高性能胺基钻井液技术

尤其是醚基的存在，一方面增强
了胺类化合物的水溶性，更适合在 水基钻井液中应用；另一方面消除 了胺类化合物中因碳链增长而引起 的毒性问题；
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四、抑制作用机理分析
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-NH2极性大，易被粘土优先吸附，会促使粘土晶层
间脱水，减小膨胀力； 引入醚键，可适当增长骨架
碳链，使其嵌入粘土晶层，可
6.5 4.5 4.0
8.6
8.8 5.8 6.0
33
32 37 33
16
16 19 14
17
16 18 19
抑制剂SIAT的添加对钻井液体系的流变性能、滤失性能等影响很 小，与钻井液体系中其它处理剂的配伍性好。
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三、胺基抑制剂性能评价
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经对比评价，所合成SIAT的抑制性能优于KCl、小阳
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技术交流与汇报
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高性能胺基钻井液技术
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汇报提纲
一、研究背景
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二、胺基抑制剂研制
三、胺基抑制剂性能评价 四、抑制作用机理分析 五、高性能胺基钻井液体系优化 六、钻井液体系性能对比评价 七、优势及适用性 八、现场应用预期效果
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一、研究背景
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世界范围内所钻地层中超过90%为泥页岩地层，钻井过程 中约75%的工程问题与泥页岩有关。
胺基抑制剂SIAT的合成
合成胺类化合物的方法有：
离去基团法（先加入易离去基团反应物，发生SN反应后再 离去） 优点：设备要求简单 缺点：副反应多、易污染环境、原料与产物不易分离
催化胺化法（适于放大生产）
优点：选择性好、转化率高、对环境污染小、后处理方 便 缺点：设备要求高，安全生产要求高
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三、胺基抑制剂性能评价 四、抑制作用机理分析 五、高性能胺基钻井液体系优化 六、钻井液体系性能对比评价 七、优势及适用性 八、现场应用预期效果
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四、抑制作用机理分析
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胺基抑制剂SIAT的抑制机理表现在： SIAT具有独特的分子结构，含有 多个胺基，存在醚键，与小阳离子 等胺基抑制剂具有很大的区别；
钻井过程中泥页岩地层常出现： 井壁坍塌
井径扩大 卡钻 扭矩及阻力增大 有效解决方法： 油基钻井液（成本高，污染大） 强抑制性的水基钻井液
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井壁失稳造成的井径扩大
一、研究背景
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COOH
铵盐或胺类化合物作为泥页岩抑制剂的研究由来已久：
R N R R
季铵盐
+
N
R
HOOC
NH
NH
4.7%
58.5% 86.5% 65.3% 88.3% 50.5% 63.4%
添加1wt%SIAT后，能明显提高体系的钻屑回收率（提高约20%）， 表明添加SIAT对泥页岩钻屑具有良好的抑制性能。
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三、胺基抑制剂性能评价
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3、SIAT配伍性能评价
配方1＃：11.5%甲酸钠+1.0%改性淀粉+0.5%XC 配方2＃：配方1#+1%SIAT
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GC/MS分析：
SIAT的GC图
UltraHib的GC图
两种化合物的气相色谱图基本一致，出峰的 保留时间及峰形都非常相近。
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二、胺基抑制剂研制
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SIAT中GC保留时间为 16.086min的组分所对应EI-MS图
UltraHib中GC保留时间为 16.070min的组分对应EI-MS图
两种化合物的GC/MS谱图基本一致，GC中出峰的保留时间及峰形相同， 且EI-MS中的碎片峰也相同，均出现了脂肪胺类化合物的系列特征碎片离 子m/z 30、44、58。
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二、胺基抑制剂研制
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通过谱图分析，表明所合成的化合物：
符合起初设计的分子结构 特征，化学结构中含有胺基， 存在醚键，与国外UltraHib 样品吻合；
IR分析：
SIAT的红外光谱
UltraHib的红外光谱
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两者IR谱图形状相似，均分别在波数3360、2970、2875、1580、 1456、1107、920、860、833及443cm-1附近出现特征吸收峰
二、胺基抑制剂研制
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ESI-MS分析（分析有机化合物或聚合物的分子量 ）：
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三、胺基抑制剂性能评价
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250 200
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清水 CSW SIAT
KCl UltraHib
3r/min读数
120 100 80 60 40 20 0
清水 CSW SIAT
KCl UltraHib
600r/min读数
150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 膨润土的添加百分比，%
COOH
两亲性聚胺酸
CH CH CH O
小阳离子
+
3
H 2N NH2
烷基二胺类（已二胺）
2
CH
2
N CH
CH
. Cl 3
3
不足：
抑制性能不理想
易水解，稳定性差
与其它处理剂配伍性差
生物毒性大，受环保限制
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汇报提纲
一、研究背景
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二、胺基抑制剂研制
三、胺基抑制剂性能评价 四、抑制作用机理分析 五、高性能胺基钻井液体系优化 六、钻井液体系性能对比评价 七、优势及适用性 八、现场应用预期效果
编号 钻井液体系配方 回收率
0#
1# 2# 3# 4# 5# 6#
清水
11.5%甲酸钠+1.0%改性淀粉+0.5%XC 配方1#+1%SIAT 2%KCl+0.5%UltraCap+1%PAC-Lv+0.5%XC (用重晶石加重到1.20 g/cm3) 配方3#+1%SIAT (用重晶石加重到1.20 g/cm3) 2%KCl+2%CSW-1+3%CMS+0.2%80A51+0.3%XC+2%CMJ-2+1%JYW-1 配方5#+1%SIAT
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三、胺基抑制剂性能评价
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1、SIAT对膨润土抑制性能评价
为评价胺类化合物SIAT的抑制性能，实验中对 KCl、CSW、UltraHib样品和SIAT进行了抑制性能对 比。通过添加膨润土，测定体系流变性能的变化来 评价其抑制性。 体系抑制性能越强，膨润土越不易水化，添加 的膨润土对体系的流变性能影响越小，所添加膨润 土的量越多。
SIAT的ESI-MS图
UltraHib的ESI-MS图
SIAT与UltraHib的ESI-MS图中都出现了m/z分别为249、307、365、 423、481的主峰，依次相差58，说明两者均属于混合物，由聚合度不同、 结构单元相同的低聚物组成，且聚合物的最大分子量不超过1000。
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二、胺基抑制剂研制
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二、胺基抑制剂研制
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分子结构设计 所设计的胺类抑制剂的分子结构特征：
胺基起主要抑制作用
醚键能调整其分子结构及链
长 无水解的官能团，稳定性好 不含反应性的官能团，与其 它处理剂配伍性好 分子链长适中，生物毒性低 分子结构片段模拟图
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二、胺基抑制剂研制
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离子CSW，与国外产品UltraHib的抑制性能相当，可作 为泥页岩的高效抑制剂； SIAT的配伍性好，水基钻井液体系 中添加SIAT，能明显提高泥页岩钻 屑的回收率（其研究成果发表在国
际知名SCI期刊Applied Clay
Science上）。
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汇报提纲
一、研究背景
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二、胺基抑制剂研制
0
5
10
15
20
25
30
膨润土的添加百分比，%
膨润土添加量与600的关系图
160 140
10min静切力读数G
膨润土添加量与3的关系图
140 120
表观粘度AV，mPa.s
120 100 80 60 40 20 0 0
清水 CSW SIAT
KCl UltraHib
100 80 60 40 20 0
清水 CSW SIAT
KCl UltraHib
5
10
15
20
25
30
0
5
10
15
20
25
30
膨润土的添加百分比，%
膨润土的添加百分比，%
膨润土添加量与静切力G10’的关系图
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膨润土添加量与AV的关系图
三、胺基抑制剂性能评价
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2、SIAT对泥页岩钻屑抑制性评价
采用玉门油田长-301井的同一批钻屑进行钻屑回收率试验。
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五、高性能胺基钻井液体系优化
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体系优化： 通过添加SIAT，优化设计出了无粘土的高性能胺基钻
井液体系。
体系的配方组成为：2%～5%KCl+1%～2%SIAT+ 0.5%CHM+1%PAC-LV+0.3%～0.5%XC+1%润滑剂，并用重晶 石加重,密度范围：1.1～1.4g/cm3。
属胺类低聚物，其分子量 不超过1000，保证了SIAT作 为胺基抑制剂适中的分子量 及链长。
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汇报提纲
一、研究背景
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二、胺基抑制剂研制
三、胺基抑制剂性能评价 四、抑制作用机理分析 五、高性能胺基钻井液体系优化 六、钻井液体系性能对比评价 七、优势及适用性 八、现场应用预期效果
以阻止水分子进入；
依靠分子链上多个胺基固定 粘土晶片，破坏水化结构，更 好地发挥胺类化合物SIAT对泥 页岩、粘土的优良抑制作用。
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汇报提纲
一、研究背景
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二、胺基抑制剂研制
三、胺基抑制剂性能评价 四、抑制作用机理分析 五、高性能胺基钻井液体系优化 六、钻井液体系性能对比评价 七、优势及适用性 八、现场应用预期效果
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六、钻井液体系性能对比评价
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所使用井
不同钻井液体系的配方组成
钻井液类型
高性能胺基 钻井液 UltraDrill 钻井液
配
方
密度 (g/cm3)
1.15 1.15
2%KCl+1%SIAT+0.5%CHM+1%PAC-LV+0.5%XC+1%润滑剂+ 重晶石 5%KCl+2%UltraHib+0.5%UltraCap+1%PAC-LV+0.5%MCVis+1%UltraFree+重晶石 4%土粉+0.3%Na2CO3+0.4%KPAM+0.51%NaHPAN+0.5%CMC +0.5%LY-102+3%QCX+2%白沥青+0.5%DF-1+1.52%SPNH+2%QCX+0.5%DF-1+1.5-2%LY-102低荧光沥青 4%坂土浆+0.6%SP-8＋5%KCl+0.2%NaOH+0.5%PMHA2+0.5%NPAN+2%KR-n+3%SMP-1（粉）+1%SPNH+2%磺化 沥青粉+0.2%XY-27+2%QCX-1+1%WC-1+1.5%油溶性暂堵 剂+1%润滑剂+0.2%ABSN+0.2%CaO 清水+0.2～0.3%Na2CO3+0.1～0.2%NaOH+3～4%钠土＋ 0.3～0.5％K-PAM＋0.5～1％NH4-PAN＋1.5～2％防塌 剂＋1～2%SMP+1～2%SPNH+2～3%超细钙 清水+0.2～0.3%Na2CO3+0.1～0.2%NaOH+3～4%钠土+ 0.2%PMHA-2+0.3%NPAN-2+0.2%DFT-1+2%KJ1+3%KCl+3%FMP-HW
大港埕海、冀东南堡、 海洋等
聚磺钻井液I
1.121.15
吐哈油田条13～15井、 马29～38井
聚磺钻井液II
1.11
克拉玛依油田
钾铵基钻井液
1.201.25
中石化大牛地D61-9、 DP16井、DP8井 冀东油田NP23-X2215、 NP23-X2220等四十口 井
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汇报提纲
一、研究背景
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二、胺基抑制剂研制
三、胺基抑制剂性能评价 四、抑制作用机理分析 五、高性能胺基钻井液体系优化 六、钻井液体系性能对比评价 七、优势及适用性 八、现场应用预期效果
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六、钻井液体系性能对比评价
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流变性能评价：
对比评价高性能胺基钻井液体系与油田现场 用钻井液体系的流变性能。油田现场用钻井液 体系包括：UltraDrill钻井液、聚磺钻井液、 钾铵钻井液、盐水聚合物钻井液及油基钻井液。
配方3＃：2%KCl+0.5%Cap+1%PAC+0.5%XC (用重晶石加重到1.20g/cm3)
配方4＃：配方3#+1%SIAT
编号 600 300 3 G10’ API FL AV PV YP
1#
2# 3# 4#
66
64 74 66
50
48 55 52
15.5
14.5 10.5 9.5
7
新型胺类抑制剂的合成优选催化胺化法的工艺路线
二、胺基抑制剂研制
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胺基抑制剂SIAT的生产工艺流程：
高效胺基抑制剂中试试验的工艺流程
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二、胺基抑制剂研制
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胺基抑制剂-SIAT中试产品：
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二、胺基抑制剂研制
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通过IR、ESI-MS、GC/MS等分析手段进行了结构表征。