探討半透膜成膜研究進(jìn)展

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1、探討半透膜成膜研究進(jìn)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(yīng)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(yīng)生成不溶性沉淀,進(jìn)行孔隙封堵[32]。2水基鉆井液成膜機(jī)理研究雖然國內(nèi)外的學(xué)者對于泥頁巖成膜以及成膜劑成膜機(jī)理都提出了一定的見解,但還未有一種觀點(diǎn)能夠被學(xué)者們廣泛接受。目前報(bào)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(diǎn)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(hù)儲層的機(jī)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)其抑制性[35,36]。有機(jī)硅酸鹽分子中含有硅酸根基團(tuán),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(yīng):一是

4、有機(jī)硅酸鹽的硅酸根基團(tuán)中的Si-O與無機(jī)硅酸鹽(井壁上的泥頁巖、粘土等)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成鍵能較大(452KJ/mol)、穩(wěn)定Si-Si鏈鍵的一層較堅(jiān)固的薄膜;二是帶負(fù)電的有機(jī)硅酸鹽分子體積很小,足以因擴(kuò)散和水力流動而進(jìn)入頁巖孔隙中,當(dāng)這些有機(jī)硅酸鹽半透膜劑進(jìn)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(jià)金屬離子迅速與這些半透膜劑反應(yīng)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(jìn)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(yīng)用,但是國內(nèi)報(bào)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(chǔ)科學(xué)問題研究相對較少,而且也沒有統(tǒng)一的認(rèn)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(shí)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(jìn)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(rèn)識,從而指導(dǎo)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(yīng)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(jī)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(xué)、膠體化學(xué)和有機(jī)化學(xué)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(jìn)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(xué)科的發(fā)展還處在一個新生階段。雖然國內(nèi)外的學(xué)者對于泥頁巖成膜以及聚合物成膜機(jī)理都提出了一定的見解,但還未有一種觀點(diǎn)能夠被學(xué)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(shí)現(xiàn)成膜技術(shù)在鉆井技術(shù)中的廣泛應(yīng)用還需要在以下幾個方面進(jìn)行研究:①研究泥頁巖成膜機(jī)理,在納米水平和分子水平上探討膜的形成機(jī)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(xué)、膠體化學(xué)和有機(jī)化學(xué)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(jìn)步

8、的關(guān)鍵。