CN101665682B - 钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明为石油钻井液用处理剂，即钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，通过下述化学反应得到：(1)将1份甲基葡萄糖苷母液加热至40～80℃，蒸馏出部分杂质；(2)将0.5～1份磺化试剂溶于适量的水中，配制成浓度为40％的溶液；(3)在溶液(2)中加入0.1～0.5份中间体醛类和步骤(1)处理后的甲基葡萄糖苷母液，在80～110℃，PH＝8～12条件下搅拌均匀，回流7～10小时，使之充分发生化学反应；(4)将上述反应所得物质制成胶体或烘培至完全干燥、处理的产物即得到本发明，本发明具有抑制性强、润滑性强、抗温性强、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、对环境无污染。

Description

钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂
技术领域
本发明涉及一种钻井液用处理剂，特别是一种钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂。
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钻井工艺技术未能彻底解决的问题。大量的现场实践表明，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。随着上述技术问题在钻井作业中的日益突出，钻井液技术的发展和新型处理剂的研制工作就显得更加迫切。
这就对钻井液的性能以及钻井液成本控制提出了更高的要求。
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，会在钻井液的滤失液水化作用下，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、憋漏地层等恶性事故的发生，严重影响了钻井速度、大幅度提高了钻井成本、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，无法避免的加入了Cl—、CH3COO—等大分子量的阴离子或阴离子团。这些阴离子或阴离子团对整个钻井液体系性能没有积极贡献。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。
(3)甲基葡萄糖苷加入到钻井液中，容易引起钻井液起泡，而且加量较大，间接导致成本升高；并且其抗温性能不佳，难以大规模使用。
发明内容
本发明提供了一种钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，目的在于为钻井液提供一种润滑性强、抑制性强、低起泡、抗高温，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保护油气层的处理剂。
本发明提供的钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，包括如下述化学反应得到的产物：
(1)将1份甲基葡萄糖苷母液加热至40～80℃，蒸馏出部分杂质；
(2)将0.5～1份磺化试剂溶于适量的水中，配制成浓度为40％的溶液；
(3)在溶液(2)中加入0.1～0.5份中间体和步骤(1)处理后的甲基葡萄糖苷母液，在80～110℃，PH＝8～12条件下搅拌均匀，回流7～10小时，使之充分发生化学反应；
(4)将上述反应所得物质制成胶体或烘培至完全干燥、处理的产物即制得所述的钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂。
上述比例均为质量比。
其中所用甲基葡萄糖苷母液为工业生产甲基葡萄糖苷反应后的液体；磺化试剂为硫酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种；普通工业品醛类为甲醛、乙醛、丙醛其中一种或任意两种及以上产品的混合物。
最佳磺化试剂用量为0.7～1份，中间体醛类用量为0.2～0.4份。
上述反应中所用甲基葡萄糖苷母液为工业生产甲基葡萄糖苷反应后的液体；磺化试剂为硫酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种；普通工业品醛类为甲醛、乙醛、丙醛其中一种或任意两种及以上产品的混合物。其中磺化试剂为亚硫酸氢钠，中间体为普通工业品甲醛应用效果最好。
另外，本发明提供的钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，还可以进一步含有硅酸盐类物质。
钻井液中对粘土颗粒的抑制能力是通过钻井液中某些金属阳离子来实现的，其抑制手段是压缩粘土颗粒表面的双电层，抑制其水化作用的发生，消除或减弱泥页岩的水化膨胀、破碎等物理作用。
通过室内机理研究表明，改性甲基葡萄糖苷实验钻井液，在一定程度上优于单一KCl抑制性钻井液、聚合盐抑制性钻井液、甲基葡萄糖苷抑制性钻井液的抑制效果，润滑性方面远优于KCl钻井液和聚合盐钻井液，与油基钻井液相当。
下面是在室内对单种无机盐聚合盐和改性甲基葡萄糖苷抑制作用的比较实验。
在浓度分别为50％、50％、15％的改性甲基葡萄糖苷溶液、聚合盐溶液、KCl溶液中，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℃烘干称重，计算出滚动回收率，如表一：
表一：改性甲基葡萄糖苷溶液、聚合盐溶液、KCl溶液滚动回收率
 
溶液名称 改性甲基葡萄糖苷溶液 聚合盐溶液 KCl溶液
溶液浓度(质量百分比，％) 50 50 15
滚动前坂土块质量(g) 50.01 50.03 50
滚动后坂土块质量(g) 35.07 32.43 28.44
滚动回收率(％) 70.13 64.82 56.88
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强于聚合盐、KCl的抑制能力，能够满足现场钻井作业的要求。
②本发明中不含无用或有不良副作用的阴离子或阴离子基团，不会对钻井液或其他钻井作业造成损害。
③本发明可有效降低钻井液的滤失量。
④本发明具有优良的润滑作用。
⑤本发明具有工艺简单、成本低的优势。
⑥本发明具有良好的高温稳定性。
⑦本发明具有无毒，且易生物降解的特性。
按照下述步骤，合成本发明。
具体实施方式
实施例1：
步骤1：将甲基葡萄糖苷母液(1份)加热至40～80℃，蒸馏出部分杂质；
步骤2：将磺化试剂(0.5份)加入一定量的水中，配制成浓度为40％的溶液；
步骤3：将步骤2中的溶液加入到处理后甲基葡萄糖苷母液中；
步骤4：将步骤3的混合溶液，用碱性物质调整到碱性；
步骤5：在步骤4中的溶液中加入中间体(0.1份)，在适当的温度下，使之充分反应，即制得本发明。
实施例2：
步骤1：将甲基葡萄糖苷母液(1份)加热至40～80℃，蒸馏出部分杂质；
步骤2：将磺化试剂(1份)加入一定量的水中，配制成浓度为40％的溶液；
步骤3：将步骤2中的溶液加入到处理后甲基葡萄糖苷母液中；
步骤4：将步骤3的混合溶液，用碱性物质调整到碱性；
步骤5：在步骤4中的溶液中加入中间体(0.5份)，在适当的温度下，使之充分反应，即制得本发明。
实施例3：
步骤1：将甲基葡萄糖苷母液(1份)加热至40～80℃，蒸馏出部分杂质；
步骤2：将磺化试剂(0.9份)加入一定量的水中，配制成浓度为40％的溶液；
步骤3：将步骤2中的溶液加入到到步骤1所得的溶液中；
步骤4：将步骤3的混合溶液，用碱性物质调整到碱性；
步骤5：在步骤4中的溶液中加入醛类中间体(0.3份)，在适当的温度下，使之充分反应，所得物质即为本发明。
下面是将实施例3中获得的产品应用到钻井液中的性能测试。
将本发明加入坂土浆中，测试流变性能，定量的确定其对钻井液的影响。本发明相对于KCl、聚合盐流变性和抑制性的比较实验中可以看出，加入本发明的钻井液，其流变性优于KCl和聚合盐，抑制能力超过KCl，达到或超过聚合盐，完全可以满足现场钻井施工的需要。
表二配制的坂土基浆配方及性能
表三加入KCl后基浆的配方及性能
Figure G2008102125909D00072
表四加入聚合盐后基浆的配方及性能
Figure G2008102125909D00073
表五加入甲基葡萄糖苷后基浆的配方及性能
Figure G2008102125909D00074
表六加入改性甲基葡萄糖苷后基浆的配方及性能
表中符号及代号注释：
FL：API滤失量，ml
AV：钻井液表观粘度，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/Pa
FA-367：聚合物包被剂
JT-888：降失水剂

Claims (3)

1.钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，包括如下述化学反应得到的产物：
(1)将1份甲基葡萄糖苷母液加热至40～80℃，蒸馏出部分杂质；
(2)将0.5～1份磺化试剂硫酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种溶于适量的水中，配制成浓度为40％的溶液；
(3)在溶液(2)中加入0.1～0.5份中间体即普通工业品醛类甲醛、乙醛、丙醛其中一种或任意两种及以上产品的混合物和步骤(1)处理后的甲基葡萄糖苷母液在80～110℃，酸碱值为8～12条件下搅拌均匀，回流7～10小时，使之充分发生化学反应；
(4)将上述反应所得物质制成胶体或烘培至完全干燥、处理的产物即制得所述的钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂；
上述比例均为质量比。
2.根据权利要求1所述的钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，其特征在于：磺化试剂用量为0.7～1份，中间体醛类用量为0.2～0.4份。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的钻井液用改性甲基葡萄糖苷处理剂，其特征在于：其中磺化试剂为亚硫酸氢钠；中间体为普通工业品甲醛。
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