CN101717622B - 一种钻井液用润滑抑制剂及制备方法与含有所述钻井液用润滑抑制剂的钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂以及这种钻井液用润滑抑制剂的制备方法与含有所述钻井液用润滑抑制剂的钻井液。本发明的钻井液其综合性能可与油基钻井液相媲美，并且能够克服油基钻井液污染环境、影响油气层显示、成本高的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液用润滑抑制剂以及这种钻井液用润滑抑制剂的制备方法与含有所述钻井液用润滑抑制剂的钻井液，属于钻井技术领域。
背景技术
因水平井能最大限度增加油层的泄油面积，提高勘探开发效果，近年来在油田勘探开发中发挥的作用越来越明显，钻井数量也越来越多，同时由于水平井井斜大，对钻井液润滑性、携带能力和油层保护效果提出了更高的要求。现有技术中公知的钻井液可以分为三大类：水基钻井液、油基钻井液及合成基钻井液三大类。其中合成基钻井液与油基钻井液的区别在于：将油基泥浆中的基油---柴油或矿物油替换成可生物降解又无毒性的改性植物油类。对于合成基钻井液来说，目前国内外一个引人注目的产品就是甲基葡萄糖甙(MEG)，这种泥浆处理剂具有优异的抑制润滑作用，热稳定性好，无环境污染，可在井壁上形成一层半透膜，使MEG钻井液体系具有仿油基钻井液的特点。但MEG具有易发酵、抗温性差的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含有甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂以及这种钻井液用润滑抑制剂的制备方法与含有所述钻井液用润滑抑制剂的钻井液，本发明的钻井液其综合性能可与油基钻井液相媲美，并且能够克服油基钻井液污染环境、影响油气层显示、成本高的缺点。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：一种钻井液用润滑抑制剂，包含如式(1)所示甲基葡萄糖甙类化合物：
上述钻井液用润滑抑制剂，所述钻井液用润滑抑制剂中所述甲基葡萄糖甙类化合物的质量百分含量为90wt％以上。
上述钻井液用润滑抑制剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)卤化反应步骤，向含60-70wt％甲基葡萄糖甙的水溶液A中加入浓度为30-35wt％的浓盐酸，所述浓盐酸的质量与所述水溶液A的质量之比为0.2-0.3∶1，再加入催化剂量的氯化锌，升温至67-73℃，反应2-2.5小时；
(2)磺化反应步骤，所述卤化反应步骤结束后，投入亚硫酸钠，所述亚硫酸钠的质量与所述甲基葡萄糖甙的质量之比为0.2-0.3∶1，升温至85-95℃，反应1-1.5小时；
(3)将步骤(2)中得到产物在10-40℃烘干，粉碎，过筛。
上述制备方法，还包括在所述步骤(3)之后加入杀菌剂和抗氧剂并粉碎、混合均匀的步骤，所述杀菌剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.1-0.2‰，所述抗氧剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.1-0.2‰。
上述制备方法，所述杀菌剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.15‰，所述抗氧剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.15‰。
上述制备方法，所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227或者异噻唑啉酮。
上述制备方法，所述抗氧剂为亚硫酸氢钠或者亚硫酸钠或者异维C钠。
利用上述制备方法得到的钻井液用润滑抑制剂制备得到的钻井液，所述钻井液由以下组分组成，所述各组分含量以每立方米所述钻井液含各组分的重量计算：30～60kg淡水膨润土浆，1～3kg黄原胶，20～50kg羧甲基淀粉，50～80kg所述钻井液用润滑抑制剂，30～60kg磺化酚醛树脂，20～30kg磺化沥青，20～30kg超细碳酸钙，其余成分为水。
上述钻井液，所述钻井液由以下组分组成，所述各组分含量以每立方米所述钻井液含各组分的重量计算：50kg淡水膨润土浆，2kg黄原胶，40kg羧甲基淀粉，70kg所述钻井液用润滑抑制剂，50kg磺化酚醛树脂，25kg磺化沥青，25kg超细碳酸钙，其余成分为水
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)由于本发明的钻井液用润滑抑制剂含有甲基葡萄糖甙类化合物，它是由甲基葡萄糖甙经磺化并复配杀菌剂及抗氧化剂改性而来，所述甲基葡萄糖甙类化合物是环状单体聚糖类高分子衍生物，分子结构上同时具有亲水和亲油基团。使得本发明钻井液用润滑抑制剂具有更优异的抑制润滑作用，且热稳定性好，无环境污染，可在井壁上形成一层半透膜，使得含有所述钻井液用润滑抑制剂的钻井液体系具有仿油基钻井液的特点。(2)打破了以往用乳化原油和油基钻井液打水平井的惯例，填补了国内采用水基钻井液不混油打水平井的技术空白。在定向、增斜、稳斜、水平井段钻进及地质录井作业中，本发明钻井液良好的润滑性、较强的流变性、独有的无荧光特性及保护储层、不污染环境等技术优势渐露锋芒，有效提升了水平井的开发效果。(3)本发明钻井液用润滑抑制剂是一种的低分子量增粘剂，在一定浓度下可提高泥浆滤液粘度，降低泥页岩中水的流动，在泥页岩周围形成半透膜效应，增强泥页岩的膜效率，降低水的活性，使页岩脱水，因此被推荐为钻屑及井壁稳定剂。而可溶的硅酸盐浸入页岩并迅速与页岩微孔隙流体内的多价离子(Ca2+，Mg2+)反应形成不可溶的沉淀物，形成一层屏障或膜来控制地层中水的运移，通过封堵裂缝和高渗透泥页岩的孔隙，有效的控制井壁周围孔隙压力的扩散和传递，实现井壁稳定，抑制泥页岩的垮塌。(4)本发明的钻井液其综合性能可与油基钻井液相媲美，但克服了油基钻井液污染环境、影响油气层显示、成本高的缺点；能有效解决油田的钻井复杂问题，使钻井复杂事故率由现在的40％降至国际复杂井事故率的平均水平(20％)以下。同时，改进了原有MEG仿油基钻井液体系的易发酵、抗温性差的缺点；使整个钻井液体系的抗温性、润滑性、抑制性得到进一步提高，真正做到了仿油基的效果，能够满足油田现场施工的工程需要：1)其抗温性能达到160℃以上；2)可以抗15％一级钠土、4％NaCl、1％CaCl2及25％钻屑污染；3)极压润滑系数在0.03以下；4)地层温度条件下(160℃)的钻井液岩屑滚动回收率达到93％；5)良好的环保性能，可以满足国家海洋石油开发要求。
具体实施方式
本发明钻井液用润滑抑制剂的制备
实施例1
取300g甲基葡萄糖甙溶于200g水中，加入0.5g无水氯化锌，边搅拌边滴加入浓度为31％的盐酸60g，滴加完毕，升温至70℃，密闭保温反应2小时。再向其中投入60g的Na2SO3，搅拌均匀，敞口升温至90℃，反应1小时。将得到产物在30℃烘干，粉碎，过筛，即得本实施例的钻井液用润滑抑制剂，其含如下式所示的甲基葡萄糖甙类化合物：
在另外一些实施例中，也可以按照下表1所示的反应条件制备本发明的钻井液用润滑抑制剂，均可以实现本发明目的的钻井液用润滑抑制剂：
表1钻井液用润滑抑制剂的制备方法
此外，在其它实施例中，氯化锌加入的量只要为催化剂量的就可以，这是本领域技术人员常规技术手段的选择，不需要花费任何创造性劳动就可以得出的，例如，使反应体系中氯化锌的浓度为ppm级就可以达到催化的效果，以实现卤化反应步骤的顺利进行。
实施例2
本实施例的钻井液用润滑抑制剂制备方法如下：在实施例1的基础上，还包括加入杀菌剂和抗氧剂并粉碎、混合均匀的步骤，所述杀菌剂的加入量为：实施例1中得到物质的质量的0.2‰，所述抗氧剂的加入量为：实施例1中中得到物质的质量的0.2‰。所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227，所述抗氧剂为亚硫酸氢钠。本实施例的钻井液用润滑抑制剂在具体制备的时候，将所述甲基葡萄糖甙类化合物、季铵盐类杀菌剂1227和亚硫酸氢钠按照上述比例添加，粉碎并混合均匀，即得本实施例的钻井液用润滑抑制剂。
实施例3
本实施例的钻井液用润滑抑制剂制备方法如下：在实施例1的基础上，还包括加入杀菌剂和抗氧剂并粉碎、混合均匀的步骤，所述杀菌剂的加入量为：实施例1中得到物质的质量的0.1‰，所述抗氧剂的加入量为：实施例1中中得到物质的质量的0.1‰。所述杀菌剂为异噻唑啉酮，所述抗氧剂为亚硫酸钠。本实施例的钻井液用润滑抑制剂在具体制备的时候，将所述甲基葡萄糖甙类化合物、异噻唑啉酮和亚硫酸钠按照上述比例添加，粉碎并混合均匀，即得本实施例的钻井液用润滑抑制剂。
实施例4
本实施例的钻井液用润滑抑制剂制备方法如下：在实施例1的基础上，还包括加入杀菌剂和抗氧剂并粉碎、混合均匀的步骤，所述杀菌剂的加入量 为：实施例1中得到物质的质量的0.15‰，所述抗氧剂的加入量为：实施例1中中得到物质的质量的0.15‰。所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227，所述抗氧剂为异维C钠。本实施例的钻井液用润滑抑制剂在具体制备的时候，将所述甲基葡萄糖甙类化合物、季铵盐类杀菌剂1227和异维C钠按照上述比例添加，粉碎并混合均匀，即得本实施例的钻井液用润滑抑制剂。
本发明的钻井液的制备及性能实验
实施例5
在本实施例中，所述钻井液由以下组分组成，所述各组分含量以每立方米所述钻井液含各组分的重量计算：50kg淡水膨润土浆，2kg黄原胶，40kg羧甲基淀粉，70kg实施例2所述钻井液用润滑抑制剂，50kg磺化酚醛树脂，25kg磺化沥青，25kg超细碳酸钙，其余成分为水。
首先是根据需要的钻井液的体积，按照上述添加比例，计算需要加入的淡水膨润土浆、黄原胶、羧甲基淀粉、实施例2中所述钻井液用润滑抑制剂、磺化酚醛树脂、磺化沥青和超细碳酸钙的质量。然后，在钻井液循环池中放入淡水，加入膨润土，充分搅拌后预水化，配制成淡水膨润土浆；随后在充分搅拌时顺序加入黄原胶，羧甲基淀粉，钻井液用润滑抑制剂，磺化酚醛树脂，磺化沥青，超细碳酸钙；再加入淡水至设定的体积，充分搅拌后即为实施例所述的钻井液。
本实施例中所述钻井液的性能实验数据如下表：
表2钻井液常温及高温性能
| 实验 条件 | AV (mPa·s) | PV (mPa·s) | YP (Pa) | G10″/G10′ (Pa) | API FL ml | HTHP ml | 润滑 系数 | 泥饼粘 滞系数 |
| 常温 | 34 | 24 | 10 | 5.5/7.5 | 4.4 | 13.6 | 0.21 | 0.0699 |
| 160℃，老化16h | 28 | 20 | 8 | 3/6 | 4.0 | 12.1 | 0.20 | 0.0685 |
[0039] 从以上表2中的数据可以看出，仿油基钻井液体系在160℃老化后，仍然具有良好的粘度、切力及滤失性能，说明体系抗温可至160℃。
表3钻井液润滑性评价结果
| 钻井液 | 润滑系数 | 泥饼粘滞系数 |
| 仿油基(HCO含量0％)钻井液 | 0.4265 | 0.1226 |
| 仿油基(HCO含量3％)钻井液 | 0.2861 | 0.1164 |
| 仿油基(HCO含量5％)钻井液 | 0.1518 | 0.1051 |
| 仿油基(HCO含量7％)钻井液 | 0.1261 | 0.0903 |
| 仿油基(HCO含量9％)钻井液 | 0.088 | 0.0699 |
| 仿油基(HCO含量12％)钻井液 | 0.065 | 0.0524 |
| 油基钻井液 | 0.06 | 0.0359 |
| 乳化原油(10％原油)聚磺钻井液 | 0.3745 | 0.0963 |
| 乳化原油(15％原油)聚磺钻井液 | 0.2172 | 0.0652 |
由表3中数据可以看出，仿油基钻井液体系中随着HCO加量的增加，其润滑系数也逐渐变小，体系极压润滑系数可以保持在0.07以下，接近油基泥浆的润滑系数，远低于普通水基泥浆0.1-0.2的润滑系数，表现出良好的润滑性。
表4钻井液页岩滚动回收率
| HCO加量(％) | 0 | 3 | 5 | 7 | 10 |
| 滚动回收率(％) | 35.6 | 65.9 | 84.9 | 90.2 | 94.1 |
从回收率试验数据看出，仿油基钻井液体系具有极强的抑制性能，其岩屑滚动回收率随着HCO的加量的增加逐渐增加，可达到90％以上，能较好地防止粘土分散和地层垮塌。
表5钻井液抗污染实验结果
从体系土污染试验可以看出，体系在遭受劣质土、NaCL、CaSO4等污染后，体系粘切有小幅增大的趋势，但体系各项性能变化不大，说明体系有良好的抗污染能力。
表6钻井液岩芯污染实验结果
| 岩芯编 | 污染钻 井液 | K∝ (×10-3μm2) | KO1 (×10-3μm2) | 最大返排压差 (MPa) | KO2 (×10-3μm2) | K恢(％) |
| 神216-5 | 仿油基 钻井液 | 92.5 | 69.8 | 0.15 | 63.94 | 91.6 |
| 神216-8 | 乳化原 油聚磺 | 106.3 | 80.2 | 1.05 | 66.24 | 82.6 |
注：K∝--岩芯气测渗透率，KO1-污染前岩芯油相渗透率，KO2-污染后岩芯油相渗透率。
从表6实验数据可以看出，仿油基钻井液体系有良好的保护储层的作用，其岩芯渗透恢复率达到91.6％，远高于乳化原油聚磺钻井液及其它钻井液，能有效的保护油气层，提高油气产量。
在其他的实施方式中，所述钻井液中各组分组成也可以按照下表7所示的数据进行制备，所述各组分含量以每立方米所述钻井液含各组分的重量计算：
表7钻井液中各组分组成
| 实施例编 | 淡水膨润 土浆(kg) | 黄原胶 (kg) | 羧甲基淀 粉(kg) | 钻井液用 润滑抑制 剂(kg) | 磺化酚醛 树脂(kg) | 磺化沥青 (kg) | 超细碳酸 钙(kg) |
| 6 | 30 | 1 | 35 | 50 | 30 | 22 | 30 |
| 7 | 60 | 2 | 50 | 80 | 60 | 30 | 20 |
| 8 | 40 | 3 | 20 | 60 | 40 | 20 | 26 |
| 9 | 50 | 2 | 40 | 70 | 50 | 25 | 25 |
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明权利要求的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种钻井液用润滑抑制剂，其特征在于，包含如式(1)所示甲基葡萄糖甙类化合物：
2.根据权利要求1所述的钻井液用润滑抑制剂，其特征在于，所述钻井液用润滑抑制剂中所述甲基葡萄糖甙类化合物的质量百分含量为90wt％以上。
3.一种如权利要求1所述钻井液用润滑抑制剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)卤化反应步骤，向含60-70wt％甲基葡萄糖甙的水溶液A中加入浓度为30-35wt％的浓盐酸，所述浓盐酸的质量与所述水溶液A的质量之比为0.2-0.3∶1，再加入催化剂量的氯化锌，升温至67-73℃，反应2-2.5小时；
(2)磺化反应步骤，所述卤化反应步骤结束后，投入亚硫酸钠，所述亚硫酸钠的质量与所述甲基葡萄糖甙的质量之比为0.2-0.3∶1，升温至85-95℃，反应1-1.5小时；
(3)将步骤(2)中得到产物在10-40℃烘干，粉碎，过筛。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，还包括在所述步骤(3)之后加入杀菌剂和抗氧剂并粉碎、混合均匀的步骤，所述杀菌剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.1-0.2‰，所述抗氧剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.1-0.2‰。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述杀菌剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.15‰，所述抗氧剂的加入量为：步骤(3)中得到物质的质量的0.15‰。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227或者异噻唑啉酮。
7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为亚硫酸氢钠或者亚硫酸钠或者异维C钠。
8.一种含有用权利要求3至权利要求7任一所述的制备方法得到的钻井液用润滑抑制剂制备得到的钻井液，其特征在于，所述钻井液由以下组分组成，所述各组分含量以每立方米所述钻井液含各组分的重量计算：30～60kg淡水膨润土浆，1～3kg黄原胶，20～50kg羧甲基淀粉，50～80kg所述钻井液用润滑抑制剂，30～60kg磺化酚醛树脂，20～30kg磺化沥青，20～30kg超细碳酸钙，其余成分为水。
9.根据权利要求8所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液由以下组分组成，所述各组分含量以每立方米所述钻井液含各组分的重量计算：50kg淡水膨润土浆，2kg黄原胶，40kg羧甲基淀粉，70kg所述钻井液用润滑抑制剂，50kg磺化酚醛树脂，25kg磺化沥青，25kg超细碳酸钙，其余成分为水。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Lubricating inhibitor for drilling fluid and preparation method thereof and drilling fluid containing lubricating inhibitor for drilling fluid Effective date of registration: 20130117 Granted publication date: 20121010 Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd Beijing Changping branch Pledgor: Beijing Oilchemleader Technology Development Incorporated Company Registration number: 2013990000037 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lu Yanli Inventor after: Lu Jiaju Inventor after: Wang Tielin Inventor after: Feng Sumin Inventor after: Wang Lei Inventor after: Dong Haijun Inventor after: Tian Xiangyou Inventor before: Lu Jiaju Inventor before: Wang Tielin Inventor before: Lu Yanli Inventor before: Feng Sumin Inventor before: Wang Lei Inventor before: Dong Haijun Inventor before: Tian Xiangyou |