国内聚胺类页岩抑制剂研究进展

收稿日期：２０１１－１１－

２２。作者简介：储政（１９６６—），男，江苏东台人，博士在读，高级工程师，现从事化工管理工作。

国内聚胺类页岩抑制剂研究进展

储　政

（南化集团研究院，江苏南京２１００４８

） 摘要：

含胺优质水基钻井液是近年来提出的符合现代钻井要求的高性能水基钻井液，该钻井液体系的实质是添加了一种新的阳离子胺基聚合物作为页岩抑制剂。综述了国内聚胺类抑制剂的研究进展，介绍了目前国内市场上５种主要品牌的聚胺类抑制剂的开发和应用现状，分析了国内聚胺类抑制剂在研究和应用中存在的问题，并对今后的开发和应用提出了建议。

关键词：钻井液　页岩抑制剂　聚胺　研究进展　应用现状

中图分类号：ＴＥ２５４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－７９０６（２０１２）０２－０００１－

０５Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙ

ａｍｉｎｅｓ　ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　ｉｎｌａｎｄＣＨＵ　Ｚｈｅｎｇ

（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｇｒｏｕｐ，Ｎａｎｊｉｎｇ　

２１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｐｏｌｙａｍｉｎｅ　ｉｓ　ａ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ　ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｔｒｕｅ　ｎａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｄｄｉｎｇ　ａ　ｎｅｗ　ｃａｔｉｏｎ－ｉｃ　ｐｏｌｙａｍｉｎｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙａｍｉｎｅ　ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　ｉｎｌａｎｄ　ｉｓ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘ－ｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｖｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｐｏｌｙａｍｉｎｅ　ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｏｍｅ　ｍａｒｋｅｔ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｉｎｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｌｙａｍｉｎｅ　ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓａｌｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｌｙａｍｉｎｅ　ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　ａｒｅ　ｂｒｏｕｇ

ｈｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ；Ｓｈａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ；Ｐｏｌｙａｍｉｎｅ；Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ 页岩抑制、

环境保护一直是钻井液性能研究的重要课题。至今，油基钻井液等逆乳化体系在一些需要强抑制性的大斜度井及深井中仍被认为是最好的体系。然而高成本和环境保护问题限制了其应用，国外许多公司都在研究高性能水基钻井液体系来替代油基钻井液。含胺优质水基钻井液是近年来提出的符合现代钻井要求的高性能水基钻井液，如贝克休斯研发的ＨＰＷＢＭ（Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｗａ－ｔｅｒ－ｂａｓｅｄ　Ｍｕｄ）体系以及麦克巴（Ｍａｇｃｏｂｏｒ）公司ＵＬＴＲＡＤＲＩＬＬ体系，这种水基钻井液具备油基钻井液优异的抑制性和润滑性，钻井作业产生的钻屑可直接排放入海，完钻后钻井液可回收再使用，大大降低了钻井成本，在墨西哥湾、美国大陆、巴西、利比亚、澳大利亚、沙特区块应用，均取得了很好的效果。

麦克巴公司ＵＬＴＲＡＤＲＩＬ钻井液体系主要由ＵＬＴＲＡＨＩＢ（碱性抑制剂）、ＵＬＴＲＡＣＡＰ（

一种分子量适度的阳离子丙烯酰胺包被剂）、ＵＬＴＲＡ－ＦＲＥＥ（钻速增效剂，防粘结和润滑剂，是一种表面活性剂混和物）、ＰＯＬＹＰＡＣＵＬ（降滤失剂，一种纯净的高分子量的低黏聚阴离子纤维素聚合物）、ＭＣ－ＶＩＳ（黄原胶类生物聚合物）等环境友好型的处理剂组成，其实质是加入了一种不水解、完全水溶、低毒并与其他常用水基添加剂配伍的一种新的阳离子胺基聚合物，该聚胺具有更强的抑制能力和防泥包能

力，符合环保要求［

１－２］

。国内钻井液研究人员也高度重视这种新型结构聚胺类页岩抑制剂的开发，从２０世纪９０年代初期就开展研究工作。本文详细介绍了国内聚胺类抑制剂的研究进展，分析了目前国内聚胺类抑制剂应用

第３３卷第２期２０１２年４月化学工业与工程技术

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３３Ｎｏ．２

Ａｐ

ｒ．，２０１２

化学工业与工程技术２０１２年第３３卷第２期　

研究中存在的问题，最后对国内今后聚胺类抑制剂的研究提出了一些建议。

１　国内聚胺类抑制剂研究进展

早在１９９２年，石油大学（华东）泥浆研究室高锦屏等便用环氧氯丙烷和多乙烯多胺为原料，通过缩聚法合成了阳离子页岩抑制剂ＰＱ，并进行了室内岩心滚动回收率试验和泥浆体系配伍性试验［３］。

２００３年，国外公司有关胺基钻井液（Ａｍｉｎｅｂａｓｅｄ　ｍｕｄ）的介绍引起了张克勤等国内专家的重视［４］，之后，随着麦克巴公司ＵＬＴＲＡＤＲＩＬＬ体系在国内油田的宣传以及在大港、冀东及湛江等油田现场应用研究［５］，国内开始了ＵＬＴＲＡＤＲＩＬＬ体系及其聚胺抑制剂的连续报道。２００４年，中海油田服务公司黄浩清率先介绍了麦克巴公司ＵＬＴＲＡ－ＤＲＩＬＬ体系的组成和现场施工工艺［６］。２００７年，张克勤教授详细介绍了国外聚胺抑制剂发展历程、新胺盐的特点和作用机理及ＵＬＴＲＡＤＲＩＬＬ体系性能［２］。此后，国内学者纷纷撰文介绍胺基钻井液体系［１，７－８］。

２００７年后国内开始大规模开展新型结构聚胺类页岩抑制剂研究，主要研究单位有中海油、中石油、中石化的科研院所以及国内一些跟油田相关的大学，如中国石油大学、长江大学和山东大学，基本上都采用院企合作或校企合作研究的形式。其中报道较多、应用效果较好的主要有以下几种品牌：（１）ＮＨ—１聚胺抑制剂；（２）ＳＩＡＴ胺基抑制剂；（３）聚胺抑制剂ＵＨＩＢ；（４）聚胺强水化抑制剂ＳＤＰＡ；（５）有机胺抑制剂ＢＺ－ＡＮ１。

１．１　ＮＨ—１聚胺抑制剂

ＮＨ—１聚胺抑制剂由南化集团研究院开发。２００９年，南化集团研究院与油田单位合作承担了聚胺类页岩抑制剂开发的任务，经过两年的研究，研制出ＮＨ—１聚胺类抑制剂。实验研究表明，该处理剂在岩心滚动回收率、抗二级膨润土污染能力、防膨率等性能均超过国外同类产品；同时ＮＨ—１聚胺类抑制剂和油田常用的聚磺钻井液体系配伍性能较好。２０１１年，ＮＨ—１聚胺类抑制剂在四川高庙４井３　３７５～３　７８６ｍ井段使用，加量仅为０．２％，成功解决了该井段井壁失稳的技术难题。目前，该抑制剂正在四川地区进行大规模的推广应用。

１．２　ＳＩＡＴ胺基抑制剂

中国石油集团钻井工程技术研究院屈沅治等研制了代号为ＳＩＡＴ的胺基抑制剂［９－１０］，选用ＫＣｌ和胺基聚合物ＳＩＡＴ作为体系的抑制剂，ＫＰＡＭ作为包被剂，ＰＡＣ－ＬＶ作为降滤失剂，ＭＣ－ＶＩＳ为流型调节剂，成膜剂ＣＭＪ—２和超低渗透剂ＪＹＷ—１为储层保护剂，采用ＮａＣｌ加重，通过对各种处理剂的加量优选，得到低固相高性能水基钻井液，应用于洪浩尔舒特凹陷达林洪６９井［１１］，该井的腾格尔组和阿尔善组地层均以泥岩和砂砾岩为主，钻进腾格尔组地层后逐步加入胺基抑制剂ＳＩＡＴ，将井浆转化成高性能水基钻井液，使洪６９井的钻井周期大幅度减少，机械钻速成倍增加，井径扩大率大幅度降低。

１．３　聚胺抑制剂ＵＨＩＢ

２００７年，长江大学的王昌军、许明标和中海油田服务股份有限公司的苗海龙等合作开发了代号为ＵＨＩＢ的聚胺抑制剂［１２］，分析比较了ＵＨＩＢ和ＵＬ－ＴＲＡＤＲＩＬＬ体系中ＵＬＴＲＡＤＨＩＢ抑制剂的性能。２００７年，中海油田服务股份有限公司胡进军等开发了ＰＤＦ－ＰＬＵＳ聚胺聚合物钻井液［１３］，将该体系应用于Ｒ岛北部ＲＭ１９井 ３１１．１ｍｍ井段。Ｒ岛北部地层岩性主要为含蒙脱石、伊／蒙混层的软泥岩。ＰＤＦ－ＰＬＵＳ配方为：１％膨润土＋０．１％ＮａＯＨ＋０．１％Ｎａ２ＣＯ３＋０．４％ＰＦ－ＰＡＣ－ＬＶ（黏度调节剂）＋２％ＰＦ－ＴＥＭＰ（降滤失剂）＋２％ＰＦ－ＰＨＩＢ（低分子量聚胺，抑制剂）＋２％ＰＦ－ＪＬＸ（聚合醇）＋１％ＰＦ－ＬＵＢＥ（润滑剂）＋２％ＰＦ－ＤＹＦＴ—Ⅱ（氧化沥青降滤失剂）＋２％ＰＦ－ＨＪＺ（表面活性剂，减阻剂）＋５％ＫＣｌ＋０．４％ＰＦ－ＰＬＵＳ（聚合物包被剂）＋重晶石（至ρ＝２．０ｇ／ｃｍ３）＋铁矿粉（至需要）。

渤海油田渤中地区明化镇组泥岩中黏土含量较高，水敏性较强，岩性主要为黄褐色黏土与灰色粉砂岩互层，褐色泥岩与灰色粉砂岩、泥质粉砂岩互层。钻井时易发生泵压上升、扭矩增大、憋漏地层或卡钻等复杂情况。为解决上述作业风险，苗海龙等采用聚胺（ＰＦ－ＵＨＩＢ）作为主要的抑制剂，研制开发出了ＧＩＤ钻井液［１４］。ＧＩＤ钻井液采用聚胺（ＰＦ－ＵＨＩＢ）作为主要处理剂，利用聚胺和大分子包被剂（ＰＦ－ＰＬＨ）的协同作用，达到防止高活性泥页岩水化膨胀和分散的目的。同时体系中加有非离子聚合物降滤失剂（ＰＦ－ＰＳＬ）和低渗透成膜封堵剂（ＰＦ－ＬＰＦ），该体主要配方为：３％海水膨润土浆＋０．５％ＰＦ－ＵＬＴＲＡ＋０．４％ＰＦ－ＰＬＨ＋１．５％ＰＦ－ＰＳＬ＋０．５％

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