CN102558425B - 一种增粘剂、含有该增粘剂的钻井液及其储备液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种增粘剂、含有该增粘剂的钻井液及其储备液。该增粘剂具有可被钝化和激活的特性。本发明提供的钻井液的储备液由水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂组成；所述水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为(85-90)∶(4-6)∶(0.4-0.6)∶(0.3-0.4)∶(6-10)；(0.2-0.3)。本发明提供的钻井液由上述储备液、激活剂和水组成，所述储备液、激活剂和水的质量份数比为(35-85)∶(0.2-0.3)∶(15-65)。本发明提供的钻井液由上述储备液和激活剂的水溶液组成，在激活剂的作用下，被钝化的增粘剂被激活从而起到增粘作用，从而实现弥补因水大量稀释造成的钻井液粘、切力下降，进而满足深水表层钻井的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种增粘剂、含有该增粘剂的钻井液及其储备液，具体涉及石油勘探开发领域。
背景技术
在海洋深水钻井过程中，深水表层钻井所需的钻井液用量远远大于陆地及浅海作业所需的钻井液用量。由于深水钻井的井身结构复杂，表层井眼尺寸大，且在海洋钻井中需要采用隔水管以及平台钻井液系统，因此需要的钻井液体积要比其它同样的地下深度的油井需要的钻井液循环总量要大的多。并且最初深水表层钻进中为了开路循环，所需钻井液用量很大，而海上钻井平台总容量有限。因此为了满足现场钻井用钻井液的需要，需要一种能够满足在高密度条件下可泵送以及大量稀释后仍能满足现场作业要求的钻井液。
发明内容
本发明的目的是提供一种增粘剂、含有该增粘剂的钻井液及其储备液。
本发明提供的增粘剂是按照如下方法制备的：在惰性气氛中，烯类单体在乳化剂、胶体保护剂、交联剂和引发剂的作用下发生聚合反应得到所述增粘剂。
上述增粘剂中，所述烯类单体为可丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸二十二酯和甲基丙烯酸二十二酯中任一种。
上述增粘剂中，所述乳化剂可为非离子表面剂或阴离子表面活性剂；所述非离子表面剂可为壬基酚聚氧乙烯醚，所述壬基酚聚氧乙烯醚的聚合度为4～20；所述阴离子表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和油酸钠中任一种。
上述增粘剂中，所述交联剂可为N，N-亚甲基双丙烯酰胺或双丙酮丙烯酰胺；所述胶体保护剂可为聚乙烯醇或聚丙烯酸；所述引发剂可为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾/亚硫酸钠或双氧水/氯化亚铁。
上述增粘剂中，所述聚合反应的溶剂可为水；所述烯类单体、乳化剂、胶体保护剂、交联剂和引发剂的质量份数比可为(30-40)∶(2-6)∶(0.3-1.2)∶(0.15-0.6)∶(0.06-0.24)。
上述增粘剂中，所述聚合反应的温度可为70℃-80℃；所述聚合反应的时间可为3小时-5小时。
本发明提供的含有上述增粘剂的钻井液的储备液，由水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂组成；所述水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为(85-90)∶(4-6)∶(0.4-0.6)∶(0.3-0.4)∶(6-10)；(0.2-0.3)。
上述储备液中，所述膨润土可为钠基膨润土；所述钝化剂可为有机酸，所述有机酸具体可为柠檬酸、氨基磺酸或羟基乙酸。
上述储备液中，所述水可为淡水或海水。
上述储备液中，所述水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比具体可为90∶5∶0.4∶0.3∶2.5∶0.2、85∶4∶0.5∶0.4∶5∶0.3、87∶6∶0.6∶0.4∶7.5∶0.3、85∶4∶0.5∶0.4∶10∶0.3或90∶4∶0.4∶0.3∶6∶0.3。
本发明提供的含有上述储备液的钻井用钻井液，由上述储备液、激活剂和水组成；所述储备液、激活剂与水的质量份数比为(35-85)∶(0.2-0.3)∶(15-65)，如35∶0.3∶65、43∶0.3∶57或54∶0.3∶46。
上述钻井液中，所述激活剂可为氢氧化钠。
本发明提供的增粘剂，具有可被钝化和激活的特性。由于本发明提供的钻井液的储备液中含有该增粘剂和钝化剂，该增粘剂在钝化剂的作用下，不起增粘作用，在深水钻井平台作业条件限制的情况下，从而可以实现配置体积小的动态压井钻井液的储备液，该体积满足现场泵送的要求。
本发明提供的钻井液由上述储备液和激活剂的水溶液组成，在激活剂的作用下，被钝化的增粘剂被激活从而起到增粘作用，从而实现弥补因水大量稀释造成的钻井液粘、切力下降，进而满足深水表层钻井的需求。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的黄原胶的分子量为200万-600万，购自山东中轩生物有限公司；聚阴离子纤维的分子量为20～50万；钠基膨润土购自山东潍坊华潍膨润土集团股份有限公司。
实施例1、增粘剂的制备
a、向洗净四口烧瓶中依次加入去离子水、3g十二烷基苯磺酸钠、1.0g聚乙烯醇(型号为1799)；
b、用洁净的烧杯称取35g丙烯酸甲酯和0.4g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在烧杯中混合均匀；
c、称取0.15g过硫酸钾，用少许去离子水溶解，备用；
d、取丙烯酸甲酯和N，N-亚甲基双丙烯酰胺的混合物的1/3和过硫酸钾溶液的1/3倒入四口烧瓶中，将四口烧瓶接入搅拌器装置中，在通氮气、转速为600r/min、室温的条件下搅拌1小时，然后升温到温度为70℃，继续通氮气的同时，向四口烧瓶中分别滴加剩余的丙烯酸甲酯和过硫酸钾，滴加时间控制在2小时。待丙烯酸甲酯和过硫酸钾滴加完后，在70℃的温度下继续反应2小时，后升温到80℃反应1小时。待反应物体系的温度冷却到40℃时出料即得增粘剂；上述制备方法中，丙烯酸甲酯、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、N，N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾的质量份数比为35∶3∶1∶0.4∶0.15。
实施例2、含有实施例1的钻井液的储备液的配制及其性能测试
(1)在搅拌条件下，向90g南海海水中依次加入5g钠基膨润土、0.4g聚阴离子纤维素、0.3g黄原胶、2.5g实施例1制备的增粘剂和0.2g钝化剂柠檬酸，即得1#储备液。
1#储备液中，水、钠基膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为90∶5∶0.4∶0.3∶2.5∶0.2。
(2)在搅拌条件下，向85g南海海水中依次加入4g钠基膨润土、0.5g聚阴离子纤维素、0.4g黄原胶、5g实施例1制备的增粘剂和0.3g钝化剂柠檬酸，即得2#储备液。
2#储备液中，水、钠基膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为85∶4∶0.5∶0.4∶5∶0.3。
(3)在搅拌条件下，向87g南海海水中依次加入6g钠基膨润土、0.6g聚阴离子纤维素、0.4g黄原胶、7.5g实施例1制备的增粘剂和0.3g钝化剂羟基乙酸，即得3#储备液。
3#储备液中，水、钠基膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为87∶6∶0.6∶0.4∶7.5∶0.3。
(4)在搅拌条件下，向85g南海海水中依次加入4g钠基膨润土、0.5g聚阴离子纤维素、0.4g黄原胶、10g实施例1制备的增粘剂和0.3g钝化剂氨基磺酸，即得4#储备液。
4#储备液中，水、钠基膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为85∶4∶0.5∶0.4∶10∶0.3。
对以上配制的1#、2#、3#和4#储备液的流变性能进行测试，其结果如表1所示，其中：AV为表观粘度；PV为塑性粘度；YP为动切力；Φ6/Φ3分别为粘度计6r/min和3r/min读数，在室温下进行测试。
表1 1#、2#、3#和4#储备液的流变性能测试
向上述1#、2#、3#和4#储备液中均加入0.5g激活剂氢氧化钠，以考察该激活剂对增粘剂的作用效果的影响。得到的含有激活剂的储备液的流变性能如表2所示，其中：AV为表观粘度；PV为塑性粘度；YP为动切力；Φ6/Φ3分别为粘度计6r/min和3r/min读数，在室温下进行测试。
表2 激活后不同增粘剂加量在海水土浆中的流变性变化
由表1和表2的数据可以看出，增粘剂在钝化后不起增粘作用，加量变化对其流变性没有影响；当加入一定量的激活剂后则起到明显的增粘效果。
实施例3、含有储备液的钻井液的配制及其性能测试
在搅拌条件下，向250ml南海海水中依次加入10g钠基膨润土、1g聚阴离子纤维素、0.75g黄原胶、15g实施例1制备的增粘剂和0.75g钝化剂，重晶石加重至1.92g/cm3。得到5#储备液。
5#储备液中，水、钠基膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、实施例1制备的增粘剂和钝化剂的质量份数比为90∶4∶0.4∶0.3∶6∶0.3。
下述配制的2#、4#和6#钻井液中的激活剂均为氢氧化钠。
(1)将5#储备液200ml和未含激活剂的南海海水168ml混合得到1#钻井液，其密度为1.50g/cm3。
(2)将5#储备液200ml和含激活剂的海水168ml(其中，激活剂的质量百分含量为0.2％)混合得到2#钻井液，其密度为1.50g/cm3。
2#钻井液中，储备液、激活剂和水的质量份数比为54∶0.3∶46。
(3)将5#储备液200ml和未含激活剂的海水260ml混合得到3#钻井液，其密度为1.40g/cm3。
(4)将5#储备液200ml和含激活剂的海水260ml(其中，激活剂的质量百分含量为0.2％)混合得到4#钻井液，其密度为1.40g/cm3。
4#钻井液中，储备液、激活剂和水的质量份数比为43∶0.3∶57。
(5)将5#储备液160ml和未含激活剂的海水300ml混合得到5#钻井液，其密度为1.32g/cm3。
(6)将5#储备液160ml和含激活剂的海水300ml(其中，激活剂的质量百分含量为0.2％)混合得到6#钻井液，其密度为1.32g/cm3。
6#钻井液中，储备液、激活剂和水的质量份数比为35∶0.3∶65。
对5#储备液和1#、2#、3#、4#、5#、6#钻井液的流变性能进行测试，其结果如表3所示，其中：AV为表观粘度；PV为塑性粘度；YP为动切力；FV为漏斗粘度；Φ6/Φ3分别为粘度计6r/min和3r/min读数，在室温下进行测试。
表3 5#储备液和1#、2#、3#、4#、5#、6#钻井液的流变性能测试
由表3中的实验数据中可以看出，5#储备液由于钝化剂的作用使增粘剂不起增粘作用，因此高密度储备液具有良好的流变性，满足现场泵送的要求；而经大量海水稀释至不同密度时，加入激活剂的2#钻井液、4#钻井液和6#钻井液与没有加激活剂的1#钻井液、3#钻井液和5#钻井液相比由于增粘剂的作用被激活，起到明显的增粘效果，能满足现场作业要求。
Claims (5)
1.一种增粘剂，是按照包括如下步骤的方法制备的：在惰性气氛中，烯类单体在乳化剂、胶体保护剂、交联剂和引发剂的作用下发生聚合反应得到所述增粘剂；
所述烯类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸二十二酯和甲基丙烯酸二十二酯中任一种；
所述乳化剂为非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂；所述非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚，所述壬基酚聚氧乙烯醚的聚合度为4～20；所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和油酸钠中任一种；
所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺或双丙酮丙烯酰胺；所述胶体保护剂为聚乙烯醇或聚丙烯酸；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾/亚硫酸钠或双氧水/氯化亚铁；
所述聚合反应的溶剂为水；所述烯类单体、乳化剂、胶体保护剂、交联剂和引发剂的质量份数比为(30-40)∶(2-6)∶(0.3-1.2)∶(0.15-0.6)∶(0.06-0.24)；
所述聚合反应的温度为70℃-80℃；所述聚合反应的时间为3小时-5小时。
2.一种含有权利要求1所述增粘剂的钻井液的储备液，由水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂组成；所述水、膨润土、聚阴离子纤维素、黄原胶、增粘剂和钝化剂的质量份数比为(85-90)∶(4-6)∶(0.4-0.6)∶(0.3-0.4)∶(6-10)；(0.2-0.3)。
3.根据权利要求2所述的钻井液的储备液，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土；所述钝化剂为有机酸，所述有机酸为柠檬酸、氨基磺酸或羟基乙酸。
4.一种钻井用钻井液，由权利要求2或3所述的储备液、激活剂和水组成；所述储备液、激活剂和水的质量份数比为(35-85)∶(0.2-0.3)∶(15-65)。
5.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于：所述激活剂为氢氧化钠。
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