CN101311240A - 钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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杨玉良
黄治中
刘志良
周天辉
马世昌
李称心
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Abstract

本发明涉及石油钻井用的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，将水和淀粉按1∶0.01～2的重量比混合，加入适量催化剂进行水解，再加入氧化剂氧化后用碱性处理剂调节获得该产品。本发明是以K+、Ca2+等金属阳离子为抑制离子，能抑制泥页岩的水化膨胀和水化分散；葡萄糖酸根阴离子通过羟基与粘土表面的吸附作用，而在粘土表面形成保护膜，从而阻止粘土的水化。本发明为抑制性钻井液提供一种抑制性强、有润滑作用、对钻井液性能无副作用、对其它钻井作业工序没有负面影响的安全环保的处理剂。

Description

钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油钻井用钻井液抑制剂，特别是一种钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法。
背景技术
随着世界石油、天然气储量的逐步递减，以及油气消耗量的日益增加，石油钻井开采难度越来越大。主要表现在随着浅表储层油气储量的枯竭，石油井的开采深度不断加深，钻遇的地层复杂情况增多，钻井成本提高幅度较大。
目前，在世界和国内石油钻井专业范围内，泥页岩井段井壁不稳定一直是困扰钻井工艺技术的技术难题。现场实践表明，在众多的难度井中，其难点就在于不能很好的解决泥页岩井段井壁不稳定问题，造成井下事故频繁发生、钻井作业综合成本很高、工期延长、损害油气层、工程报废井比例较高。
钻井液在钻井作业过程中，有平衡地层压力、携带清除钻屑、冷却润滑钻头、保护井壁稳定和保护油气层的功用。随着人们环保意识的增强，满足钻井工程需要的环境友好型的处理剂的研制工作就显得更加迫切。
在钻遇水敏性泥页岩地层时，由于这类地层中含有蒙脱石、伊利石或者伊蒙混层的粘土矿物，会在钻井液的滤液水化作用下，发生膨胀、破碎、剥落、散塌等物理和化学作用，引起井眼缩径、井壁坍塌等复杂情况，造成卡钻、憋漏地层等事故的发生，影响了钻井速度、损害了油气层。
目前，国内外抑制性钻井液体系是以单一无机盐或者有机盐为抑制核心的，使用该种钻井液通过大量的现场应用，表现了一定的抑制能力，在一定程度上能够解决水敏性泥页岩井段井壁不稳定的问题。但是，也暴露出了一些问题，主要表现在：
1.钻井液中在加入抑制性金属离子的同时，无法避免的引入了阴离子或阴离子团。这些阴离子或阴离子团不但占用了大量的化学空间，造成单位体积内钻井液含有无用物质的质量加大，而且某些阴离子如Cl-，对于测井作业有负面影响。
2.单一无机盐或者有机盐，其在钻井液中的抑制作用是通过阳离子压缩粘土颗粒表面双电层的化学作用来实现的。然而，由于单一无机盐或有机盐中不可避免的含有大量的阴离子，在增加矿化度的同时，真正有用的阳离子并没有增加，对钻井液的抑制作用也没有增强，反而导致钻井液流变性和造壁性变坏。为了调整钻井液性能，又要加入大量的处理剂，增加了钻井液成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明在于提供一种抑制性强、润滑性好、对钻井液性能无副作用、对其它钻井作业程序没有负面影响的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法。
本发明采用的技术方案是钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂其组分为一种复合金属离子葡萄糖酸盐，金属离子可以为钾、钠、钙、镁、锌等金属阳离子，并采用下述方法制备：
①水和淀粉按1∶0.01～2的重量比混合，加入0.01％～20％(按淀粉的重量百分比)的催化剂，在温度为40～150℃和0.1～4MPa的压力条件下，反应1～10h，淀粉水解；
②在水解产物中加入0.01％～5％(按淀粉的重量百分比)氧化剂，在40～150℃的温度、0.1～4MPa的压力下氧化0.5～5h；
③氧化产物用碱性处理剂调节PH值为7～12，制得所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂胶液。
其中淀粉为土豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、红薯淀粉等各类作物生产的淀粉，水和淀粉的最佳重量比为1∶0.5～1；采用的催化剂是硫酸、盐酸、硝酸、甲酸等可以使淀粉水解的各类酸或者酸性物质，最佳用量范围为；氧化剂为过氧化氢、高锰酸钾、重铬酸钾、硝酸、硫酸和铬酸盐等，最佳加量范围为0.01％～5％；碱性处理剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钾等，经碱性物质调节后的产物PH值为7～12，常规范围为9～12。其制备方法中步骤①所述的最佳温度范围为80～150℃；步骤①所述的常用压力范围为0.1～2MPa；步骤①所述的常规反应时间为2～4h；步骤②所述的最佳温度范围为80～120℃；步骤②所述的压力最佳范围为0.1～2MPa；步骤②所述的常用反应时间为1～2h。
另外，本发明提供的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂，还可以进一步含有沥青类衍生物、无机盐和有机盐。
本发明提供的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂是一种复合金属离子葡萄糖酸盐，金属离子可以为钾、钠、钙、镁、锌等金属阳离子。金属阳离子能抑制泥页岩的水化膨胀和水化分散；葡萄糖酸根阴离子通过羟基与粘土表面的吸附作用，而在粘土表面形成保护膜，从而阻止粘土的水化。
淀粉水解后生成葡萄糖，葡萄糖经过氧化可以生成葡萄糖酸，碱性物质与葡萄糖酸发生中和反应，把K+等抑制性阳离子引入，在一定程度上已经显示出能达到或者优于单一KCl抑制性钻井液的抑制效果，润滑性方面优于KCl钻井液的润滑效果。
本发明具有如下有益效果：
1.在适当加量的情况下，本发明完全可以达到或超过KCl的抑制能力，能够满足现场钻井作业的要求。
2.本发明中所含的阴离子团，能在泥页岩表面吸附形成保护膜，可抑制泥页岩的水化分散。
3.本发明具有辅助润滑作用。
4.本发明无环境污染。
具体实施方式
实施例1
①200ml水与200g土豆淀粉(质量比1∶1)混合，加入5ml甲酸，在120℃、0.5MPa条件下反应2h，淀粉水解；
②水解产物加入高锰酸钾1g，90℃条件下氧化1h；
③氧化产物用KOH调节PH值至9左右，即得到钻井用葡萄糖酸盐抑制剂。
下面是在室内对单种无机盐和本发明抑制作用的比较实验。
在浓度均为15％的本发明溶液和KCl溶液中，加入6～10目新疆夏子街坂土颗粒，在120℃条件下，热滚16h，冷却后，用40目筛网冲洗干净后，放入烘箱，在100℃烘干后称重。算出滚动回收率，如表1：
表1本发明溶液、KCl溶液滚动回收率
  溶液名称   本发明   KCl
  溶液浓度(质量百分比，％)   15   15
  滚动前坂土块质量(g)   50.01   50.00
  滚动后坂土块质量(g)   30.76   28.44
  滚动回收率(％)   61.51   56.88
实施例2
①200ml水与100g土豆淀粉(质量比1∶0.5)混合，加入5ml硝酸，在120℃、0.5MPa条件下反应2h，淀粉水解；
②水解产物加入高锰酸钾1g，90℃条件下进行氧化1h；
③氧化产物用KOH调节PH值至9左右，即得该产品。
下面是本发明在钻井液中的性能测试。
将本发明加入坂土基浆中，测试流变性能，定性的确定其对钻井液的影响。下表是定性评价本发明相对于KCl流变性和抑制性的比较实验。从实验数据可以看出，加入本发明的钻井液，其流变性和抑制能力均优于KCl。通过实验可以看出，本发明完全可以满足现场钻井施工的需要。
表2配制的坂土基浆配方及性能
Figure A20071010931900101
加入本发明后，钻井液的性能见表3
表3基浆中加入本发明性能及回收率
Figure A20071010931900102
表4基浆中加入KCl性能及回收率
Figure A20071010931900103
表中符号及代号注释：
FL：API滤失量，ml                      AV：钻井液表现粘度，mPa.s
PV：钻井液塑性粘度，mPa.s              YP：钻井液动切力，Pa
Gels：钻井液初切力/钻井液终切力，Pa    FA-367：聚合物包被剂
JT-888：降失水剂                       KCl：无机盐氯化钾。

Claims (16)

1、钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂，其特征在于：其组分为一种复合金属离子葡萄糖酸盐，金属离子可以为钾、钠、钙、镁、锌等金属阳离子，并采用下述方法制备：
①水和淀粉按1∶0.01～2的重量比混合，加入0.01％～20％(按淀粉的重量百分比)的催化剂，在温度为40～150℃和0.1～4MPa的压力条件下，反应1～10h，淀粉水解；
②在水解产物中加入0.01％～5％(按淀粉的重量百分比)氧化剂，在40～150℃的温度、0.1～4MPa的压力下氧化0.5～5h；
③氧化产物用碱性处理剂调节PH值为7～12，制得所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂胶液。
2、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：所述的淀粉为土豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、红薯淀粉等各类作物生产的淀粉。
3、如权利要求1所述或权利要求2所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：水和淀粉的重量比为1∶0.5～1。
4、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：所述的催化剂包括硫酸、盐酸、硝酸、甲酸等可以使淀粉水解的各类酸或者酸性物质。
5、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：所述的氧化剂为过氧化氢、高锰酸钾、重铬酸钾、硝酸、硫酸和铬酸盐等。
6、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：氧化剂加量为0.01％～5％(淀粉重量)。
7、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：所述的碱性处理剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钾等。
8、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：还可进一步含有沥青类衍生物、无机盐及有机盐。
9、如权利要求1所述的一种钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤①所述的温度为80～150℃。
10、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤①所述的压力为0.1～2MPa。
11、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤①所述的反应时间为2～4h。
12、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤②所述的温度为80～120℃。
13、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤②所述的压力为0.1～2MPa。
14、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤②所述的反应时间为1～2h。
15、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：步骤③所述经碱性物质调节后的产物PH值为9～12。
16、如权利要求1所述的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂及其制备方法，其特征在于：将上述获得的钻井液用葡萄糖酸盐抑制剂胶液进行晾干、风干或烘干等方式制成产品，也可将产品粉碎后得到粉剂。
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