新型胺基硅醇強抑制劑性能評價

邢希金，王 薦，馮桓榰，蔣 卓

（1.中海油研究總院，北京 100028；2.荊州市漢科新技術研究所，湖北荊州 434000）

聚胺因其具有較強的黏土抑制性，近年來被廣泛應用在油氣鉆探中[1，2]。聚胺的抑制性源于其具有兩個以上強吸附胺基基團和具有親水性基團-OH，其抑制黏土礦物分散的機理為胺分子在溶液中部分解離形成銨正離子，與黏土層間的無機陽離子形成化學勢差。在化學勢差的驅動下，聚胺進入黏土層間，質子化銨離子通過離子交換作用置換出無機水化陽離子，降低黏土顆粒的Zeta 電位。同時聚胺與黏土表面硅氧烷基形成氫鍵，進一步強化在黏土表面的吸附[3-5]。在聚胺的基礎上，引入硅醇成膜基團，形成了新一代胺基硅醇強抑制劑，本文對該新型抑制劑進行了評價。

1 胺基硅醇分子結構

胺基硅醇是聚胺抑制劑的升級產品。胺基硅醇在聚胺抑制劑的基礎上引入硅羥基，其分子結構（見圖1）。胺基硅醇保留了兩個以上強吸附胺基基團，通過電荷吸附在黏土顆粒表面，形成牢固化學吸附，壓縮雙電層防止黏土水化膨脹；胺基硅醇增加了硅羥基基團，在黏土表面能有效形成疏水層，有效保證黏土表面具有合理的水化膜，阻止和減緩黏土表面的水化作用。從分子結構上胺基硅醇同時具備了聚胺強抑制和硅醇成膜特征。

圖1 胺基硅醇分子結構

2 胺基硅醇抑制性評價

為考察胺基硅醇的黏土抑制效果，本文設計了膨脹率和黏附量實驗，并對其疏水特征進行觀察。

2.1 抑制能力

以清水作為空白樣，分別對新型抑制劑胺基硅醇HAS 及渤海常用的小陽離子JFC、有機正電膠JHM-YJ抑制劑在等濃度下進行純屬膨脹率測試，測試介質相同，測試時間為8 h，測試結果（見表1）。由測試數據可知，同樣為2%的抑制劑加量，清水的8 h 膨脹率為60 %，聚胺的膨脹率為18.14 %，常用抑制劑小陽離子和有機正電膠的膨脹率為20.35 %～23.65 %，而胺基硅醇的線性膨脹率僅為10.65 %，防膨效果明顯優于渤海常用的抑制劑。

表1 線性膨脹率對比實驗結果

2.2 黏附量

黏附量實驗通常是用來評價鉆井液的防鉆頭、鉆具泥包性能，鉆頭、鉆具泥包的本質是鉆井液抑制泥頁巖能力差。實驗方法為取一支空心鋼管洗凈、涼干、稱重，插入待測樣品靜置15 min，提出并靜止1 min，待不再有明顯鉆井液滴出時稱重，計算黏附量[6]。重復上述實驗步驟，保持相同的插入深度，計算黏附量。以基漿為空白樣，分別對比基漿+1.5 %HAS、基漿+40 %鉆屑及基漿+1.5 %HAS+40 %鉆屑的黏附量，考察了胺基硅醇的防黏附效果，結果（見圖2）。由圖2 實驗結果可以看出，在不加入鉆屑的情況下，加入1.5 %胺基硅醇的黏附量較基漿的黏附量略低，其對比結果不明顯；當加入40 %鉆屑后，沒有加入胺基硅醇樣品的黏附量達20 g 以上，加入1.5 %胺基硅醇的黏附量僅為14 g，對比效果明顯。通過黏附量測試實驗可知，胺基硅醇抑制劑具有較好的防黏附效果。

圖2 黏附量對比實驗

圖3 胺基硅醇疏水性實驗

2.3 疏水特性

為考察胺基硅醇的疏水特性，可將砂巖浸泡在胺基硅醇水溶液中8 h，在室溫下讓砂巖與胺基硅醇水溶液充分接觸，然后將水點在砂巖表面，觀察水滴的形態。實驗觀察的照片（見圖3），從照片中可以看出，水滴在巖石表面呈孤立狀態，且接觸角較大，說明巖石表面形成較好的疏水膜，證明胺基硅醇具有較好的疏水特性。

3 胺基硅醇鉆井液性能評價

一種好的抑制劑除提高體系的抑制能力外，還應與鉆井液中其他處理劑有較好地適應性。為考察胺基硅醇抑制劑的適應性，選擇渤海油田廣泛使用的PLUS/KCl 體系為基礎，分別測試1.5 %胺基硅醇對流變性、抑制性及抗污染能力的影響。

PLUS/KCl 基本配方為2.5 %海水土漿+0.15 %Na2CO3+0.2 %NaOH+0.3 %PF-PAC-LV+0.5 %包被劑PF-PLUS+2 %PF-LSF+1.50 %PF-FLO+5 %KCl+0.10 %XC，加重劑加重至1.10 g/cm3。

3.1 流變性

以PLUS/KCl 鉆井液體系為空白樣，對比加入1.5%HAS 后鉆井液流變性變化情況，實驗結果（見表2）。從對比結果中可知，熱滾前流變性有明顯差異，但熱滾后流變性無明顯差異。滾前差異主要是由于在配漿過程中攪拌時間的不同，聚合物溶解分散程度不同所致，其結果不具有參考性。因此參考滾后流變數據，加入1.5 %HAS 對PLUS/KCl 體系的流變性無明顯影響。

3.2 抑制性能

抑制性評價采用了巖屑滾動回收率法和巖屑膨脹率法，以清水作為空白樣，兩種方法的對比評價結果（見表3）。由抑制性對比結果可知，PLUS/KCl 體系的巖屑回收率為72.33 %，加入1.5 %HAS 后滾動回收率為87.33 %，同比滾動回收率提高了15 %。PLUS/KCl 鉆井液在90 ℃×0.7 MPa×16 h 條件下的巖屑膨脹率為8.7 %，而加入1.5 %HAS 后巖屑膨脹率為3.6 %，同比巖屑膨脹率下降5.1 %。實驗結果說明胺基硅醇能有效提高鉆井液體系的抑制性。

3.3 抗污染性能

抗污染性能評價了PLUS/KCl 鉆井液加入1.5 %HAS 后對抗氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉及鉆屑能力的影響。通過對比空白樣，加入1 %CaCl2僅表觀黏度與塑性黏度稍有下降，其他性能均無較大變化，表明體系具備一定抗鈣侵能力；加入1 %MgCl2與CaCl2情況基本相同；加入5 %NaCl 后表觀黏度、塑性黏度及動切力均有小幅下降，但其性能仍然可以滿足工程要求，表明體系具備抗鹽侵能力；加入20 %鉆屑后黏度和切力都有提高，但提高幅度較小，表明胺基硅醇抑制能力強，增強了泥漿抗鉆屑污染能力。綜上分析認為加1.5 %HAS 不影響PLUS/KCl 鉆井液體系的抗污染能力（見表4）。

表2 流變性對比實驗結果

表3 抑制性對比實驗結果

表4 抗污染性能評價結果

4 結論與認識

（1）胺基硅醇是聚胺抑制劑的升級產品，從分子結構上胺基硅醇同時具備了聚胺強抑制和硅醇成膜特征。

（2）膨脹率、黏附量實驗表明，胺基硅醇防膨效果明顯優于渤海常用的抑制劑，具有較好的防黏附效果，并能夠在巖石表面形成較好的疏水膜，具有較好的疏水特性。

（3）在渤海油田常用的PLUS/KCl 鉆井液基礎上加入1.5 %胺基硅醇，實驗證明對流變性無明顯變化，胺基硅醇能有效提高鉆井液體系的抑制性，保持鉆井液體系的抗污染能力。

［1］ 魯嬌，方向晨，王安杰，等.國外聚胺類鉆井液用頁巖抑制劑開發［J］.現代化工，2012，32（4）：1-5.

［2］ 王中華.關于聚胺和“聚胺”鉆井液的幾點認識［J］.中外能源，2012，17（11）：36-42.

［3］ 邱正松，鐘漢毅，黃維安.新型聚胺頁巖抑制劑特性及作用機理［J］.石油學報，2011，32（4）：678-682.

［4］ 許明標，張春陽，徐博韜，等.一種新型高性能聚胺聚合物鉆井液的研制［J］.天然氣工業，2008，28（12）：51-53.

［5］ 王薦，舒福昌，吳彬，等.強抑制聚胺鉆井液體系室內研究［J］.油田化學，2007，24（4）：296-300.

［6］ 岳前升，劉書杰，黃凱文，等.鉆井液提速劑性能研究［J］.石油天然氣學報，2011，33（4）：115-117.