烷基糖苷钻井液作用机理探讨
来源:用户上传
作者:
摘 要：烷基糖苷钻井液因具有良好的抑制性、润滑性，储层保护、易生物降解、环保无毒等优点而在国内外应用较为普遍，对目前常用的甲基葡萄糖苷（MEG）钻井液、阳离子烷基糖苷（CAPG）钻井液和聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）钻井液的抑制和润滑等作用机理进行了分析和探讨，以期对钻井液技术研发人员和现场施工人员提供一定的指导和帮助。
关键词：烷基糖苷;钻井液;抑制;润滑;作用机理
中图分类号：TE254 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）18-0082-02
Abstract： Alkyl glycoside drilling fluid is widely used at home and abroad because of its good inhibition， lubricity， reservoir protection， easy biodegradation， environmental protection and non-toxic. The inhibition and lubrication mechanisms of methyl glucoside （MEG） drilling fluid， cationic alkyl polyglycoside（CAPG） drilling fluid and polyetheramine alkyl polyglycoside （NAPG） drilling fluid are analyzed and discussed， in order to provide some guidance and help to drilling fluid technical research and development personnel and on-site construction personnel.
Keywords： alkyl glycosides; drilling fluid; inhibition; lubrication; action mechanism
引言
烷基糖苷（APG）作为一类环境友好型表面活性剂，主要应用于日化、纺织、造纸、皮革等多个行业，最先研究并应用于钻井液的烷基糖苷是甲基葡萄糖苷（Methyl glucoside，简称MEG），国外最早于1994年报道了在美国墨西哥湾强水敏页岩地层成功应用MEG钻井液，国内从1996年开始了MEG钻井液的研究，在新疆、大庆、胜利、中原、西南、中海油等油气田现场应用表现出良好的抑制、润滑、储层保护、环保无毒等优点[1]，但也存在加量大、成本高、抑制和抗温有限、易发酵等问题。近年来，国外多以烷基糖苷与无机盐的复配来降低加量、节约成本，国内中原的王中华、司西强等则主要通过对烷基糖苷分子结构进行改性，来达到提升性能、降低加量、节约成本的目的，主要得到的改性产品有阳离子烷基糖苷（CAPG）和聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）等，并形成了相应的钻井液体系，在页岩等复杂易坍地层应用较为成功[2，3]。本文对目前常用的MEG钻井液、CAPG钻井液、NAPG钻井液的抑制和润滑等作用机理进行探讨分析，以期对钻井液研发人员和现场施工人员提供一定的指导和帮助，促进技术进步。
1 甲基葡萄糖苷（MEG）钻井液作用机理
MEG是一类非离子表面活性剂，本身不带电，MEG包括α-甲基葡萄糖苷和β-甲基葡萄糖苷两种对应异构体。MEG钻井液具有较好的抑制性、润滑性、储层保护和环保无毒等特性，抑制页岩的作用机理主要表现在：半透膜效应。MEG分子结构上含有四个亲水的羟基（-OH）和一个亲油的甲氧基（-OCH3），这些亲水的羟基吸附在井壁或钻屑表面，而亲油的甲氧基则朝外，当MEG在钻井液中加量足够（理论用量不少于35%，现场实际液体MEG加量在10%～30%，固体为3%～12%），可在井壁上形成一层憎水半透膜，把地层中的水和钻井液中的水隔开。通过调节MEG钻井液的活度可以控制地层水和钻井液的运移方向;此外，MEG分子中的四个羟基吸水性很强，可以与水分子形成牢固的氢键，降低钻井液中水的活度，进而通过渗透作用、去水化作用和封堵作用来有效抑制页岩的水化膨胀和分散[4]。MEG钻井液润滑作用机理包括：（1）由
于MEG分子在井壁、钻具等金属表面或泥饼上定向排列成吸附膜，使得接触面被MEG吸附膜完全隔开，接触面由干摩擦转变为MEG吸附膜之间的摩擦，并参与泥饼的形成，提高钻井液的润滑性;（2）由于MEG配伍性好，當MEG钻井液中复配使用其它优质润滑剂后，其润滑性能更佳。
2 阳离子烷基糖苷（CAPG）钻井液作用机理
CAPG属于阳离子表面活性剂，本身带正电，分子结构[5]（见图1）上含有三个亲水的羟基、一～三个相连的葡萄糖环、一个亲水的醚键、一个强吸附的季铵阳离子和一个亲油的烷基。CAPG钻井液的抑制机理是多种物理作用和化学作用的共同表现，主要有：羟基吸附成膜;静电吸附成膜及拉紧粘土晶层;季铵基团吸附成膜及嵌入去水机理;降低水活度;形成封堵层。从而大幅提高了CAPG的抑制性，但仍保留了MEG的润滑和抗温抗污染能力，加量大为降低（作为抑制剂使用时加量为2%～5%;作为主剂形成CAPG类油基钻井液时用量为5%～30%），能有效解决泥页岩等复杂易坍地层的井壁失稳问题。CAPG钻井液的润滑作用机理为CAPG分子上含有多个具有强吸附性的羟基和季铵基团，能在钻具等金属表面及井壁岩石上形成润滑膜，降低钻具的旋转扭矩和起下钻阻力。
3 聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）钻井液作用机理
NAPG属于非离子表面活性剂，本身不带电，分子结构[6]（见图2）上含有烷基糖苷、聚醚多元醇、多胺基团等结构单元。NAPG钻井液的抑制机理是多种物理作用和化学作用的共同表现，主要有：嵌入及拉紧黏土晶层，多点吸附、成膜阻水，降低水活度，吸附包被，堵塞填充孔隙、形成封堵层等。特别是其具有一定亲油性的烷基朝外规则排列，当加量达到一定程度时（现场加量仅0.5%～2%即可达到强抑制效果，加量达20%可形成类油基水基钻井液），可在井壁上形成一层牢固的强吸附憎水半透膜，与油基钻井液形成的憎水半透膜类似;同时，NAPG分子中烷基糖苷结构的位阻效应可充分保证钻井液的稳定性，实现了钻井液抑制性和稳定性的和谐统一。NAPG钻井液的润滑作用机理主要包括：NAPG通过分子规则排列成润滑膜，降低钻具与井壁之间的摩擦;NAPG参与泥饼形成，改善泥饼质量，提高钻井液的润滑性;NAPG对重晶石颗粒优先吸附，降低重晶石颗粒之间的内摩擦等[7]。
4 结束语
建议今后烷基糖苷钻井液的发展方向为：
（1）以CAPG、NAPG为核心主剂，再研选其它优质配伍处理剂，形成具有强封堵、强抑制、高润滑、低成本、储层保护、绿色环保的类油基钻井液或高性能水基钻井液体系，并对各处理剂作用机理及协同作用机理进行深入研究，推广应用后将会使国内钻井液技术再上一个新台阶。
（2）强化基础研究和新原料开发，充分利用价廉易得的淀粉、葡萄糖、壳聚糖、木质素、糊精、腐植酸和植物胶等天然生物原料，围绕环保、高性能、抗温、抗盐、抗污染的目标，探索新的改性手段和途径，通过高温或氧化降解、接枝共聚、分子修饰等方法进行深度改性，以提高产品的性价比，满足当前钻井地质和工程条件的需求，促进钻井液技术的发展。
参考文献：
[1]雷祖猛，司西强.国内烷基糖苷钻井液研究及应用现状[J].天然气勘探与开发，2016（2）：72-74.
[2]赵虎，司西强，雷祖猛，等.阳离子烷基糖苷钻井液在长南水平井的应用[J].精细石油化工进展，2015，16（1）：6-9.
[3]司西强，王中华，王伟亮.聚醚胺基烷基糖苷类油基钻井液研究[J].应用化工，2016，45（12）：2308-2312.
[4]巨小龙，丁彤伟，王彬，等.MEG钻井液页岩抑制性研究[J].钻采工艺，2006，29（6）：10-13.
[5]司西强，王中华，高小梵，等.一种阳离子烷基糖苷钻井液及其制备方法：CN，106350038A[P].2017-01-25.
[6]司西强，王中华，魏军，等.一种聚醚胺基烷基糖苷类油基钻井液及其制备方法：CN，106350039A[P].2017-01-25.
[7]赵虎，司西强，王康，等.烷基糖苷及衍生物在钻井液中的润滑性研究[J].能源化工，2017，38（5）：66-69.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14886955.htm
