CN103113861B - 一种钻井液用抑制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钻井液用抑制剂，其中所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水5-60份；多元醇5-50份；有机胺5-30份；有机盐10-70份。本申请的钻井液用抑制剂是一种可生物降解的环境友好型抑制剂，其在应用于水基钻井液时，能够有效抑制地层矿物的水化膨胀、水化分散，能够有效维持地层井壁稳定，极大地提高了钻井液抑制性能。

Description

一种钻井液用抑制剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及一种抑制剂，更具体地说，涉及一种钻井液用抑制剂及其制备方法。

背景技术

钻井液是指油气钻井过程中以其多功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称，俗称“泥浆”。钻井液的基本功能有：(1)携带和悬浮钻屑；(2)稳定井壁和平衡地层压力；(3)冷却和润滑钻头钻具；(4)传递水动力。

根据配制钻井液所用的基液，钻井液可分为水基钻井液和油基钻井液。

钻井液的抑制性能对钻井工作影响很大。特别是在钻探泥页岩等粘土含量高、易水化地层中，钻井液抑制能力的好坏直接影响钻屑的膨胀和分散、井壁稳定、作业安全等问题。由于影响钻井液抑制能力的主要可调节因素是钻井液抑制剂的选择与使用。所以钻井液抑制剂的性能对于钻井液体系的性能至关重要。

钻井液用抑制剂的选择应满足以下基本要求：(1)抑制剂必须能抑制钻屑水化膨胀；(2)应与基浆有良好的相容性，对钻井液的流变性和滤失性不产生不良影响；(3)不降低岩石破碎的效率；(4)具有良好的热稳定性和耐寒稳定性；(5)不腐蚀金属，不损坏密封材料；(6)不污染环境，易于生物降解，价格合理，且来源充足。

目前市场上使用的钻井液用抑制剂以水溶液为基液，复配各种协同增效剂来制成。部分专利涉及了钻井液用抑制剂及其制备方法。

中国专利CN101717622.A公开了一种钻井液用润滑抑制剂及其制备方法与含有所述钻井液用润滑抑制剂的钻井液。该申请涉及一种含有甲基葡萄糖苷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。

中国专利CN102408883A公开了一种钻井液用抗高温聚胺盐抑制剂的制备方法，包括以下步骤：1）室温下将80～120份（重量份）低分子量的聚合醇、20～40份胺化试剂和12～20份金属催化剂置于反应釜中，通氢气加压到2.4～2.6MPa；2）在40～60min内升温至220～240℃，保持3～4h反应时间；3）冷却泄压，过滤除掉金属催化剂，蒸馏脱水；4）将脱水后的产物在0～10℃条件下与高温保护剂和酸性调节剂混合反应均匀，得到钻井液用抗高温聚胺盐抑制剂。

中国专利101311240A公开了一种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。

中国专利CN201110356922.2涉及了一种钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法；将起始剂和敷酸剂置于反应釜中，在常压和氮气保护下，向反应釜中滴加磺酰化剂，进行磺酯化反应，反应时间为10～12小时，磺酯化温度为0～30℃，将反应物过滤，将滤液溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，得端磺基酯化物；将端磺基酯化物滴加到装有胺化剂和沉淀剂的反应釜中进行胺化反应，反应2～3小时，胺化反应为70～90℃，将产物过滤，减压蒸馏脱出溶剂，得聚胺抑制剂。

中国专利CN101531888A公开了一种钻井液用页岩抑制剂及其制备方法，钻井液用抑制剂由水、聚氧乙烯醚二胺、质子酸、品质改性剂组成，质子酸为磷酸、氨基磺酸、乙酸、盐酸、柠檬酸、丁酸中的一种或其中任意两种的混合物，品质改性剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇中的一种或其中任意两种的混合物。在制备过程中，在10～50份水中加入20～30份聚氧乙烯醚二胺，然后在搅拌下缓慢滴加5～20份质子酸，加完后在70℃下搅拌反应2小时。最后加入10～25份品质改性剂，搅拌均匀即得钻井液用页岩抑制剂产品。

中国专利CN1786102A公开了一种钻井液用聚合醇润滑抑制剂及其应用，包括起润滑作用的聚合醇A和起抑制作用的聚合醇B，其中聚合醇A的重量百分比为1～50%，聚合醇B的重量百分比为50～99%，润滑抑制剂适用于淡水或盐水或饱和盐水钻井液，其占钻井液重量的1～10%。

中国专利CN1616589A涉及一种钻井液用抑制剂，特别是一种钻井液用钾钙复合离子抑制剂。该申请提供的钻井液用钾钙复合离子抑制剂主要由碳酸钾、氧化钙和至少一种反絮凝剂经过化学反应而成，其中反絮凝剂包括木质素类化合物、木质素类络合物或腐殖酸。

上述专利中，部分产品会对钻井施工中后续固井作业质量产生不利影响；部分产品低温稳定性较差，在寒冷地区的冬季使用受到限制；有的产品含有芳香族化合物或含共轭双键化合物，会影响测井解释和储层发现；有的产品生物降解困难，会对环境造成伤害。因此，需要开发一种环境友好、低温稳定，并且不影响固井和测井作业质量的钻井液用抑制剂。

发明内容

本申请的目的是提供一种钻井液用抑制剂。

本申请的另一个目的是提供制备上述钻井液用抑制剂的方法。

本申请的又一个目的是提供上述抑制剂在配制钻探油气井用的水基钻进液中的应用。

具体地，本申请提供了一种钻井液用抑制剂，所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水5-60份；多元醇5-50份；有机胺5-30份；有机盐10-70份。

在一些实施方式中，所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水5-40份；多元醇5-40份；有机胺5-20份；有机盐30-70份。

在一些实施方式中，所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水10-30份；多元醇10-30份；有机胺5-10份；有机盐50-70份。

在一些实施方式中，所述水可选自淡水、海水或盐水。盐水可以是氯化钠、氯化钾、氯化钙或其组合的水溶液，该氯化钠、氯化钾、氯化钙或其组合在水溶液中的质量分数为1%至饱和。

优选地，所述水为淡水。

在一些实施方式中，所述多元醇可选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁三醇、丁四醇或季戊四醇中的一种或多种。

优选地，所述多元醇选自乙二醇、丙二醇或丙三醇中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述有机胺选自环氧氯丙烷-二甲胺缩聚物、环氧氯丙烷-多乙烯多胺缩聚物、多乙烯多胺、或二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺的二元共聚物中的一种或多种。

优选地，所述有机胺可以选自环氧氯丙烷-二甲胺缩聚物或环氧氯丙烷-多乙烯多胺缩聚物中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述有机盐可以选自甲酸盐、乙酸盐、葡萄糖酸盐中的一种或多种。盐的金属离子优选碱金属元素。

优选地，所述有机盐可以选自甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾或乙酸钠中的一种或多种。

本申请还提供了一种制备上述抑制剂的方法，所述方法包括：

将上述重量份数的各原料混合得到混合物；

剪切乳化该混合物。

优选地，所述方法包括：

将上述重量份数的各原料混合得到混合物；

在30-50℃下剪切乳化该混合物，持续20～240分钟。

本申请还提供了一种制备上述抑制剂的方法，所述方法包括：

混合上述重量份数的多元醇和有机胺，并使多元醇和有机胺混合均匀，得到混合物1；

混合上述重量份数的水和有机盐，并使水和有机盐混合均匀，得到混合物2；

混合混合物1和混合物2，并进行剪切乳化。

优选地，所述方法包括：

混合上述重量份数的多元醇和有机胺，并使多元醇和有机胺完全相互溶解，得到混合物1；

混合上述重量份数的水和有机盐，并使水和有机盐混合均匀，得到混合物2；

在温度30-50℃的条件下混合混合物1和混合物2，并剪切乳化30-180分钟。

本申请的钻井液用抑制剂为透明溶液，无色、无味，所含多元醇、有机胺、有机盐稳定溶解在水相中，稳定时间超过6个月。

本申请的钻井液用抑制剂在加入水基钻井液中时，无需搅拌，即能均匀地分散。在钻井过程中，抑制剂能够有效抑制地层矿物的水化膨胀、水化分散，因此能够有效维持地层井壁稳定，极大地提高了钻井液抑制性能。

本申请的钻井液用抑制剂选用无毒、无味、易生物降解的原料制备而成，绿色环保，符合钻井液用抑制剂的选择要求。

本申请的钻井液用抑制剂可用于多种油田常用的水基钻井液体系中，例如淡水钻井液、盐水钻井液和海水钻井液。在油田现场使用时，本申请中的钻井用抑制剂以使用重量为泥浆总体积的1%～5%的抑制剂用量使用，就能起到抑制作用。

因此，本申请的钻井液用抑制剂是一种可生物降解的环境友好型抑制剂，其在应用于水基钻井液时，能够有效抑制地层矿物的水化膨胀、水化分散，能够有效维持地层井壁稳定，极大地提高了钻井液抑制性能。

具体实施方式

下面通过实施例来描述本发明的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本发明的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本发明的教导，结合现有技术对本发明技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。

以下实施例中采用的原料均可由市售获得。

钻井液用抑制剂配方及制备

实施例1-10 所用到的原料及其重量份数如下表所示。

其中：

乙二醇购自济南一佳化工有限公司；

丙二醇购自济南圣丰工贸有限公司；

丙三醇购自山东滨化集团有限责任公司；

环氧氯丙烷-多乙烯多胺缩聚物购自广州市恒达表面技术有限公司，型号为HZ-A；

环氧氯丙烷-二甲胺缩聚物购自淄博三福化工开发有限公司；

甲酸钠购自河北华运鸿业化工有限公司；

乙酸钠购自石家庄晨润化工有限公司；

乙酸钾购自石家庄晨润化工有限公司；

甲酸钾购自河北华运鸿业化工有限公司。

实施例1、3、6、8、9、10的钻井液用抑制剂的制备方法如下：

a.按照各重量份数称取各原料并一起投入到容器中；

b.在一定温度、转速条件下，用剪切乳化机剪切乳化（处理量1500～5000L，30～40Kw，1000～1500转/分钟）步骤a的原料，持续20～240分钟。

其中，步骤b的操作条件如下表所示：

实施例2、4、5和7的钻井液用抑制剂的制备方法如下：

a.按照各重量份数称取各原料；

b.混合所称取的多元醇和有机胺并用搅拌机搅拌均匀，得到混合物1；

c.混合所称取的水和有机盐并用搅拌机搅拌均匀，得到混合物2；

d.在一定温度转速条件下混合混合物1和混合物2，并用剪切乳化机（处理量1500～5000L，30～40Kw，1000～1500转/分钟）剪切乳化，得到澄清溶液，即为钻井液用抑制剂。其中，步骤b-d的操作条件如下表所示：

性能评价：

稳定性能评价

量取100mL本申请的钻井液用抑制剂样品置于100mL比色管中，室温静置观察其稳定性。结果如下：

在本申请中，稳定性指所得产物不分层、沉降、没有晶体析出。长时间放置不会因稳定性问题造成变质或失效。

抑制性能评价

（1）防膨率的测定

测定步骤：

a.称量一定量的本申请的钻井液用抑制剂样品，用蒸馏水配制成质量百分比为1.5％的样品溶液。称取在105℃±3℃烘干至恒重的钻井液试验用钠膨润土粉0.5g±0.01g，装入10mL离心管中，加入10mL的1.5％样品溶液，充分摇匀，在室温下存放2h，装入离心机内，在转速为1500rpm下离心分离15min，读出膨润土膨胀后的体积V3。

b.重复步骤a，用10mL蒸馏水取代1.5%样品溶液，测定膨润土在水中的膨胀体积V4。

c.重复步骤a，用10mL煤油取代1.5%样品溶液，测定膨润土在煤油中的体积V2。

防膨率按如下公式计算。

$A=\frac{V_4-V_3}{V_4-V_2}\×100$

式中:

A——防膨率，%；

V2——膨润土在煤油中的体积,单位为毫升（mL）；

V3——膨润土在样品溶液中的膨胀体积，单位为毫升（mL）；

V4——膨润土在水中的膨胀体积,单位为毫升（mL）；

每个样品平行做两组试验，结果取其平均值，测试结果见表1。

（2）线性膨胀率测定

测定步骤：

a.称量一定量的本申请的钻井液用抑制剂样品，用蒸馏水配制成3%的抑制剂溶液。

b.岩心的压制：称取15.00g在105℃±3℃下烘干4小时的粒度在0.15～0.044mm之间的二级膨润土，小心倒入装有滤纸的岩心压制筒内。轻轻震动测筒，边震动边旋转，使土粒分布均匀。将塞杆压入测筒，置于压力机上，以15MPa的压力加压15min后，取出岩心块。

c.将岩心块放入线性膨胀测量仪测试筒内。测量、记录岩心块初始长度L1。

d.将步骤a所配制的抑制剂溶液注入线性膨胀测量仪测试筒，维持一定测试温度（65℃），16小时后测量、记录岩心块终止长度L2。

线性膨胀率按如下公式计算： $B=\frac{L2-L1}{L1}\×100$

式中：

B——线性膨胀率，%；

L1——岩心块初始长度，单位为毫米（mm）；

L2——岩心块终止长度，单位为毫米（mm）。

每个样品平行做两组试验，结果取其平均值，测试结果见表1。

（3）滚动回收率测定

a.钻屑的选择：采用白劳德（Baroid）HolePlug天然怀俄明州钠基膨润土岩块（3/8英寸）作为标准钻屑进行滚动回收率实验。

b.钻井液的配制：基浆为：2%膨润土+0.2%烧碱+0.2%纯碱+0.3%聚阴离子纤维素（购自上海长光企业发展有限公司）+0.3%黄原胶（（购自淄博中轩生化有限公司）+3%钙土+余量的天然海水；基浆中加入3%的钻井液用抑制剂样品即为实验浆。这里的百分数是指重量百分数。

c.测试与称量：称量40.00g±0.5g钻屑块，记录钻屑块质量为M1，将钻屑块置于400mL实验浆中，装入老化罐，在50℃条件下热滚16h，用40目标准筛，过滤实验浆及钻屑，并用饱和氯化钠水溶液淋洗钻屑，淋洗后置于105℃烘箱中烘干3h，于干燥器中冷却至室温，称重、记录钻屑重量为M2。

滚动回收率按如下公式计算：

$C=\frac{M2}{M1}\×100$

式中:

C——滚动回收率,%；

M1——钻屑块初始质量,单位为克（g）；

M2——钻屑块滚动回收质量，单位为克（g）。

每个样品平行做两组试验，结果取其平均值，测试结果见表1。

表1

^*表中列出了模拟海水和基浆的实验数据，作为实验对比的空白值。

由上表可知，本申请的钻井液用抑制剂与商品抑制剂PF-HAB（购自天津中海油服化学有限公司）的抑制性能相当，体现出较好的抑制性能。防膨率通过比较膨润土在煤油、蒸馏水和抑制剂水溶液中的体积膨胀量来评价抑制剂抑制膨润土膨胀的能力。防膨率越大说明抑制剂的抑制性能越优异。

线性膨胀率通过比较模拟岩屑块在抑制剂或抑制剂水溶液中的线性膨胀量，来评价抑制剂对膨润土的线性膨胀的抑制性能，所用线性膨胀仪可以模拟石油勘探开发作业中地层的温度和压力，在一定程度上可以反映抑制剂在相应条件下的抑制性能。线性膨胀率数值越小说明其抑制性能越优越。

页岩滚动回收率通过比较页岩岩屑在钻井液体系或抑制剂溶液中动态老化后的回收率来评价其抑制能力的强弱，滚动回收率越大说明抑制剂的抑制能力越强。

生物毒性评价

将实例8的产品送广东省实验动物检测所、广东省质量监督实验动物检验站，检测，井检，该产品对裸项栉虾虎鱼仔鱼的96h半数致死浓度大于32000mg/L；对蒙古裸腹溞Ⅰ龄幼体的72h半数致死浓度大于32000mg/L。说明，本申请的钻井液抑制剂符合GB18420.1-2009生物毒性要求。

本申请可用其它的不违背本申请的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本申请的上述实施方式都只能认为是对本申请的说明而不能限制本申请，权利要求书指出了本申请的范围，因此，在与本申请的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种钻井液用抑制剂，所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水5-60份；多元醇5-50份；有机胺5-30份；有机盐10-70份；其中，所述有机胺选自环氧氯丙烷-二甲胺缩聚物、环氧氯丙烷-多乙烯多胺缩聚物、多乙烯多胺、或二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺的二元共聚物中的一种或多种；所述有机盐选自甲酸盐、乙酸盐、葡萄糖酸盐中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的抑制剂，所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水5-40份；多元醇5-40份；有机胺5-20份；有机盐30-70份。

3.根据权利要求1所述的抑制剂，所述抑制剂包括如下重量份数的原料：水10-30份；多元醇10-30份；有机胺5-10份；有机盐50-70份。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的抑制剂，其中，所述水选自淡水、海水或盐水。

5.根据权利要求4所述的抑制剂，其中，所述盐水为氯化钠、氯化钾、氯化钙或其组合的水溶液，氯化钠、氯化钾、氯化钙或其组合在水溶液中的质量分数为1％至饱和。

6.根据权利要求4所述的抑制剂，其中，所述水为淡水。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的抑制剂，其中，所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁三醇、丁四醇或季戊四醇中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的抑制剂，其中，所述多元醇选自乙二醇、丙二醇或丙三醇中的一种或多种。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的抑制剂，其中，所述有机胺选自环氧氯丙烷-二甲胺缩聚物或环氧氯丙烷-多乙烯多胺缩聚物中的一种或多种。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的抑制剂，其中，所述有机盐选自甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾或乙酸钠中的一种或多种。

11.一种制备权利要求1-10中任一项所述的抑制剂的方法，所述方法包括：

将所述重量份数的各原料混合得到混合物；

剪切乳化所述混合物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在30-50℃下剪切乳化所述混合物，持续20～240分钟。

13.一种制备权利要求1-10中任一项所述的抑制剂的方法，所述方法包括：

混合所述重量份数的多元醇和有机胺，并使所述多元醇和所述有机胺混合均匀，得到混合物1；

混合所述重量份数的水和有机盐，并使水和所述有机盐混合均匀，得到混合物2；

混合所述混合物1和所述混合物2，并进行剪切乳化。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在温度30-50℃的条件下混合混合物1和混合物2，并剪切乳化30-180分钟。

15.权利要求1-10中任一项所述的抑制剂在配制钻探油气井用的水基钻井液中的应用。

16.如权利要求15所述的应用，其中所述抑制剂的使用重量为泥浆总体积的1％～5％。