水基钻井液用泥页岩抑制剂研究现状

何剑平

（大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江 大庆 163413）

水基钻井液用抑制剂对降低泥页岩水化分散、提高钻井液对泥岩地层的井壁稳定效果具有重要作用。随着基础科学技术进步和机理研究逐步深入，使得抑制剂的种类越来越丰富，也推动了水基钻井液技术的不断发展和进步，在国内外各大油田油气资源的勘探开发中发挥了重要作用，特别是对非常规油气资源的高效开发提供了技术支撑。通过对抑制剂技术的分析和展望，对推动钻井液技术发展具有重要意义。

1 传统钻井液用抑制剂

1.1 铵（胺）类抑制剂

这类抑制剂是铵盐或者胺类化合物，也是最早应用到水基钻井液中的泥页岩抑制剂。其中最具代表性的是NH4Cl，抑制机理如下：这种抑制剂在水中溶解后，能分解出大量的NH4+，能被粘土优先吸附，压缩粘土晶层，促使粘土晶层间脱水，从而有效地抑制粘土水化；同时，NH4+离子与粘土硅氧四面体氧原子六角环网络直径相当，可以嵌入网络结构中，阻止水分子进入晶层而抑制粘土水化。但NH4Cl 的主要缺点抗温性差，在碱性环境中容易分解出有害气体NH3，在钻井现场中很少使用。

为了避免NH4Cl 分解产生NH3带来的危害，又选用季铵盐作为泥页岩抑制剂，这类抑制剂与KCl相比，具有使用量少、抑制性强的特点，但季其抑制性受钻井液体系pH 值影响较大，只有在pH 值较低的环境中才能更好地发挥抑制性，并且与阴离子型处理剂的配伍性差，也未得到大范围的推广应用[1]。

1.2 阳离子类抑制剂

在对胺（铵）类抑制剂进行研究基础上，又发展出大、小阳离子类抑制剂。大阳离子是一种分子量相对较大的抑制剂，一般在100万左右，且分子链长，比如阳离子聚丙烯酰胺，具有较好的桥联作用，可显著降低钻屑的负电性，对钻屑进行絮凝抑制岩屑分散能力，还能有效清除钻井液中的无用固相。

小阳离子是一种分子量相对较小的处理剂，一般在1万左右，最具代表性的是环氧丙基三甲基氯化铵，这种小阳离子型表面活性剂，主要靠静电作用可吸附在地层和岩屑表面，阻隔粘土颗粒与水的接触，从而达到抑制的目的。

1.3 聚胺酸类抑制剂

为克服季铵盐类化合物抑制性的缺点，还出现过一种两亲性聚胺酸抑制剂。具有水溶性好、热稳定性高、不水解、安全环保等优点，还与其它处理剂具有良好的配伍性，但长效抑制性较差，且在高固相钻井液中难以达到最佳抑制效果。取而代之的是烷基二胺类、乙醇二胺抑制剂，具有成本低、低毒特点，但对高蒙脱石含量地层的抑制性较差，没有得到大范围推广应用。

2 新型聚胺抑制剂

随着国内外各大油田勘探开发难度的增加以及非常规油气资源的大规模开发，对钻井液抑制性提出了更高要求。进入21 世纪以来，国内外贝克休斯、麦克巴、哈里伯顿等专业泥浆服务公司相继研发出了一种分子量极低的聚胺类化合物，作为抑制剂加入到水基钻井液中，极大提高了钻井液对高粘土矿物地层的抑制性，在国内外很多油田和区块都得到了成功应用，井壁稳定效果显著增强。

聚胺抑制剂分子结构中含有大量的伯胺、仲胺等官能团，在钻井液中会部分或全部发生离解，以离子形式或者化合形式存在。其优异的抑制性能主要表现在几个方面：①聚胺分子分子量小，能够优先进入到粘土层间，通过氢键和静电引力作用使粘土层紧密结合在一起，占据空间后能够阻止水分子进行粘土层间引起渗透水化；②聚胺在溶液中离解后形成的铵基阳离子，能够中和粘土表面负电荷；③聚胺分子通过强吸附性，吸附、包覆在在粘土颗粒表面，增强粘土表面疏水性，进一步抑制粘土表面水化；④聚胺化合物的抑制作用具有一定长效性，防止了因地层流体对地层冲刷作用而减弱聚胺对粘土的抑制作用，保证钻井作业结束后一段时间内的抑制效果[2]。

2.1 UltraHib聚胺抑制剂

UltraHib 聚胺抑制剂是麦克巴公司以聚醚二胺为主要单体合成的一种泥页岩抑制剂，其分子量在10000以内，具有良好的水溶性，对粘土矿物的渗透水化和表面水化具有良好抑制作用。麦克巴公司在以UltraHib聚胺抑制剂为主剂基础上，配合使用降滤失剂PACLV、聚合物包被剂UltraCap 等，研制出了一种ULTRADRILL高抑制性水基钻井液，评价实验表明该体系的抑制性和润滑性与油基钻井液接近，同时具有安全可降解的特点。该体系在北美应用过程中，有效抑制了泥页岩水化膨胀分散，实现了井壁稳定，有效地减少对储层的损害。

2.2 LATIDRILL聚胺抑制剂

贝克休斯公司通过研究，合成出一种低分子量的聚胺抑制剂，并以此为主剂，配套使用聚合物包被剂和防泥包添加剂等，形成一套LATIDRILL 高性能水基钻井液。该体系具有与油基钻井液相当的泥页岩抑制性，可有效稳定页岩，提高岩屑整体性和机械钻速，减小阻力，且利于环保。已经广泛应用于各种钻井，现场应用数据表明，采用LATIDRILL 高性能水基钻井液井底没有钻头泥包现象，钻屑能很好地被包裹[3]。

2.3 PF-HAB聚胺抑制剂

中海油服通过对泥页岩水化机理的研究，合成出代号为PF-HAB 的多元聚胺抑制剂，通过配套使用PF-HLUB 高效润滑剂和PF-VIS-B 增粘提切剂，形成的HEM 钻井液体系，在渤海南部海域BZ34-1NC4 和BZ34-1A-D2h 井进行了成功应用，解决了泥岩地层易水化分散的难题。

2.4 SDPA强水化聚胺抑制剂

中国石油大学（华东）通过研究，合成了一种代号为SDPA的聚胺强水化抑制剂。该抑制剂是一种带有多种官能团的胺基化合物，具有良好的水溶性，溶解后水溶液显正电。室内评价实验表明，这种抑制剂能抗温120℃，具有良好的抗盐性，通过优选与之配套的处理剂形成的聚胺高性能水基钻井液体系，能够应用到深水钻井中。

2.5 UHIB的聚胺抑制剂

长江大学和中海油服合作研发了代号为UHIB 的聚胺抑制剂，分析比较了UHIB 和ULTRADRILL 体系中ULTRAHIB 抑制剂的性能。以该抑制剂为主剂形成的水基钻井液，并在渤中地区油田使用时取得了良好的效果[4]。

2.6 其他聚胺抑制剂

除了以上几种聚胺抑制剂外，山东大学和渤海钻探合作研制了一种有机胺抑制剂BZ-AN1；北京钻井研究院合成了一种胺基抑制剂SIAT，在洪浩尔舒特凹陷达林洪69 井进行了成功应用；南化集团研究院与油田单位合作研制出聚胺抑制剂NH-1，在四川泥岩井段使用，成功解决了该井段井壁失稳的技术难题。

此外，湖北汉科新科技的HPA 聚胺抑制剂、青海油田公司和辽河油田分公司的UAE聚胺抑制剂、中国石油大学（华东）的胺基聚醇抑制剂AP-1都相继研究成功，在现场应用时均取得了良好的井壁稳定效果[5]。

3 发展趋势

随着油气资源勘探难度的增加，井底温度逐渐增加，地层也越来越复杂，对水基钻井液用抑制剂也提出了严格要求。为满足油气资源勘探开发需求，抑制剂的发展方向主要集中在这几个方面：①抗高温性。目前聚胺类抑制剂最高抗温150℃，无法满足深井、超深井钻井需求，因此必须从分子结构设计等方面进行攻关，设计出抗温性更高的抑制剂；②环保可降解性。随着环境保护要求越来越高，必须使钻井液用处理剂具有良好的环境兼容能力，抑制剂由于用量较大更应该注重可降解能力，应选择绿色环保的原材料采用绿色工艺进行合成或深度化学改性，制备绿色新型钻井液处理剂；③经济可行性。抑制剂的研究还必须兼顾成本因素，将成本控制在有效范围内，从而满足现场复杂地层绿色、安全、经济、高效钻进的技术需求。