天然气水合物储层仿生井壁稳定剂研制及其作用机理

来源：石油科学通报杂志2023年第6期北京时间：

作者：王星星；蒋官澄；王国帅；盛科鸣；杨丽丽；董腾飞；贺垠博；陈昊哲

单位：中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249%中国石油川庆钻探工程有限公司新疆分公司,库尔勒 841000

摘要：针对南海天然气水合物弱胶结泥质疏松砂岩储层井壁坍塌、失稳难题,本文从模仿贻贝邻苯二酚基团水下粘附机理的思路出发,利用具有成膜性能的聚乙烯醇(PVA)和富含邻苯二酚和邻苯三酚基团的单宁酸(TA)复配,研制了一种能够在水下环境提高井壁稳定性的钻井液固壁剂—仿生强化井壁稳定剂(JBWDJ).从主动提高粘土矿物颗粒间胶结强度、抑制粘土水化分散、膨胀和稳定水合物构型3 个方面强化储层稳定.实验结果表明:JBWDJ浸泡 16 h后的岩心土块保持形状完整且具有一定抗压强度,而被清水、聚丙烯酰胺、聚胺抑制剂等溶液处理后的岩心土块均呈散砂状;与未处理岩心相比,JBWDJ可将人造岩心抗压强度提高 2.01 倍;SiO2 微球修饰的原子力探针与 5%JBWDJ的粘附力达 2314 nN;3%JBWDJ的水溶液处理后的页岩岩屑滚动回收率为 80.85%,与清水(48.4%)、聚合物固壁剂(52.35%)和氯化钾(26.3%)溶液处理后的岩屑相比,可显著提高岩屑回收率;含3%JBWDJ的钻井液体系岩心膨胀高度仅为 0.9 mm,与不含JBWDJ钻井液体系浸泡处理后岩心土块膨胀高度相比,可将膨胀高度降低 50%.流变测试和储层保护实验评价表明,该JBWDJ具有较好的流变性和一定的储层保护能力.透射扫描电镜(TEM)、红外光谱、扫描电镜(SEM)和能谱元素(EDS)等微观机理分析表征阐述了JBWDJ固壁的作用机理.该JBWDJ通过氢键作用构建了网状结构,吸附在岩心颗粒表面,增强了粘土矿物颗粒间的胶结,并在表面形成致密的仿生膜.且具有较好的抑制粘土水化膨胀、分散的效果,从而实现提高岩心抗压强度,强化储层稳定的目的.同时原位拉曼光谱对比分析表明JBWDJ不改变I型甲烷水合物的结构.通过上述力学性能测试和微观机理表征可得出,JBWDJ可为保障水合物储层井壁稳定提供新材料.

关键词：井壁稳定,钻井液,泥质细粉砂,粘附力,天然气水合物