天然氣水合物儲層仿生井壁穩定劑研制及其作用機理

王星星，蔣官澄*，王國帥，盛科鳴，楊麗麗，董騰飛，賀垠博，陳昊哲

1 中國石油大學(北京)石油工程學院，北京 102249

2 中國石油川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，庫爾勒 841000

0 前言

天然氣水合物具有分布廣、規模大、埋藏淺的特征，是一種高能量密度的清潔能源，1 m3天然氣水合物分解可以生成164 m3天然氣和0.8 m3水[1-2]。安全高效開采天然氣水合物對于保障國家能源安全、推進深水科技創新具有重要意義。日本2013年和2017年的海域水合物試采均由于出砂嚴重被迫停止開采。2017年中國地質調查局在南海神狐海域開展了水合物試采，防砂控泥與增產矛盾突出。國內外試采和勘探經驗表明，儲層失穩出砂是制約水合物資源有效開發的關鍵問題[3-4]。

我國南海天然氣水合物儲層多為弱膠結泥質細粉砂地層，鉆進過程中水合物易分解，井壁失穩問題突出。井壁失穩的根本是力學失穩[5]，力學—化學耦合是解決井壁失穩的有效對策[6-7]?，F有的水合物層鉆井液技術是向鉆井液中加入粘土水化抑制劑、包被劑、封堵劑、水合物分解抑制劑、水合物生成抑制劑等[8-9]，其作用原理分別是抑制地層中粘土水化膨脹、分散，阻止鉆井液侵入地層、抑制水合物分解和二次生成。

寧伏龍等[10]提出鉆井液體系設計除考慮其對天然氣水合物抑制性外，還要重點關注鉆井液的相對密度、護壁性和流變性等對井內安全起關鍵作用的性能指標。途運中等[11]研制了一種含動力學抑制劑的稀硅酸鹽鉆井液，除滿足常規鉆井液攜帶巖屑和清潔井眼的要求外，還可以有效抑制粘土水化、水合物分解以及控制管線內水合物再生成。劉天樂等[12]研制了含PVP的水基聚合醇鉆井液，能夠有效抑制甲烷水合物的生成，保護井壁。王韌[13]將親水納米SiO2與水合物抑制劑復配優選了海洋水合物鉆井液體系配方，可有效抑制水合物形成。Ali Fereidounpour等[14]使用聚丙烯酸酯衍生物的新型鉆井液提高水合物層鉆井過程中的井壁穩定性。國內外學者的研究對保持鉆井液性能和水合物儲層井壁穩定具有一定作用，但尚未主動考慮泥質細粉砂地層疏松膠結問題。

貽貝足絲蛋白組分中的鄰苯二酚基團賦予貽貝在海洋環境中不同基底表面超強的粘附力[15]。利用富含鄰苯二酚基團的TA和含有多醇羥基的PVA形成氫鍵，強化吸附作用力，制備成水下粘合劑，廣泛應用于粘合傷口等[16-19]醫學領域。在鉆井液領域，宣揚等[20]模擬貽貝黏附蛋白的結構，針對泥頁巖地層，通過接枝多巴胺制備了GBFS-1，抑制頁巖水化膨脹和分散起到固壁效果。本文擬模仿貽貝鄰苯二酚基團粘附原理，針對海域水合物泥質細粉砂儲層井壁易坍塌難題，研發一種能在水下環境提高水合物儲層膠結強度的新型鉆井液井壁穩定劑(JBWDJ)，同時抑制粘土水化分散和膠結石英砂顆粒，具有制備工藝簡單、成本低、環保等優勢。在此基礎上，通過力學性能測試和微觀表征揭示JBWDJ的作用機理。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料與儀器

主要實驗材料：單寧酸(TA)，氫氧化鈉，碳酸鈉和氯化鈉(北京伊諾凱科技有限公司)，聚乙烯醇(PVA，分子量為20 萬)(阿拉丁)，鈉基膨潤土(北京石大博誠公司)，細粉砂(靈壽縣鴻展礦產品加工廠)，7#天然砂巖巖心2 塊(標記為7#-1，7#-2)。

主要實驗儀器：ZNN-D6 型六速旋轉粘度計(青島海通達公司)、GDC-2 控溫裝置(青島膠南分析儀器廠)、MARSIII哈克流變儀(HAAKE德國)、SY型手動液壓機、單軸及三軸強度試驗裝置(長春暉陽公司)、日本理學高分辨率衍射儀SmartLab X射線衍射儀、JEM-2100 透射電子顯微鏡(JEOL日本)、原子力顯微鏡(AFM，Bruker，USA)、HARKE-SPCA接觸角測量儀(北京哈科實驗儀器廠)、高溫高壓傷害模擬系統。

1.2 JBWDJ的制備

首先將80 g PVA與320 g蒸餾水置于500 mL三口燒瓶中，在90 ℃條件下攪拌(600 r/min)溶解3 h得到20%聚乙烯醇溶液。稱量10 g TA，采用磁力攪拌制備20%的TA溶液，調節TA溶液的pH值至10，將20%PVA溶液和20%的TA溶液按照質量比PVA:TA=1:0、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1 的比例混合，低速攪拌30 min制得仿生JBWDJ。

1.3 JBWDJ固壁性能測試

為較好的模擬南海天然氣水合物儲層，制備了人造巖心骨架，同時篩選了粘土礦物組成與泥質細粉砂水合物儲層接近的露頭天然砂巖巖心。天然巖心標記為7#，其孔隙度為20%左右，滲透率在30 mD左右，能夠有效模擬我國南海天然氣水合物儲層骨架的特性[21]。

1.3.1 全巖礦物分析

稱量細粉砂、膨潤土和7#巖心各10 g，利用日本理學高分辨率衍射儀SmartLab X射線衍射儀，分別測試巖心粘土礦物成分，表1 為全巖礦物分析測試結果。

表1 細粉砂、膨潤土、巖心X-射線衍射礦物組成成分Table 1 Mineral composition of fine silt, bentonite, and core by X-ray diffraction

1.3.2 人造巖心骨架制備

將石英砂(300 目)和膨潤土按照7:3 的比例充分攪拌混勻作為泥質細粉砂混合物，稱取混合物20 g，利用SY型手動壓力機進行人造巖心壓塊實驗，壓力為10 MPa，時間為5 min，制得天然氣水合物人造巖心骨架(24.5 mm×24.1 mm)。人造巖心骨架外觀形貌如圖1 所示。

圖1 天然氣水合物人造巖心骨架外觀Fig. 1 Appearance of natural gas artificial hydrate core framework

1.3.3 抗壓強度測試

為對比評價JBWDJ的固壁性能，在室溫常壓條件下將人造巖心骨架分別浸泡于清水、JBWDJ溶液、聚合物類固壁劑[22]和聚胺抑制劑溶液中16 h，取出后，靜置20 min，使用WDW-100Y單軸壓縮儀測量人造巖心的抗壓強度，加載速率為1 mm/min。

1.3.4 原子力粘附力測試

將濃度為0.5%，1%，2%，3%，4%，5%的JBWDJ溶液分別滴在云母片上，自然風干24 h制得樣品。測試原子力探針與不同濃度JBWDJ之間的粘附力。探針經SiO2微球修飾，直徑13 μm，探針偏轉靈敏度為108.6 nm/V，彈簧系數為3.739 N/m。測試條件為常溫常壓，取5 個點測量粘附力的平均值計為最終粘附力。

1.4 鉆井液性能測試

1.4.1 流變性

采用美國Thermo Fisher Scientific 公司的HAAKE MARS60 流變儀，分別取JBWDJ及其鈉基膨潤土分散液2～3 mL滴至樣品臺，在椎板模式下進行分段剪切測試。所用轉子為C35 1°/Ti(直徑35 mm，錐角為1°)，轉子與樣品平臺間距為0.053 mm。在25℃時剪切速率從高至低測量不同剪切速率(1000～0.1 s-1)下的粘度和剪切應力。

1.4.2 巖屑滾動回收率測試

稱量6～10 目頁巖巖屑20 g，分別置于350 mL清水、3%聚合物類固壁劑、3%KCl、3%JBWDJ水溶液中，在滾子爐中恒溫25 ℃滾動16 h。然后用40 目篩子過篩，將滾動后回收的巖屑充分清洗，90 ℃干燥4 h后稱重，通過滾動前后巖屑質量計算回收率。

1.4.3 儲層保護性能評價

根據SY/T 6540-2002 標準，進行鉆井液巖心污染實驗。首先，對7#-1 和7#-2 巖心采用抽真空方法進行海水飽和48 h然后90 ℃烘干24 h，測試海水處理后兩塊巖心的氣測滲透率。然后，采用不含JBWDJ的鉆井液(1#體系)和含3%JBWDJ的鉆井液(2#體系)在高溫高壓傷害模擬系統中分別污染7#-1和7#-2 巖心。具體操作過程為：將巖心裝入巖心夾持器，圍壓5 MPa，入口壓力3.5 MPa。保持恒定壓差3.5 MPa，傷害流體入口端面與流體剪切循環通道平行，鉆井液在巖心端面上的流動，傷害120 min。傷害完成后，放出鉆井液，取出巖心置于90 ℃烘箱中干燥24 h。最后，使用氮氣反向測量傷害后的巖心滲透率。通過傷害前后巖心滲透率的變化評價鉆井液的儲層保護性能。

1.4.4 線性膨脹高度評價

按照1.3.2 小節方法制備巖心，將巖心分別在清水、1#體系和2#體系中浸泡16 h，測量其線性膨脹高度。

1.5 機理表征

1.5.1 TEM表征

分別將濃度為3%的TA、PVA和JBWDJ溶液稀釋一萬倍，自然晾干24 h制得干燥樣品，進行透射掃描電鏡觀察。

1.5.2 紅外光譜分析測試

稱取石英砂和膨潤土各10 g，分別在3%JBWDJ溶液中浸泡24 h，將混合液離心后除去上層清液，得到固相的石英砂和膨潤土，并用去離子水充分清洗。將洗凈的石英砂和膨潤土置于90 ℃烘箱中干燥48 h，制得樣品進行紅外光譜分析。

1.5.3 SEM和EDS表征

SEM：用清水、3.5%NaCl和3%JBWDJ分別浸泡處理7#天然巖心少量，干燥處理后，采用SEM觀測天然巖心的微觀形貌。

EDS：準備人造巖心原樣和3%JBWDJ浸泡處理的人造巖心，使用K-Alpha光電子能譜儀分別對樣品表面的C、O、Si、Al和N元素含量進行分析。

1.5.4 接觸角和表面張力測試

用接觸角測量儀分別測量清水和JBWDJ在石英載玻片上的接觸角，多次測量取平均值；使用白金環法分別測量3.5%NaCl海水和3%JBWDJ與空氣之間的表面張力。

1.5.5 原位拉曼光譜測試

采用HORIBA XploRA原位拉曼測量系統觀測1.5 ℃，9 MPa溫壓環境下甲烷水合物生成過程中的特征峰變化。

2 實驗結果與討論

2.1 JBWDJ制備與性能評價

2.1.1 PVA與TA比例對JBWDJ固壁性能的影響

圖2 為人造巖心在不同固壁劑溶液中浸泡后的抗壓強度測試結果，浸泡后巖心骨架外觀形貌如圖3 所示。巖心在只有PVA溶液中浸泡時會泡散。隨著PVA與TA比例逐漸增大，巖心浸泡后抗壓強度先逐漸增大后逐漸減小。其中，當PVA和TA的比例為3:1 時，巖心浸泡后抗壓強度達0.45 MPa。這表明PVA與TA以3:1 比例復配后顯著提高了人造巖心的抗壓強度，這可能是由于酚羥基和醇羥基以1:3 的比例混合后具有更多的氫鍵位點，使TA小分子更充分的分散于PVA分子鏈中，形成更多的氫鍵。因此JBWDJ能更好的吸附在粘土礦物顆粒表面，增強顆粒間粘結力。

圖2 PVA與TA比例對井壁穩定劑浸泡后巖心骨架抗壓強度的影響Fig. 2 Effect of PVA to TA ratio on compressive strength of core framework soaked in JBWDJ

圖3 PVA與TA比例對井壁穩定劑浸泡巖心骨架外觀形貌的影響Fig. 3 Effect of PVA to TA ratio on the appearance of core framework soaked in JBWDJ

2.1.2 固壁性能對比評價

巖心在清水、聚丙稀酰胺、聚合物類固壁劑和聚胺抑制劑溶液中均呈散砂狀(圖4(a-d))，而在JBWDJ溶液浸泡16 h后巖心依然保持形狀完整(圖4(e))。這說明JBWDJ有效抑制了粘土水化膨脹、分散，膠結了石英砂顆粒。

圖4 人造巖心骨架在不同溶液中浸泡后外觀(a)清水(b)聚丙烯酰胺(c)聚合物類固壁劑(d)聚胺抑制劑(e)JBWDJFig. 4 Appearance of artificial core framework after being soaked in different solutions (a) clear water (b) polyacrylamide (c)polymer type wellbore stabilizer (d) polyamine inhibitor (e) JBWDJ

2.1.3 原子力粘附力測試

為厘清JBWDJ提高水合物儲層穩定性的作用機理，從探針的作用力、進針速度以及在樣品表面的停留時間3 個方面，分別測試不同濃度(0.5%、1%、2%、3%、4%、5%)的JBWDJ與SiO2微球探針之間的粘附力，以反映JBWDJ與石英砂之間的粘附力。

從整體趨勢看，JBWDJ濃度越大，其與石英砂之間的粘附力越大；當濃度為0.5%時粘附力最小，5%時粘附力最大，1%～4%濃度的粘附力相差不大。在JBWDJ濃度不變的條件下，隨著探針作用力(100 nN～1000 nN)和停留時間(0.1s～5.0s)增大，SiO2與JBWDJ之間的粘附力基本不變(圖5(a)(c))。隨著探針速度從3 μm·s-1到增大到78.1 μm·s-1(圖5(b)，探針與JBWDJ之間的粘附力逐漸增大。這是由于TA與PVA之間的濃度越大，溶液中分子自組裝形成的氫鍵數量越多粘附力越強?？紤]水合物儲層溫度較低，5%JBWDJ使鉆井液粘度增大，優選JBWDJ濃度為3%。

圖5 探針(a)作用力(b)進/回針速度(c)停留時間對不同濃度JBWDJ粘附力的影響Fig. 5 Effect of (a) probe force, (b) velocity and (c) residence time on adhesion of JBWDJ with different concentrations

2.2 JBWDJ鉆井液性能評價

2.2.1 流變性和滾動回收率

為考察JBWDJ對鉆井液流變性的影響，在一定剪切速率(1000～0.1 s-1)下，分別測試了JBWDJ對質量分數2%和4%鈉基膨潤土分散液粘度和剪切應力的影響。由圖6 可知，與鈉基膨潤土分散液相比，含有JBWDJ的分散液粘度和剪切應力在高剪切速率下均顯著提高。這是由于JBWDJ吸附在粘土顆粒表面，增大了鉆井液的粘度和剪切應力。

圖6 JBWDJ隨剪切速率變化對基漿(a)粘度和(b)剪切應力的影響Fig. 6 Effect of JBWDJ on (a) viscosity and (b) shear force of base mud with the shear rate

2.2.2 巖屑滾動回收率

由表2 可知，清水、聚合物固壁劑和KCl溶液和3%JBWDJ處理后頁巖巖屑滾動回收率分別為48.4%，52.35%，26.3%和80.85%。與清水相比，3%JBWDJ可以使巖屑滾動回收率提高1.67 倍。這說明JBWDJ與膨潤土顆粒表面產生較強的化學吸附作用形成氫鍵，抑制了粘土水化分散。

表2 頁巖巖屑滾動回收率Table 2 Rolling recovery rate of shale

2.2.3 儲層保護性能評價

為考察JBWDJ對鉆井液體系性能和儲層保護能力，測試了鉆井液的基本性能，天然巖心污染前后的孔隙度和滲透率。7#-1 和7#-2 巖心分別經海水抽真空浸泡處理后，分別用1#和2#鉆井液體系進行巖心驅替實驗。鉆井液體系配方如下：

1#鉆井液體系配方：3.5%海水+1.2%PF-PACLV(降濾失劑)+3%PF-FT-1(封堵降濾失劑)+2%PF-HLUB(防泥包劑)+2%PF-UHIB(聚胺抑制劑)+1%PF-LUBE(潤滑劑)+2%PF-NRL(封堵降濾失劑)+2%PF-LSF(封堵降濾失劑)+2%PF-SMP HT(封堵降濾失劑)+2%PF-SPNHHT(封堵降濾失劑)+5%NaCl+0.5%NaOH(ρ=1.09 g/cm3)；

2#鉆井液體系配方：3.5%海水+1.2%PF-PACLV+3%PF-FT-1+2%PF-HLUB+2%PF-UHIB+1%PF-LUBE+2%PF-NRL +2%PF-LSF+2%PF-SMP-HT+2%PFSPNHHT+5%NaCl+0.5%NaOH+3%JBWDJ(ρ=1.10 g/cm3)。

其中，鉆井液在2 ℃和25 ℃下的粘度、濾失量等基本性能參數如表3 所示。由實驗結果可知，3%JBWDJ使鉆井液有一定增粘效果，且能降低濾失量。

表3 鉆井液性能參數Table 3 Drilling fluid performance parameters

分別被海水和1#、2#鉆井液處理后巖心孔隙度和滲透率參數值如表4 所示，實驗結果表明，含JBWDJ的2#鉆井液驅替后，巖心滲透率恢復值提高4.54%。這是因為JBWDJ利用氫鍵作用形成致密仿生膜，阻止了鉆井液固相與液相侵入巖心堵塞孔隙和喉道，降低了鉆井液對巖心的傷害。

表4 巖心污染前后孔隙度和滲透率參數Table 4 Core porosity and permeability parameters before and after contamination

2.2.4 線性膨脹高度評價

為評價JBWDJ的頁巖抑制性，測試了其對膨潤土的抑制效果。由圖7 可得，巖心在清水、1#和2#體系中的膨脹高度分別為4.63 mm、1.8 mm和0.9 mm。表明JBWDJ通過氫鍵作用吸附在粘土礦物顆粒表面，有效抑制了粘土的水化和分散。

圖7 人造水合物巖心骨架在清水、1#和2#鉆井液體系中的膨脹高度Fig. 7 The expansion height of artificial hydrate core framework in clear water, 1# and 2# drilling fluids

2.3 JBWDJ機理表征

2.3.1 TEM分析

觀察TEM微觀形貌可知，單獨的TA(圖8(a))和PVA(圖8(b))溶液不具有網狀結構，當TA與PVA復配以后，具有清晰的網狀結構(圖8(c))。這是因為TA含有大量的貽貝蛋白組分即為鄰苯二酚基團(圖8(d))，與PVA分子間通過形成氫鍵，構筑了較為致密的網狀結構?；谠摶鶊F在海洋環境中具有超強的粘附力，形成的聚合物網狀結構使JBWDJ在水下環境中依然能夠牢固地吸附在粘土礦物顆粒表面。

圖8 TEM微觀測試(a)TA, (b)PVA, (c)JBWDJ; (d)分子結構圖Fig. 8 TEM of(a)TA, (b)PVA, (c) JBWDJ; (d) molecular structure diagram

圖9 JBWDJ與(a)石英砂、(b)膨潤土作用的紅外光譜Fig. 9 Infrared Spectra of JBWDJ interacting with (a) quartz sand and (b) bentonite

2.3.2 紅外光譜分析

對比石英砂、膨潤土和JBWDJ單獨的紅外光譜，對于JBWDJ/石英砂來說，3434.74 cm-1處的峰是-OH的拉伸振動峰，1092.28 cm-1處是Si-O鍵對稱伸縮振動峰。3434.74 cm-1和1092.28 cm-1光譜發生變化表明JBWDJ通過與石英砂顆粒表面產生了化學吸附。

對JBWDJ/膨潤土來說，3434.87 cm-1處的峰是-OH的拉伸振動峰，2946.32 cm-1處是C-H鍵的拉伸振動峰值，1638.10 cm-1處是-OH的拉伸振動峰。3434.87 cm-1和1638.10 cm-1變弱是因為JBWDJ與粘土顆粒表面形成氫鍵，產生了較強的粘附作用。

2.3.3 SEM微觀表征

通過對比天然巖心原樣，清水和JBWDJ浸泡處理后的巖心外觀形貌(圖10(a)，(e)，(i))可知，JBWDJ處理的巖心表面包裹著一層黑色的膜，定義為仿生膜。當巖心SEM微觀形貌放大100 倍時，巖心原樣和清水浸泡處理的巖心表面均呈散砂顆粒塊狀(圖10(b)，(f))，而JBWDJ處理后的巖心表面被仿生膜包覆且無散砂顆粒(圖10(j))。當繼續對巖心放大2k和5k倍時，與巖心原樣(圖10(c-d))和清水處理的巖心表面(圖10(g-h))進行對比，JBWDJ處理后的巖心表面結構更加平整且致密(圖10(k-l))。這表明TA和PVA之間通過酚羥基與醇羥基形成氫鍵，構建了較強的致密網狀結構，與巖石表面產生了較強的化學吸附作用，阻止了外來有害液相侵入，保護了巖心內部孔隙結構不受堵塞傷害。

2.3.4 EDS能譜測試

為厘清JBWDJ仿生膜的固壁作用機理，對人造巖心原樣和仿生膜進行了元素組成分析，結果如圖11 所示。巖心原樣表面主要以O、Mg、Al和Si元素為主(圖11(a))，經JBWDJ處理后的巖心外表面主要以C、O、Na、Al元素為主(圖11(b))，巖心內表面主要以C、O、Na、Mg、Al和Si元素為主(圖11(c))。JBWDJ處理后的巖心外表面無Si元素，內表面含Si元素，這說明外表面不含石英砂顆粒，也證實了巖心表面已被仿生膜完全包覆，沒有出現散砂顆粒掉落現象。

圖11 巖心表面形貌元素分析(a)巖心原樣，(b)巖心外表面，(c)巖心內表面Fig. 11 Element analysis of core surface morphology (a) original core sample, (b) outer core surface, (c) inner core surface

2.3.5 接觸角與表面張力測試

通過測量海水和JBWDJ液滴與石英載玻片之間的接觸角來反映JBWDJ與石英砂表面的潤濕性。由實驗結果(圖12)可知，兩者的接觸角分別為38.31°、57.9°。由于接觸角與潤濕性成反比，接觸角越小，潤濕性越好，所以JBWDJ具有更好的親水性。與海水相比，JBWDJ具有更低的表面張力49.28 mN/m，能夠降低毛細管壓力，減弱對儲層的傷害。

圖12 接觸角(a)海水(b)3%JBWDJFig. 12 Contact angle of (a) seawater, (b) 3% JBWDJ

2.3.6 JBWDJ對I型甲烷水合物結構的影響

在水合物的晶格中，水分子在氫鍵的作用下形成大小不同的籠，甲烷分子可分別進入大籠(51262)和小籠(512)中[23]。通過研究CH4氣體分子在純水、2%和3%的JBWDJ溶液中生成的不同體系的甲烷水合物的原位拉曼特征峰(C-H鍵處的伸縮振動峰)，可通過峰型和峰位定性分析水合物類型，評價JBWDJ對甲烷水合物構型的影響。圖13 為CH4氣體分別在純水、2%和3%JBWDJ中生成甲烷水合物的原位拉曼特征峰。CH4氣體的拉曼特征峰在2917 cm-1處，純CH4水合物的特征峰位于2904 cm-1(I型水合物大籠51262)和2913 cm-1(I型水合物小籠512)。2%JBWDJ-CH4水合物的特征峰位于2904 cm-1，與3%JBWDJ-CH4水合物的特征峰位于2904 cm-1相同。這表明JBWDJ不改變甲烷水合物晶體結構類型。

圖13 JBWDJ對甲烷水合物拉曼特征峰的影響，(a)CH4 氣體，(b)CH4-純水,(c)CH4-2%JBWDJ,(d)CH4-3%JBWDJFig. 13 Effect of JBWDJ on Raman spectra of methane hydrate，(a)CH4 gas，(b)CH4- deionized water,(c)CH4-2%JBWDJ,(d)CH4-3%JBWDJ

3 結論

(1)研制了含鄰苯二酚基團的仿生水下強化JBWDJ，5%JBWDJ與SiO2微球原子力探針之間粘附力高達2314 nN，將人造巖心骨架抗壓強度提高至0.45 MPa。當JBWDJ加量為3%時，頁巖巖屑滾動回收率為80.85%。JBWDJ有效增強了礦物顆粒間的粘結力，抑制了粘土水化膨脹、分散。

(2)鉆井液體系評價實驗證明，含JBWDJ的鉆井液體系浸泡后巖心的膨脹高度僅為0.9 mm；且JBWDJ有助于提高巖心滲透率恢復率。JBWDJ具有低表面張力和良好的潤濕性，可以減小毛細管力，降低鉆井液有害濾液和固相對儲層的傷害。

(3)TEM、SEM、EDS、AFM和紅外表征說明JBWDJ通過形成氫鍵，與粘土礦物顆粒表面產生較強的化學吸附作用，在巖心表面生成一層致密的仿生膜，阻止了水分子進一步侵入巖心孔喉。