，等.胺类页岩抑制剂特点及研究进展[J].石油钻探技术,2010,38(1):104-108.