石油圈
1 國內的水基鉆井液頁巖抑制劑發展狀況
從水基鉆井液頁巖抑制劑發展來看，各種各樣的抑制劑用于處理水敏性頁巖。其中應用最早、最廣泛的方法就是使用高濃度鹽，最早研發的頁巖抑制鉆井液包括氯化鈉鉆井液、硅酸鹽鉆井液、氧化鈣鉆井液，但是這些鹽的使用量大時，嚴重影響了生態系統且配伍性差。
在20世紀70年代早期，聚合物/氯化鉀鉆井液應用較為廣泛，各種聚合物與氯化鉀協同提高鉆井液的抑制水平。低濃度的部分水解聚丙烯酰胺和氯化鉀就能達到較好的抑制水平。然而由于抑制不完全導致頁巖表面膨脹，水解丙烯酰胺所產生的氨和殘留的丙烯酰胺單體對人體也是非常有害的，因而沒有達到理想效果。20世紀80年代后期開發出混合金屬層狀氫氧化物以及胺類頁巖抑制劑抑制黏土膨脹有顯著的效果。國內頁巖抑制劑從開始的單一抑制劑到后面發展的多種抑制劑相互協同提高了鉆井液的抑制性能，并且在無毒，無熒光，環境友好，性能穩定等方面向前發展。
2 水基鉆井液各種類型頁巖抑制劑的特點及機理
2. 1 有機頁巖抑制劑
2. 1. 1 胺類頁巖抑制劑
為減輕頁巖抑制劑對于環境的影響并且提高綜合性能，胺類頁巖抑制劑作為一種頁巖穩定劑。它能夠滲透到頁巖基質中或者在黏土層的表面進行反應，其中陽離子交換容量非常大，因此在抑制效果上是非常顯著的。但是這些處理劑在高溫或者堿性較強的環境下極不穩定，為了處理胺類頁巖抑制劑的毒性、氨味、穩定性以及整體性能，研制出一系列的胺類頁巖抑制劑。根據化合物的結構和化學性能，主要分為三類: 單體、低聚、高聚胺類頁巖抑制劑。
(1)單體胺類頁巖抑制劑
這種較小的分子會進入黏土礦物的層間通過陽離子交換機制降低黏土的水化作用，陽離子胺類頁巖抑制劑可以替換黏土礦物中的鈉離子，以此來降低水進入黏土中的可能性。另外一個優點是要達到較好的抑制效果，相比較于無機抑制劑，它的處理會更加的簡單。但是大多數單體胺類頁巖抑制劑的抑制效果并不是很理想，而且在使用中會釋放出大量的氨氣。因此它在油氣開發中的應用受到了限制。胺類頁巖抑制劑包括像氯化銨、四甲基氯化銨、氯化膽堿以及胺鹽的衍生物，這些都在不同的油氣田開發中取得了不錯的效果。
(2)低聚胺類頁巖抑制劑
它的抑制機理與單體胺類頁巖抑制劑類似，它們進入黏土層間阻止水分子進入。但是相比單體胺類頁巖抑制劑，由于它本身帶有兩到四個胺基，這些官能團能夠吸附在黏土層上，它的抑制效果更加穩定和顯著，并且合成這種抑制劑更加簡單。之前研制出的聚醚胺，自身的化學結構能夠有效的抑制黏土礦物的水化作用。在過去五十年里，各種各樣的低聚胺類化合物常作為頁巖抑制劑使用在鉆井液中。
(3)高聚胺類頁巖抑制劑
高聚胺類鹽有很多活性很高的胺官能團，分子與分子之間形成網狀結構附著在黏土表面。但是因為其分子結構太大，不能有效地滲透到黏土層間。因此，應用在水化作用極強的頁巖時，它的抑制效果并不能達到要求。毒性、配伍性能差使它的應用開發受到了限制。
2. 1. 2 瀝青類
瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復雜混合物，屬于原油精煉后的殘留物。對它進行一定的化學處理，可以制成對頁巖膨脹具有抑制作用的產物。鉆井液處理劑中瀝青類產品包括磺化瀝青、釋烷基化瀝青、陽離子瀝青、乳化瀝青、氧化瀝青及其中一種或幾種與表面活性劑、腐殖酸類等輔調配成的瀝青摻合物等。瀝青類頁巖抑制劑抑制頁巖遇水膨脹的作用機理有兩大方式:
(1)以化學作用為主，此種抑制劑水溶性的物質含量較高，水溶性部分含大量電負性離子，這些帶負電的粒子通過化學作用吸附在黏土顆?；蛘唔搸r的正電荷的邊緣上并與正電荷相結合，防止自由水進入頁巖，抑制黏土膨脹和頁巖分散，少量水不溶性粒子則靠物理吸附或覆蓋作用減少自由水進入頁巖，抑制頁巖的分散和坍塌。
(2)以物理作用為主，利用瀝青的軟化點特性即當瀝青的軟化點與地層的溫度接近時，瀝青的水溶性物質含量較低，當鉆遇頁巖地層時，若在井筒的正壓力下軟化的瀝青處理劑會發生塑性流動，嵌入并堵塞不規則井壁微裂縫隙。在高溫高壓下，瀝青粘附在井壁上形成簿而韌、滲透性小的可壓縮性濾餅而起封堵作用，防止頁巖表面水化和滲透水化，抑制頁巖膨脹、解離和剝落性脫落，達到護壁防塌及保護油氣層的目的。
瀝青的化學性能不穩定，易氧化、磺化和縮合，磺化瀝青是常見的瀝青類處理劑。瀝青與磺化劑發生磺化反應而得到磺化瀝青?；腔癁r青類防塌劑對水、酸及堿有很高的穩定性。它是通過可溶于水的磺酸基吸附在頁巖晶層斷面上和不溶于水的部分充填空隙、裂縫中阻止頁巖的分散膨脹?，F在研發出的仿磺化瀝青頁巖抑制劑無熒光性，2%的水溶液中無毒，但是相比于與磺化瀝青處理劑的抑制性能略差。
2. 1. 3 聚合醇頁巖抑制劑
作為頁巖抑制劑的聚合醇包括聚乙二醇、聚丙二醇和聚丙三醇等。該抑制劑是非離子表面活性劑，其溶解度隨著溫度的上升而下降。聚合醇鉆井液具有油基鉆井液的優異性能，不干擾地質錄井，環保特性良好，同時也能明顯地抑制頁巖水化膨脹。國內學者將其抑制機理
分為三點:
(1)降低活度，即通過滲透作用穩定泥頁巖；
(2)吸附作用，聚合醇可在泥頁巖表面強烈吸附，形成吸附層。聚合醇是一種非離子型飽和碳鏈聚合物，其分子主鏈為碳原子，側鏈上有許多羥基，因此聚合物分子可以與黏土分子形成大量氫鍵，從而降低頁巖分散膨脹的可能性；
(3)濁點效應，在常溫的情況下可溶于水，當溫度超過一定值之后，聚合醇溶液就會形成濁狀的微乳液，分子便聚集成塑性的團粒。在壓力的作用下，團粒便會擠入地層的空隙和裂縫之中，起到穩定井壁的作用。濁點受到鉆井液的酸堿度以及壓力影響較小，它與聚合物的濃度、加量以及電解質種類有密切的關系。
2.1.4腐殖酸類
腐殖酸是一種高分子化合物，無定型，內有芳香環結構。常規的腐殖酸主要應用于頁巖抑制，它在大自然中儲量豐富，存在于煤炭、泥炭、土壤以及風化煤之中。腐殖酸和聚合適當的甲基硅醇在鋁鹽的催化作用下縮合形成的油基的硅腐殖酸鹽既有腐殖酸類處理劑的降濾失、降粘作用，又有有機硅類處理劑的抑制性和高溫穩定性，對頁巖的造壁性有顯著的改善。利用氯硅烷改性的腐殖酸制作的抑制劑有很好的分散作用和穩定性，可以抑制鉆屑、頁巖膨脹。除此之外，腐殖酸的鉀鹽、高價鹽以及有機硅等都可用做頁巖抑制劑。
2. 2 無機頁巖抑制劑
2. 2. 1 硅酸鹽類頁巖抑制劑
硅酸鹽作為頁巖抑制劑在鉆井液體系中應用廣泛。它在溶液中以復雜的聚合物形式存在，硅酸鹽存在三種主要成分，即二氧化硅、氧化鈉和氯化鉀。硅酸鹽抑制作用主要是通過與地層中頁巖發生作用產生凝膠，并與黏土礦物等發生膠結作用封固頁巖而改善提高泥頁巖的膜效率。硅酸鹽鉆井液是具有成膜效應的水基鉆井液之一，能有效控制壓力傳遞，穩定井壁，其膜效率僅次于油基鉆井液，因此硅酸鹽鉆井液具有良好的井壁穩定作用，抑制性能接近油基鉆井液。相比之下，無毒、無熒光且成本低等特質，它被認為是具有發展前景的水基鉆井液。最常用的硅酸鹽是硅酸鈉，是由蘇打粉和硅石粉在1000～1200℃的條件下進行反應生成的一種無機物。
在國內最早應用的硅酸鹽鉆井液是1987年川東臥96井的硅酸鉀鈉聚合物鉆井液體系，防塌效果良好，機械鉆速提高10.8%～21.2%;勝利油田在諸參1井4380～5005m井段應用硅酸鹽鉆井液體系，使鉆井液費用降低了50%，井眼穩定，防塌封堵、防漏效果好，井徑擴大率僅為15%。在國外20世紀30年代開始使用硅酸鹽體系，由于流變性難以控制而失敗，直到1994年BW和MobilNSL在北海使用成功。
2. 2. 2 鉀、鈣、鈉等離子無機鹽頁巖抑制劑
無機鹽頁巖抑制劑通過在黏土表面進行陽離子交換的機制能夠有效地抑制黏土膨脹。它可以運用到很多復雜的地層環境中，比如高溫、高壓等復雜情況。但大量的使用會對環境造成一定的污染，而且在鉆井過程中，無機鹽與鉆井液體系中的其他添加劑配伍性差。
鈣離子頁巖抑制劑主要指的是氯化鈣。對頁巖水化膨脹起到抑制作用的鈣離子會壓縮黏土顆粒表面的擴散雙電層，使水化膜變薄，ζ電位下降，從而引起黏土鏡片面—面和端—面聚結，造成黏土顆粒分散度下降，其次鈣離子和鈉離子進行交換，將鈉土轉變為鈣土。鈣土水化能力弱，分散度低，會使整個鉆井液體系的分散度明顯下降，轉化的程度取決于黏土的陽離子交換容量和濾液中鈣離子的濃度。
2.2.3無機正電膠頁巖抑制劑
傳統水基鉆井液體系都是帶負電的黏土一水分散體系，鉆井液中處理劑多為陰離子型，而無機正電膠(MMH)在鉆井液中迅速分散溶解并與溶液中帶負電的黏土顆粒相結合形成正電膠鉆井液體系。鉆井液體系性能與鉆井液中黏土含量和MMH含量存在密切的關系，其溶液對黏土有極強的抑制作用，在鈣蒙脫土中，1%的MMH正溶膠的抑制性大于10%的氯化鉀的溶液，抗溫可達到233℃，抗鹽可達到飽和。
3結語
自21世紀初以來，國內外對頁巖氣的開發的重視程度越來越高，出現了一大批抑制性優異的鉆井液處理劑。其中頁巖抑制劑為水平井、超深井、復雜井的開發展現出了更美好的發展前景，與此同時，單單只是抑制性強的處理劑已不能滿足鉆井要求。無毒、抗鹽、無熒光、抗高溫、環境友好、配伍性好、適應pH值寬等要求是未來頁巖抑制劑發展的方向。
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