甲基硅酸钾页岩抑制剂抑制蒙脱石水化机理的分子模拟

摘要：

有机硅页岩抑制剂相较于传统的KCl抑制剂具有不会腐蚀钻具、更加环保等优点,因此有机硅钻井液体系得到广泛应用.利用分子模拟方法,选择甲基硅酸钾、甲基硅酸钠、KCl和NaCl作为研究对象,构建了四种抑制剂的分子模型和钠蒙脱石晶体模型.通过分子动力学方法模拟发现,甲基硅酸钾能够抑制蒙脱石层间Na+的水化作用,限制水分子和Na+的自扩散运动,并提高钠蒙脱石晶体的力学性能.对比四种页岩抑制剂的各项模拟结果发现,甲基硅酸钾的抑制效果最佳,其次是甲基硅酸钠和KCl,NaCl的抑制效果最差.从离子的角度看,K+的抑制效果优于Na+,甲基硅酸根的抑制效果优于Cl-,这是由于K+能镶嵌于钠蒙脱石晶层表面的硅氧六元环中,而甲基硅酸根能够通过氢键吸附于硅氧六元环上,它们均能使蒙脱石晶层发生不完全水化从而抑制蒙脱石的水化膨胀.

关键词：钠蒙脱石、分子模拟、页岩抑制剂、甲基硅酸钾、水化膨胀

所属期刊栏目：60

分类号：TE254(钻井工程)

资助基金：国家“十三五”科技重大专项“页岩气水平井水基钻进液”2016ZX05022001-002;中石油重大应用基础研究“井筒工作液新材料新体系基础研究”2016A-3903

在线出版日期：2019-03-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：45-53