[發明專利]一種基于低場核磁共振評價鉆井液表面水化抑制劑的方法

在審

• 申請號: 201711000676.0
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107817262A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 蘇俊霖;董汶鑫;羅平亞;羅亞飛;王雷雯;盧俊鋒;劉路漫;閆軒;秦海
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 成都天匯致遠知識產權代理事務所(普通合伙)51264
• 代理人: 韓曉銀

技術領域

本發明涉及石油與天然氣工程領域，特別是涉及一種基于低場核磁共振評價鉆井液表面水化抑制劑的方法。

背景技術

關于水基鉆井液鉆進泥頁巖巖層造成的井壁失穩問題,一直為油氣井工作技術難點及研究熱點。從化學角度來看,根本原因在于負電性親水粘土礦物存在,如：蒙脫石,伊利石。其中,以蒙脫石吸水及水化膨脹能力最強。因此,國內外學者以蒙脫石為研究對象,近年來,研發了各類高分子聚合型包被劑及低分子量表面水化抑制劑。其中,張洪偉等人研發的適度分子量的陽離子聚丙烯酰胺包被劑,經室內評價實驗表明,其抑制性優于國外同類產品。Ultracap；Kuma等人通過接枝羧基,增強聚丙烯酰胺與印度頁巖間的氫鍵吸附力,使其易在巖石表面形成保護膜,阻止水分子與粘土礦物相接觸；Ferreira等人研發了一種部分疏水改性超支化聚縮水甘油醚型非離子泥頁巖抑制劑,其泥頁巖巖屑回收率達80％。都偉超等人以二乙醇胺、溴代十二烷和二溴乙烷為原料，采用“兩步法”合成了一種雙子型小陽離子頁巖抑制劑,旨在頂替蒙脫石表面可交換陽離子并與水分子競爭表面吸附位,熱滾、線膨、近紅外等宏觀表征顯示其抑制性佳。

然而,以往對抑制劑的評價主要為間接定性描述,為了進一步考察其抑制性及抑制機理,學者們希望定量研究不同狀態結合水的變化。王平全等人研究水化蒙脫土傅里葉紅外光譜發現了結合水的特征伸縮振動峰,但仍停留于定性研究,結合水量無法確定,。基于Olphen壓力實驗,徐加放等人結合分子模擬嘗試研究了結合水分子量與巖石應力間關系,但其并未建立巖心應力與水分子量間換算關系。基于分子熱運動準則,鄧明毅團隊研究了低電導率蒙脫土的熱失重曲線,依據脫附時間差異，區分了強、弱結合水及自由水熱吸收峰。但該法極大提高了蒙脫土原始熱能,分子自由度勢必增加,部分結合水可能會轉向更自由的狀態。因此,有必要尋求一種原位定量分析技術。

低場核磁共振就是一種快捷、無損、準確的分析樣品含水情況的方法。實驗中,通過釋放固定頻率的射頻脈沖可僅使水分子的1H核產生共振信號,理論上,所收集信號量與樣品含水量成正比例關系。換句話說,通過測量樣品的核磁共振信號量大小便可迅速得知樣品的含水質量。

另外,不同運動狀態的水分子具備不同的橫向弛豫時間T2。所謂橫向弛豫是指靜磁場環境中的1H核在受到外加射頻脈沖的作用時,吸收射頻能量激發到高能態，當外加射頻撤去時,處于高能態的1H核以非輻射的方式釋放能量回到低能態的這一過程即弛豫。宏觀上表現為橫向磁化矢量與縱向磁化矢量由大變小,因此,弛豫分為橫向弛豫與縱向弛豫，橫向弛豫所耗時間即橫向弛豫時間T2，縱向弛豫所耗時間即T1。其中,T2值描述液體分子的運動性更為準確。根據弛豫時間與分子運動性的關系,分子運動受周圍環境的束縛性越強,T2值越小,反之,分子運動自由，則T2值較大。換句話說,處于不同運動狀態的水分子對應不同的T2值,因此,可以劃分不同運動狀態的水分子,同時,根據信號量與水質量間的關系,便可得知物質中不同狀態水份的質量。

發明內容

現有的鉆井液表面水化抑制劑評價方法(如:線性膨脹,熱失重),主要從宏觀上評價表面水化抑制劑的處理效果,不能說明表面水化抑制劑是否抑制粘土表面水化。

本發明從分子運動性的角度出發,利用低場核磁共振將不同吸附狀態水(表面水化水,滲透水化吸附水,自由水)進行細致劃分,可直觀定量地判定鉆井液用表面水化抑制劑對粘土表面水化的抑制作用。

本發明的目的在于提供一種利用低場核磁共振評價鉆井液表面水化抑制劑的方法，該方法包括以下步驟：將表面水化抑制劑加入到完全水化的粘土中，對表面水化抑制劑處理后的粘土進行低場核磁共振測量，獲得橫向弛豫時間T2譜，計算在0.001～0.01ms、1～10ms和100～1000ms三個區間內三個譜峰的T2譜的積分面積，T2峰的積分面積對應該狀態水份的信號量；根據水份信號量與水份質量的換算標線，計算得到粘土各狀態水份的質量，即可定量地評價鉆井液用表面水化抑制劑對粘土表面水化的抑制作用。

本發明所述利用低場核磁共振評價鉆井液表面水化抑制劑的方法，其核磁共振采樣參數的設定如下：采用長弛豫等待時間(Tw＝2000ms)及長回波個數(NECH＝18000)，增大累計掃描次數(NS＝64)，采樣間隔TE＝1.00004ms,采樣點數TD＝3600428,前置脈寬P1＝2.8us,后置脈寬P2＝5.4us,信號增益系數DRG1＝1,RG1＝10,PRG＝3。