一種鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法及其制備的產品的制作方法
【專利摘要】本發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品，目的在于解決現有的頁巖膨脹抑制劑存在加量大、抗溫能力和環保性差、對鉆井液流變和失水性能有負面影響，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，通過協同作用，從而阻止水侵入到黏土層間，最終達到抑制其晶格膨脹和滲透膨脹的目的。本發明無生物毒性，抗溫高達210℃，能廣泛應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面影響也較小。本發明工藝簡單，對設備與環境要求低，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品
【技術領域】
[0001]本發明涉及油田化學領域，尤其是油氣田化學品中的鉆井液處理劑【技術領域】，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品。
【背景技術】
[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用中一直占據著主導地位。但在水基鉆井液的使用過程中，其又特別容易導致黏土吸水后膨脹，這種現象對鉆井作業非常不利。
[0003]黏土吸水后膨脹會誘發鉆頭泥包、高扭矩、高摩阻，甚至導致井壁坍塌、縮徑鉆孔等井眼不穩定問題的發生，最終導致鉆井速率降低，施工成本增加，嚴重時甚至可能導致整口井報廢。據統計，在油氣井鉆進過程中，所遭遇地層中的75%含有頁巖，而90%的井眼不穩定及相關問題與黏土吸水后膨脹有關。每年，全球由于黏土吸水后膨脹所帶來的經濟損失超過5億美元。
[0004]從黏土膨脹機理來看，采用水基鉆井液時，黏土的膨脹通常可以通過如下兩種方式進行控制。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，以達到控制黏土膨脹的目的。相關的處理劑包括: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+結合，快速生成沉淀物，起到封堵作用，進一步阻止濾液侵入。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，目前市場上相關產品較多，在現場應用過程中，也收到了不錯的效果。然而，現有的頁巖膨脹抑制劑也存在加量大、抗溫能力和環保性差、對鉆井液流變和失水性能有負面影響等問題，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。
【發明內容】
[0005]本發明的發明目的在于:針對現有的頁巖膨脹抑制劑存在加量大、抗溫能力和環保性差、對鉆井液流變和失水性能有負面影響，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品。本發明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑無生物毒性，抗溫高達210°C，能廣泛應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面影響也較小。本發明制備工藝簡單，對設備與環境要求低，無需后處理，能夠滿足產品工業化生產的需要。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案: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)向反應器中加入水、丙烯酸、質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液，再向反應器中加入堿性調節劑，調節反應器內溶液的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，控制反應器內的溫度為50-100°C，反應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，質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液的質量為丙烯酸質量的
2.5~5倍，水的質量為質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液與丙烯酸質量之和的I~2倍，過硫酸鉀的質量為質量百分比為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、增效劑的質量比為50~80:15 ~25:10 ~20。
[0007]所述堿性調節劑為氫氧化鈉、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品。
[0011]本發明中，所采用的`質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液是指，在該溶液中，溶質二烯丙基二甲基氯化銨占該溶液質量的60%。
[0012]本發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，通過協同作用，從而阻止水侵入到黏土層間，最終達到抑制其晶格膨脹和滲透膨脹的目的。本發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面影響也很小。
[0013]本發明的鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的抗溫達210°C，能夠應用于淡水和含各種濃度的鹽水鉆井液體系中，其還和鈉、鎂、鈣鹽有協同增效作用。本發明的制備方法操作簡單，對設備與環境要求低，無需后處理，能夠滿足產品工業化生產的需要。
[0014]經測定，本發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: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量0.8%本發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標準，測量IOOrpm下旋轉黏度計的讀數。基漿IOOrpm讀數應在100±10范圍內，否則應更換鈉膨潤土。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；Φ ’ 100為含有本發明鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的鉆井液在IOOrpm時的讀數。
[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,密閉養護24h備用。向其中一份中加入2.Sg本發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，再靜止數分鐘，待泡沫自然消去。參考GB/T16783.1-2006標準，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，控制反應器內的溫度為65°C，反應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，即得產品。
[0024]向基漿中添加基漿質量0.8%本發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，控制反應器內的溫度為70°C，反應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，即得產品。
[0026]向基漿中添加基漿質量0.8%本發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]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴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)向反應器中加入水、丙烯酸、質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液，再向反應器中加入堿性調節劑，調節反應器內溶液的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，控制反應器內的溫度為50-100°C，反應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，質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液的質量為丙烯酸質量的2.5~5倍，水的質量為質量百分比為60%的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液與丙烯酸質量之和的I~2倍，過硫酸鉀的質量為質量百分比為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、增效劑的質量比為50~80:15 ~25:10 ~20。
2.根據權利要求1所述鉆井液用頁巖膨脹抑制劑的制備方法，其特征在于，所述堿性調節劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種或多種。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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 優先權日:2013年10月23日
【發明者】張軍, 羅平亞, 彭商平, 黃瑞遙, 李真偉, 袁秋月, 彭世祥, 張龍軍 申請人:四川仁智油田技術服務股份有限公司