一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法及其制備的產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法及其制備的產(chǎn)品，目的在于解決現(xiàn)有的頁巖膨脹抑制劑存在加量大、抗溫能力和環(huán)保性差、對鉆井液流變和失水性能有負(fù)面影響，且只能抑制晶格或滲透膨脹中的一種，不能兼顧鉆屑的強度和完整性的問題。本發(fā)明主要是通過多點吸附在黏土層間及包裹在黏土顆粒表面兩種方式，通過協(xié)同作用，從而阻止水侵入到黏土層間，最終達(dá)到抑制其晶格膨脹和滲透膨脹的目的。本發(fā)明無生物毒性，抗溫高達(dá)210℃，能廣泛應(yīng)用于淡水和含各種濃度的鹽水鉆井液體系中，其不僅能全方位地抑制頁巖、黏土和鉆屑的水化膨脹，而且對鉆井液濾失和流變等其他性能負(fù)面影響也較小。本發(fā)明工藝簡單，對設(shè)備與環(huán)境要求低，無需后處理。
【專利說明】一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法及其制備的產(chǎn)品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油田化學(xué)領(lǐng)域，尤其是油氣田化學(xué)品中的鉆井液處理劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法及其制備的產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣井鉆探過程中，通常采用鉆井液來潤滑鉆頭、傳遞水動力、攜帶和懸浮鉆屑，及抑制富含水敏性黏土礦物的“活性”頁巖的水化膨脹。在鉆井液中，水基鉆井液在實際應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。但在水基鉆井液的使用過程中，其又特別容易導(dǎo)致黏土吸水后膨脹，這種現(xiàn)象對鉆井作業(yè)非常不利。
[0003]黏土吸水后膨脹會誘發(fā)鉆頭泥包、高扭矩、高摩阻，甚至導(dǎo)致井壁坍塌、縮徑鉆孔等井眼不穩(wěn)定問題的發(fā)生，最終導(dǎo)致鉆井速率降低，施工成本增加，嚴(yán)重時甚至可能導(dǎo)致整口井報廢。據(jù)統(tǒng)計，在油氣井鉆進(jìn)過程中，所遭遇地層中的75%含有頁巖，而90%的井眼不穩(wěn)定及相關(guān)問題與黏土吸水后膨脹有關(guān)。每年，全球由于黏土吸水后膨脹所帶來的經(jīng)濟(jì)損失超過5億美元。
[0004]從黏土膨脹機(jī)理來看，采用水基鉆井液時，黏土的膨脹通?？梢酝ㄟ^如下兩種方式進(jìn)行控制。一是向水基鉆井液中加入處理劑，通過處理劑的加入，增大濾液黏度，降低濾液水的活度，產(chǎn)生類似于油基鉆井液膜效益的高滲透壓，從而阻止濾液侵入頁巖，以達(dá)到控制黏土膨脹的目的。相關(guān)的處理劑包括:烷基葡萄糖苷、硅酸鹽、NaCl、甲(乙)酸鹽和一些二價鹽(如CaCl2/CaBr2/ZnCl2/MgCl2/MgBr2/ZnBr2等)。其中，娃酸鹽還能與頁巖孔隙中的Ca2+、Mg2+結(jié)合，快速生成沉淀物，起到封堵作用，進(jìn)一步阻止濾液侵入。另外，PHPA(高相對分子量聚合物處理劑的典型代表)通過聚合物包裹在黏土顆粒表面，從而達(dá)到控制黏土滲透膨脹的目的。另一種處理方式則是通過將`處理劑(例如KC1、聚合醇、胺或銨類化合物)直接插入到黏土層間，從而抑制黏土的晶格膨脹。這兩類處理劑均稱為頁巖膨脹抑制劑，目前市場上相關(guān)產(chǎn)品較多，在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，也收到了不錯的效果。然而，現(xiàn)有的頁巖膨脹抑制劑也存在加量大、抗溫能力和環(huán)保性差、對鉆井液流變和失水性能有負(fù)面影響等問題，同時，其抑制性能一般，只能抑制晶格或滲透膨脹中的一種，不能兼顧鉆屑的強度和完整性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對現(xiàn)有的頁巖膨脹抑制劑存在加量大、抗溫能力和環(huán)保性差、對鉆井液流變和失水性能有負(fù)面影響，且只能抑制晶格或滲透膨脹中的一種，不能兼顧鉆屑的強度和完整性的問題，提供一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法及其制備的產(chǎn)品。本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑無生物毒性，抗溫高達(dá)210°C，能廣泛應(yīng)用于淡水和含各種濃度的鹽水鉆井液體系中，其不僅能全方位地抑制頁巖、黏土和鉆屑的水化膨脹，而且對鉆井液濾失和流變等其他性能負(fù)面影響也較小。本發(fā)明制備工藝簡單，對設(shè)備與環(huán)境要求低，無需后處理，能夠滿足產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的需要。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法，包括如下步驟:
(1)向反應(yīng)器中加入水、丙烯酸、質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液，再向反應(yīng)器中加入堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)溶液的pH值至7~8，攪拌混合均勻，得混合溶液；
(2)向混合溶液中加入過硫酸鉀，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度為50-100°C，反應(yīng)3-5h，得共聚物溶液；
(3)將共聚物溶液冷卻至室溫后，向共聚物溶液中緩慢加入聚氧乙烯醚二胺、增效劑，攪拌均勻即可；
其中，質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液的質(zhì)量為丙烯酸質(zhì)量的
2.5~5倍，水的質(zhì)量為質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液與丙烯酸質(zhì)量之和的I~2倍，過硫酸鉀的質(zhì)量為質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液與丙烯酸質(zhì)量之和的0.5%~2.5%，共聚物溶液、聚氧乙烯醚二胺、增效劑的質(zhì)量比為50~80:15 ~25:10 ~20。
[0007]所述堿性調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種或多種。
[0008]所述聚氧乙烯醚二胺的分子通式為NH2 (CH(CH3)CH2O)xCH2CH (CH3) NH2, X=I~20。
[0009]所述增效劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、多乙烯多胺中的一種或多種。
[0010]采用前述鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法所制備的產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明中，所采用的`質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液是指，在該溶液中，溶質(zhì)二烯丙基二甲基氯化銨占該溶液質(zhì)量的60%。
[0012]本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑主要是通過多點吸附在黏土層間及包裹在黏土顆粒表面兩種方式，通過協(xié)同作用，從而阻止水侵入到黏土層間，最終達(dá)到抑制其晶格膨脹和滲透膨脹的目的。本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑具有水溶性好，在使用過程中不易起泡的特點，無生物毒性，其不僅能全方位地抑制頁巖、黏土和鉆屑的水化膨脹，而且對鉆井液濾失和流變等其他性能負(fù)面影響也很小。
[0013]本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的抗溫達(dá)210°C，能夠應(yīng)用于淡水和含各種濃度的鹽水鉆井液體系中，其還和鈉、鎂、鈣鹽有協(xié)同增效作用。本發(fā)明的制備方法操作簡單，對設(shè)備與環(huán)境要求低，無需后處理，能夠滿足產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的需要。
[0014]經(jīng)測定，本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑能夠完全滿足以下性能指標(biāo):基漿的頁巖滾動回收率為10-20%，API濾失量為20-25ml ;向基漿中添加基漿質(zhì)量0.8%本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑后，頁巖滾動回收率為> 70%，相對抑制率> 85%，API濾失量^ 38ml ο
[0015]其中，頁巖滾動回收率的測定方法如下。
[0016]將風(fēng)干后的頁巖礦石敲碎制成6-10目的顆粒。精確稱量兩份頁巖顆粒，每份頁巖顆粒重50g，將兩份頁巖顆粒分別浸泡在350mL蒸餾水中，其中一份再加入2.Sg本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑。分別裝入老化罐在150°C滾動16h之后，取出，過40目篩。保留下來的頁巖屑用10%的KCl水溶液沖洗，于100±5°C下鼓風(fēng)干燥至恒重G，測定頁巖滾動回收率。
[0017]相對抑制率的測定方法如下。[0018]量取350ml蒸餾水兩份，向兩份蒸餾水中分別加入35g鈉膨潤土，高速攪拌20min。其中一份再加入2.8g本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑。分別再高速攪拌5min后，裝入老化罐。分別在40°C滾動16h，取出高速攪拌5min，如有泡沫需加入1_2滴消泡劑。參考GB/T16783.1 -2006標(biāo)準(zhǔn)，測量IOOrpm下旋轉(zhuǎn)黏度計的讀數(shù)?；鶟{IOOrpm讀數(shù)應(yīng)在100±10范圍內(nèi)，否則應(yīng)更換鈉膨潤土。相對抑制率的計算公式如下:y=[Φ100-Φ'100]/Φ100X100%。該式中，Y為相對抑制率，單位為％ ;Φ100為基漿在IOOrpm時的讀數(shù)；Φ ’ 100為含有本發(fā)明鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的鉆井液在IOOrpm時的讀數(shù)。
[0019]API濾失量的測定方法如下。
[0020]量取350ml蒸懼水兩份，向兩份蒸懼水中分別加入14g鈉膨潤土,高速攪拌20min,密閉養(yǎng)護(hù)24h備用。向其中一份中加入2.Sg本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑高速攪拌5min后，裝入老化罐中，作為組分一；另一份直接裝入老化罐中，作為組分二。組分一、組分二分別在40°C滾動16h，然后取出，高速攪拌5min，再靜止數(shù)分鐘，待泡沫自然消去。參考GB/T16783.1-2006標(biāo)準(zhǔn)，使用中壓濾失儀，在室溫和0.69MPa壓差條件下測量API濾失量。
【具體實施方式】
[0021]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0022]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0023]實施例1
向反應(yīng)器中加入3467公斤去離子水、403公斤氫氧化鉀、493公斤丙烯酸和質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液1842公斤，攪拌混合均勻，得混合溶液。再向混合溶液中加入22公斤過硫酸鉀，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度為65°C，反應(yīng)5h，得共聚物溶液。將共聚物溶液降至室溫，向共聚物溶液中緩慢加入2536公斤聚氧乙烯醚二胺(牌號Jeffamine--D230，分子式為NH2 (CH (CH3) CH2O) 2.5CH2CH (CH3) NH2)、1249公斤多乙烯多胺，攪拌均勻后出料，即得產(chǎn)品。
[0024]向基漿中添加基漿質(zhì)量0.8%本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑后，頁巖滾動回收率為73%，相對抑制率91%，API濾失量36ml。
[0025]實施例2
向反應(yīng)器中加入4276公斤去離子水、500公斤氫氧化鉀、608公斤丙烯酸和質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液2270公斤，攪拌混合均勻，得混合溶液。再向混合溶液中加入40公斤過硫酸鉀，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度為70°C，反應(yīng)4h，得共聚物溶液。將共聚物溶液降至室溫，向共聚物溶液中緩慢加入1560公斤聚氧乙烯醚二胺(牌號Jeffamine--D400，分子式為NH2(OKCH3) CH2O) 6.^H2CH(CH3) NH2)、360公斤六乙烯七胺、800公斤多乙烯多胺，攪拌均勻后出料，即得產(chǎn)品。
[0026]向基漿中添加基漿質(zhì)量0.8%本發(fā)明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑后，頁巖滾動回收率為80%，相對抑制率86%，API濾失量37ml。
[0027]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露`的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)向反應(yīng)器中加入水、丙烯酸、質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液，再向反應(yīng)器中加入堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)溶液的pH值至7~8，攪拌混合均勻，得混合溶液； (2)向混合溶液中加入過硫酸鉀，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度為50-100°C，反應(yīng)3-5h，得共聚物溶液； (3)將共聚物溶液冷卻至室溫后，向共聚物溶液中緩慢加入聚氧乙烯醚二胺、增效劑，攪拌均勻即可； 其中，質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液的質(zhì)量為丙烯酸質(zhì)量的2.5~5倍，水的質(zhì)量為質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液與丙烯酸質(zhì)量之和的I~2倍，過硫酸鉀的質(zhì)量為質(zhì)量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液與丙烯酸質(zhì)量之和的0.5%~2.5%，共聚物溶液、聚氧乙烯醚二胺、增效劑的質(zhì)量比為50~80:15 ~25:10 ~20。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法，其特征在于，所述堿性調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法，其特征在于，所述聚氧乙烯醚二胺的分子通式為 NH2 (CH(CH3)CH2O)xCH2CH (CH3) NH2, X=I ~20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法，其特征在于，所述增效劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、多乙烯多胺中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法所制備的產(chǎn)品。
【文檔編號】C08F226/02GK103497744SQ201310501019
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】張軍, 羅平亞, 彭商平, 黃瑞遙, 李真?zhèn)? 袁秋月, 彭世祥, 張龍軍 申請人:四川仁智油田技術(shù)服務(wù)股份有限公司