有機胺抑制劑WAN-1室內評價及應用

劉 偉,鄭志成,郭 輝，仇博識

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司，山東東營 257061)

有機胺水溶性好、低毒，與其它添加劑兼容性強，不易水解。有機胺的分子結構獨特，可充填在黏土層間，并把它們束縛在一起，可有效地降低黏土水化膨脹；有機胺水基鉆井液最核心的部分是新型胺基抑制劑的應用[1-2]。通過在常規水基鉆井液中加入有機胺作為抑制劑，有機胺與水作用產生堿性的同時，有機胺自身解離為一類具有能與黏土負電性顆粒吸附性能的陽離子化合物，抑制黏土的水化分散[3-5]。目前常用的氨基抑制劑有多種，且性能指標不同，加量范圍也有差異，因此，在新型的有機胺抑制劑WAN-1應用于現場之前，需要通過大量的室內實驗驗證其性能特點，并確定其合適的加量。

1 室內評價實驗

1.1 有機胺WAN-1對黏土造漿性的影響

抑制膨潤土造漿和維持鉆井液流變性的能力是評價抑制劑最適用的方法。實驗選用6%的膨潤土漿為基漿，加入不同量的有機胺抑制劑WAN-1后，在120 ℃條件下，高溫滾動16 h，自然冷卻后高速攪拌5 min，測其性能。實驗結果表明，在相同的膨潤土含量下，加有WAN-1的實驗漿中，鉆井液表觀黏度和切力明顯低于不加抑制劑的鉆井液，說明WAN-1能有效抑制膨潤土的造漿。有機胺抑制劑WAN-1加量越大，對黏土的抑制性越強，但有聚結黏土顆粒的負效應。當有機胺WAN-1加量大于1%時，實驗漿的塑性黏度、動切力、初終切都相應減小，濾失量大幅增加。由此，確定有機胺抑制劑WAN-1的加量范圍為0.5%～1.0%。

1.2 有機胺對鉆井液體系流變和濾失性能的影響

實驗選用4%膨潤土+2%LV-CMC+2%SMP-1作為1#實驗基漿，6%膨潤土+2%LV-CMC+2%SMP-1作為2#實驗基漿，兩種實驗漿中分別加入0.1%、0.2%、0.5%和1%的有機胺WAN-1，測其常溫和150 ℃老化16 h后的性能(表1)，從中可看出，隨著有機胺WAN-1加量的增加，兩種基漿的各項流變參數都相應增加，失水也有增加，但是高溫老化16 h后，各項流變參數略有降低，且黏土含量的增加對流變參數影響不大，這說明有機胺WAN-1的加入可有效抑制黏土分散。

1.3 頁巖滾動回收實驗

泥頁巖的水化分散、剝蝕掉塊是其主要特性，因此，測定泥頁巖的分散狀態是評價抑制劑抑制性能的重要手段和方法。頁巖的分散性能直接關系到井壁的穩定性，因此，它是對井壁穩定性進行宏觀評價的一項重要指標。

選取鹽227-1HF井的巖屑為評價巖樣，選用蒸餾水、6%KCl、1%有機胺WAN-1溶液、2%甲酸鉀和2%硅酸鈉溶液作為被評價溶液，將巖樣放入盛有被評價溶液的老化罐中，在120℃下，熱滾16h，再將巖樣和被評價溶液倒入40目的標準篩，將篩余物清洗、干燥后稱重，最后進行評價，評價結果見圖1。

從中可以看出，1%有機胺WAN-1溶液有較高的頁巖回收率，特別是二次回收率較高，說明有機胺具有高濃度的胺基基團密度，保證有機胺良好的吸附性能和抑制效果。有機胺的弱堿性及弱離解性能使得有機胺作用濃度一直處于平衡狀態，胺基持續與地層孔隙表面黏土中最易于水化的基團吸附，覆蓋在黏土表面，可進一步地防止水化膨脹因素的影響，能夠明顯提高一次回收率和二次回收率[6-7]，有利于保證井壁穩定以及保護油氣層。

表1 有機胺WAN-1對黏土鉆井液體系流變性和濾失性能的影響情況

圖1 頁巖滾動回收率情況

1.4 巖心浸泡實驗

巖心浸泡實驗是將配制的人工巖心放置到含有不同抑制劑的溶液中，浸泡一段時間后觀察巖心，根據巖心的完整程度來評價不同抑制劑的抑制防塌能力。將人造巖心分別放入蒸餾水、7%KCl溶液、2%硅酸鈉溶液和1%有機胺WAN-1溶液中，浸泡48 h，然后進行對比。結果表明，巖心在1%有機胺WAN-1溶液中浸泡48 h后的完整度最高，接近95%，其次為7%KCl溶液中浸泡的巖心，完整度為80%左右。這充分說明1%有機胺WAN-1溶液的抑制性最好。

1.5 有機胺WAN-1對蒙脫土黏土顆粒Zeta的影響

實驗測定了吸附平衡后的蒙脫土黏土顆粒的Zeta電位隨有機胺濃度的變化趨勢，如圖2所示。隨有機胺WAN-1溶液質量分數的增加，黏土顆粒Zeta電勢絕對值先降低，然后緩慢增加，但總體變化幅度不大，均在-45 mV到-30 mV之間，沒有出現典型陽離子活性劑在黏土顆粒上吸附時所發生的電荷符號反轉。

圖2 蒙脫土黏土顆粒Zeta電勢隨有機胺加量的變化

上述實驗結果表明，有機胺WAN-1具有良好的抑制黏土造漿能力和抑制泥頁巖分散能力，且不影響蒙脫土黏土顆粒的Zeta電位。

2 在非常規油氣藏水平井的應用

鹽227區塊位于勝利油田濟陽坳陷東營凹陷北部陡坡構造帶，該地區沙三中下泥巖微裂縫、層理發育，極易發生坍塌掉塊，造成起下鉆憋泵，甚至井塌。因此，確保井壁穩定是該地區鉆井施工成功的關鍵。

常規解決地層坍塌的主要技術是加入足量的防塌材料以加強封堵，提高密度以平衡坍塌壓力，提高黏度以減輕沖刷。隨著技術的提高，人們認識到抑制黏土分散也是解決地層坍塌的關鍵[10]。當鉆井液中的自由水侵入泥巖裂縫時，泥巖必定水化分散，嚴重時造成井壁坍塌。如果鉆井液中加入適量的抑制劑，抑制劑伴隨自由水侵入地層后，抑制劑抑制泥巖的水化分散，從而減輕井壁失穩的可能性。

基于上述理論，結合實際情況經驗和大量室內實驗，針對鹽227區塊非常規油氣藏水平井，優選配制出的WAN-1為主劑封堵防塌鉆井液體系。體系主要配方為：(5%～7%)膨潤土+(0.3%～0.5%)PAM +1%有機胺WAN-1 +(2%～3%)抗鹽抗高溫防塌降濾失劑+(1%～2%)磺化酚醛樹脂+(3%～4%)磺化瀝青+3%超細碳酸鈣+(6%～8%)原油，并在室內對該體系進行了性能評價，性能參數見表2。

表2 有機胺強抑制封堵防塌鉆井液體系性能參數

該體系成功完成鹽227區塊8口非常規油氣藏水平井的鉆井，8口井水平位移均大于1 000 m，三開裸眼段最長的為2 736 m，沙三中下泥巖段長達1 150 m左右?，F以鹽227-5HF井為例，介紹有機胺強抑制封堵防塌鉆井液體系的應用。

鹽227-5HF井完鉆井深4 740m，垂深3 919.35m，水平位移1 429.82m，最大井斜67.95°，三開裸眼段長2 438m，沙三中下泥巖段長1 140 m。三開開鉆前將聚合物防塌鉆井液體系轉化為有機胺強抑制封堵防塌鉆井液體系，該井三開井段鉆井液性能見表3。

表3 鹽227-5HF井三開鉆井液性能

三開井段施工過程中，有機胺WAN-1抑制作用具有長效性，鉆井作業結束后也具有長時間的地層抑制效果。有機胺抑制劑WAN-1的作用程度不同于季銨鹽類化合物，沒有出現季銨鹽類抑制劑引起的鉆井液性能突變、甚至絮凝現象。

有機胺抑制劑具有較高的胺基濃度和較高的酸中和當量濃度，能吸附在鉆具表面，減輕鉆具的腐蝕；同時能中和地層酸性氣體，且具有較好的緩沖容量，保證了鉆井液的性能穩定[9-10]，這充分說明有機胺強抑制劑WAN-1有優良的抑制性能和防塌能力。

3 結論

(1)有機胺強抑制封堵防塌鉆井液體系具有長期高效的抑制黏土分散的性能，可保證井壁的穩定。

(2)蒙脫土黏土顆粒Zeta的影響實驗，驗證了有機胺WAN-1是一種優良的抑制劑。

(3)有機胺強抑制封堵防塌鉆井液體系，沒有出現季銨鹽類鉆井液性能突變、甚至絮凝現象，能減輕鉆具的腐蝕，保證鉆井液的性能穩定。

(4)在勝利油田鹽227區塊現場應用證明，有機胺強抑制封堵防塌鉆井液體系具有優良的抑制性能和防塌能力。

[1] 鐘漢毅,邱正松,黃維安,等.胺類頁巖抑制劑特點及研究進展[J].石油鉆探技術,2010，38(1):104-108.

[2] Friedheim J,Sartor G,New water-base drilling fluid makes mark in GOM[C].DrillingContractor,2002.

[3] 孫德軍,王君,王立亞.非離子型有機胺提高鉆井液抑制性的室內研究[J].鉆井液與完井液,2009,26(5):7-9.

[4] 王樹永.鋁胺高性能水基鉆井液的研究與應用[J].鉆井液與完井液,2008,25(4):23-25.

[5] 張克勤,何綸,安淑芳，等.國外高性能水基鉆井液介紹[J].鉆井液與完井液,2007,24(3):68-73.

[6] Dye W,Daugereau K,Hansen N,et al.New water-based mud balances high-performance drilling and envi-ronmental compliance[R].SPE 92367,2003.

[7] 蘇秀純,李洪俊,代禮揚,等.強抑制性鉆井液用有機胺抑制劑的性能研究[J].鉆井液與完井液,2011,28(2):32-35.

[8] 梁為,陳志學,孫夢慈，等.青西地區復雜深井鉆井液技術研究與應用[J].鉆井液與完井液,2006,23(3):47-50.

[9] 呂開河,韓立國,史濤,等.有機胺抑制劑對鉆井液性能的影響研究[J]. 鉆采工藝,2011,35(2):75-76.

[10] 鐘漢毅,邱正松,黃維安，等.胺類頁巖抑制劑特點及研究進展[J].石油鉆探技術,2010,38(1):104-108.