探討半透膜成膜研究進展

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1、探討半透膜成膜研究進展ok3mer等人研制成功了取代糖類成膜劑和丙烯酸鹽類成膜劑[28],在北海海域應用成功。Shell公司申請專利制備了乙氧基化/丙氧基化多元醇,添加葡萄糖苷、甘油、丙二醇或聚甘油構(gòu)成成膜體系,提高了泥頁巖的滲透效率[29]。Shell公司申請專利將聚丙三醇與乙氧基化/丙氧基化的二醇類物質(zhì)混合,改善了提高了泥頁巖的滲透效率[30]。Drummond等人利用堿性條件下可溶、酸性條件下不容的物質(zhì)特性,選擇分類、長鏈脂肪羧酸類、正硅酸、硅酸鹽作為成膜劑,研究了其膜效率[31]。M-I鉆井液公司

2、研發(fā)了一種原位成膜體系,由含醛基或酮基的化合物和二胺類物質(zhì)構(gòu)成,通過原位pH引發(fā),利用胺基與醛或酮的反應生成不溶性沉淀,進行孔隙封堵[32]。2水基鉆井液成膜機理研究雖然國內(nèi)外的學者對于泥頁巖成膜以及成膜劑成膜機理都提出了一定的見解,但還未有一種觀點能夠被學者們廣泛接受。目前報道的成膜劑的目的主要是減小孔隙尺寸。對于聚多醇類成膜劑,最為研究人員所接受的是聚乙二醇的濁點行為;其水溶液被加熱到一定溫度時,會出現(xiàn)微粒而變混濁;這些微?？煞舛碌貙涌缀聿⑿纬芍旅艿谋砻婺?阻止濾液向地層滲透,避免泥頁巖水化分散而造成

3、井眼不穩(wěn)定[33,34]。甲酸鹽鉆井液穩(wěn)定地層、保護儲層的機理主要表現(xiàn)在以下方面:甲酸鹽的HCOO-離子與粘土端面的正電荷相吸引有利于防止水化,穩(wěn)定粘土礦物,降低敏感性礦物引起的儲層損害;甲酸鹽的HCOO-離子與水分子形成的氫鍵對自由水具有很強的“束縛”能力;鉆井液濾液礦化度相對較高,與儲層配伍性好,可降低低滲儲層的水敏損害和水鎖損害;甲酸鹽鉆井液濾液活度較低,故在特低滲儲層和泥頁巖地層可實現(xiàn)其抑制性[35,36]。有機硅酸鹽分子中含有硅酸根基團,具有硅酸根的一般性質(zhì),即在井下有可能發(fā)生以下兩個反應:一是

4、有機硅酸鹽的硅酸根基團中的Si-O與無機硅酸鹽(井壁上的泥頁巖、粘土等)發(fā)生化學反應,形成鍵能較大(452KJ/mol)、穩(wěn)定Si-Si鏈鍵的一層較堅固的薄膜;二是帶負電的有機硅酸鹽分子體積很小,足以因擴散和水力流動而進入頁巖孔隙中,當這些有機硅酸鹽半透膜劑進入孔隙,水的pH值接近中性后,會克服凝聚而形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu),同時地層水中的多價金屬離子迅速與這些半透膜劑反應生成不溶沉淀物,有效封堵泥頁巖孔隙。由此形成的物理屏障可降低頁巖滲透率,防止濾液侵入和壓力穿透,阻止水及鉆井液進入地層,因而可防止泥頁巖水

5、化分散、膨脹,防止井壁坍塌[37]。3基于鉆井液-泥頁巖井壁界面的半透膜成膜研究發(fā)展趨勢盡管目前已經(jīng)開發(fā)出多種類型的成膜鉆井液,并且在鉆井過程中得到應用,但是國內(nèi)報道的成膜劑技術(shù)都是依據(jù)其一定的作用效果來推測在井壁上形成了半透膜。人們對于與之相關(guān)的一些基礎科學問題研究相對較少,而且也沒有統(tǒng)一的認識。成膜物質(zhì)在泥頁巖表面是如何成膜,所得半透膜的孔徑大小及微結(jié)構(gòu),以及膜表面缺陷的分布及其形成原因。泥頁巖表面微結(jié)構(gòu)及鉆井液體系中其它物種對成膜過程有什么影響?同時,在實際的使用過程中,隨著時間的推移,上述半透膜將

6、會被污染,并進一步轉(zhuǎn)化為不透水的隔離膜[14,20],研究半透膜和隔離膜的動態(tài)變化也同樣重要。如果能夠搞清楚上述問題,將會對井壁半透膜的形成過程有更為清晰的認識,從而指導我們研發(fā)更為有效成膜鉆井液。圖1半透膜的動態(tài)變化示意圖目前國際上鉆井液技術(shù)正在向著成膜和納米技術(shù)應用的方向發(fā)展。在納米水平和分子水平上探討膜的形成機理,從根本上提出改善泥頁巖膜效率的途徑,結(jié)合物理化學、膠體化學和有機化學等理論知識,研發(fā)高效新型成膜劑是世界鉆井液技術(shù)進步的關(guān)鍵之一。4結(jié)論基于鉆井液-泥頁巖井壁的成膜(半透膜)水基鉆井液技術(shù)

7、同比鉆井液學科的發(fā)展還處在一個新生階段。雖然國內(nèi)外的學者對于泥頁巖成膜以及聚合物成膜機理都提出了一定的見解,但還未有一種觀點能夠被學者們廣泛接受。此外,成膜劑的研發(fā),膜技術(shù)的推廣也都處于一個起步的階段。因此,實現(xiàn)成膜技術(shù)在鉆井技術(shù)中的廣泛應用還需要在以下幾個方面進行研究:①研究泥頁巖成膜機理,在納米水平和分子水平上探討膜的形成機理,探討半滲透膜表面微結(jié)構(gòu)及膜厚度的動態(tài)變化情況,從根本上提出改善泥頁巖膜效率的途徑。②結(jié)合物理化學、膠體化學和有機化學等理論知識,研發(fā)高效成膜劑,新型成膜劑的開發(fā)是鉆井液技術(shù)進步

8、的關(guān)鍵。