CN103509533A - 一种钻井用页岩抑制剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井用页岩抑制剂及其制备方法。该发泡剂由非离子聚醚、有机小分子季铵盐、改性聚丙烯酰胺及水组成组成。所述的非离子聚醚分子量在800-5000，选自聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、聚四氢呋喃、聚氧乙烯丙烯嵌段醚之一或其混合物;所述的有机小分子季铵盐为三甲基季铵盐;所述的改性聚丙烯酰胺为阳离子聚丙烯酰胺，分子量在100-1000万。将非离子聚醚、有机小分子季铵盐、水按序加入到反应釜中，加热到40~60℃缓慢搅拌，待溶解，再加入聚丙烯酰胺，溶解均匀后即得产品。本发明所述钻井用页岩抑制剂适用于水基钻井液，具有良好的抑制页岩膨胀性能，能有效降解决钻井过程中因页岩水化而引起的井壁失稳问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于水基钻井液的页岩抑制剂，属于石油钻井液技术领域。
背景技术
随着对油气资源需求的不断扩大，国内石油勘探开发的难度不断加大，复杂井的数量也不断增加，进而对钻井液也提出了新的要求。在钻井过程中，经常需要钻井大位移井、大斜度井、水平井等，要求钻井液有较强的抑制防塌能力。在钻井液过程中，钻遇泥页岩层理、微裂缝发育的易塌陷地层时，泥页岩的稳定性问题一直是钻井液发展的一个重大难题。过去几十年的发展过程中，油基钻井液一直是解决泥页岩水化膨胀问题的理想选择。但由于油基钻井液存在环保方面的问题，因此，油基钻井液的使用越来越受到限制。因此，研发人员将更多的目光投向水基钻井液的发展，既能解决油基钻井液的环保问题，同时其性能又非常接近于油基钻井液。
抑制型水基钻井液中，良好的抑制剂是其中的关键。国内常用的页岩抑制剂主要有沥青类、硅酸盐类、聚合醇、烷基糖苷类、聚胺类等，但存在一定缺陷。沥青类存在环保问题，而烷基糖苷类使用过程中加入量大，成本高；聚醚胺类存在价格偏高，难以降低钻井液成本，等等。所以，开发出抑制性能优越、成本适宜的抑制剂成为研究人员不断努力的研究方向。
发明内容
本发明提供一种环保、使用量小、成本低且抑制性强的页岩抑制剂及其制备方法。
本发明所采用的技术方案为：页岩抑制剂由非离子聚醚、有机小分子季铵盐、改性聚丙烯酰胺及水组成，按如下组分配制而成：
非离子聚醚 10%～30%
有机小分子季铵盐 4%～25%
改性聚丙烯酰胺 1%～5%
水 40%～85%。
一般地，所述的非离子聚醚选自聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、聚四氢呋喃、聚氧乙烯丙烯嵌段醚之一或其混合物；所述非离子聚醚分子量在800-5000，优选1000-1800。
所述的有机小分子季铵盐为三甲基季铵盐，可以是环氧丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三甲基溴化铵、烷基三甲基氯化铵、烷基三甲基溴化铵其中一种或其混合物 。
所述烷基三甲基氯化铵、烷基三甲基溴化铵中烷基碳原子数为4-18。
所述的改性聚丙烯酰胺为阳离子聚丙烯酰胺，分子量在100-1000万，优选600-800万。
非离子聚醚通过浊点效应、协同作用和渗透作用抑制页岩水化，有机小分子季铵盐插入粘土的层间，减弱粘土的膨胀水化，而改性聚丙烯酰胺分子上有多个阳离子基团，与粘土多点吸附，抑制粘土水化膨胀。本发明针对不同钻井环境调整各组分比例，使抑制剂抑制性能达到最佳。
本发明中抑制剂的制备方法可通过如下技术措施来实现：
将非离子聚醚、有机小分子季铵盐、水按序加入到反应釜中，加热到40~60℃缓慢搅拌，待溶解，再加入改性聚丙烯酰胺，溶解均匀后即得产品。
本发明具有以下积极效果：
1)抑制性强，合适配比条件下，各组分协同作用，产品防膨率在75%以上。
2)组分原料易得，原料成本低，制备工艺简单。本发明中各组分均为常规化工品，制备方法工艺简单，易于操作，设备要求低。
3)产品无毒，有一定粘度，沸点高，性质稳定，易于存放和运输；水溶液良好，使用方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
称取平均分子量1200的聚氧乙烯醚40kg、环氧丙基三甲基氯化铵25kg、水132kg按序加入到反应釜中，加热到45℃缓慢搅拌，待溶解，再加入改性聚丙烯酰胺3kg，溶解均匀后即得产品。
实施例2
称取平均分子量1500的聚氧乙烯醚40kg、环氧丙基三甲基氯化铵25kg、水132kg按序加入到反应釜中，加热到45℃缓慢搅拌，待溶解，再加入改性聚丙烯酰胺3kg，溶解均匀后即得产品。
实施例3
称取平均分子量1200的聚氧丙烯醚40kg、辛基三甲基氯化铵25kg、水133kg按序加入到反应釜中，加热到55℃缓慢搅拌，待溶解，再加入改性聚丙烯酰胺2kg，溶解均匀后即得产品。
实施例4
称取平均分子量1500的聚氧丙烯醚40kg、十二烷基三甲基氯化铵25kg、水133kg按序加入到反应釜中，加热到55℃缓慢搅拌，待溶解，再加入改性聚丙烯酰胺2kg，溶解均匀后即得产品。
实施例5
称取平均分子量1500的聚氧乙烯聚氧丙烯醚40kg、十二烷基三甲基氯化铵25kg、水132kg按序加入到反应釜中，加热到55℃缓慢搅拌，待溶解，再加入改性聚丙烯酰胺3kg，溶解均匀后即得产品。
实施例结果：
采用防膨率实验的方法评价实施方式中抑制剂的性能。取0.50g膨润土粉加入到10mL离心管中，加入10mL抑制剂溶液，充分摇匀，在室温下存放2h，在转速为1500/min下离心15min。读出膨润土膨胀体积V1。用10mL清水代替抑制剂溶液测定膨润土在清水中的膨胀体积V2；用10mL煤油代替抑制剂溶液测定膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
防膨率（B）计算公式： 
本发明中所配抑制剂溶液质量百分比浓度为2.5%。验证结果如下表中所示：
表1.放膨率性能评价结果
| 样品 | 土/g | 土层高度/mL | 防膨率/% |
| 实施例1 | 0.5046 | 1.75 | 77.96 |
| 实施例2 | 0.5031 | 1.30 | 80.37 |
| 实施例3 | 0.5041 | 1.50 | 76.60 |
| 实施例4 | 0.5017 | 1.40 | 78.50 |
| 实施例5 | 0.5019 | 1.00 | 85.98 |
| 清水 | 0.5021 | 5.40 | ------ |
| ULTRAHIB* | 0.5049 | 1.70 | 79.86 |
*ULTRAHIB为国外某公司研发的抑制剂
采用页岩滚动回收率的方法评价实施方式5中抑制剂的性能。称取4-8目岩心50.0g，加至高温老化釜中，随后将2.5%实施例5处理剂加入老化釜中至刻度线处，80℃热滚16h后，过100目筛，筛留物105℃干燥4h，干燥器内冷却至室温，称重。
结果如下表中所示：
表2.页岩滚动回收率性能评价结果
| 样品 | 热滚前质量/g | 热滚后质量/g | 岩心回收率/% |
| 实施例5 | 50.01 | 47.22 | 94.42 |
| 清水 | 49.99 | 24.01 | 48.03 |
| ULTRAHIB 2.5% | 49.99 | 42.01 | 84.02 |
| ULTRAHIB 3.0%* | ------ | ------ | 88.90 |
| SDA* 3.0% | ------ | ------ | 85.74 |
* SDA为国内某高校研发的抑制剂，岩心回收率数据为公开文章数据。
从表1数据中可以看出各实施例中抑制剂使用量小，防膨效果好，产品防膨率在75%以上，与ULTRAHIB防膨率相当。实施例5防膨率高于ULTRAHIB产品防膨率。
从表2中可以看出实施例5滚动回收率高于ULTRAHIB产品的滚动回收率。实施例5滚动回收率与文献值比较，在用量低0.5%条件下，回收率仍高于SDA、ULTRAHIB产品回收率，显示出实施例5性能优越。
Claims (10)
1.一种钻井用页岩抑制剂，其特征在于该页岩抑制剂由非离子聚醚、有机小分子季铵盐、改性聚丙烯酰胺及水组成，按如下质量百分比配制而成：
非离子聚醚 10%～30%
有机小分子季铵盐 4%～25%
改性聚丙烯酰胺 1%～5%
水 40%～85%。
2.根据权利要求1所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述的非离子聚醚选自聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、聚四氢呋喃、聚氧乙烯丙烯嵌段醚之一或其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述的非离子聚醚分子量在800-5000。
4.根据权利要求1或2所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述的非离子聚醚分子量在1000-1800。
5.根据权利要求1所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述的有机小分子季铵盐为三甲基季铵盐。
6.根据权利要求1所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述有机小分子季铵盐为环氧丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三甲基溴化铵、烷基三甲基氯化铵、烷基三甲基溴化铵其中一种或其混合物 。
7.根据权利要求6所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述烷基三甲基氯化铵、烷基三甲基溴化铵中烷基碳原子数为4-18。
8.根据权利要求1所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述的改性聚丙烯酰胺为阳离子聚丙烯酰胺，分子量在100-1000万。
9.根据权利要求1或8所述的钻井用页岩抑制剂，其特征在于，所述的改性聚丙烯酰胺为阳离子聚丙烯酰胺，分子量在600-800万。
10. 一种钻井用页岩抑制剂制备方法，其特征在于：将非离子聚醚、有机小分子季铵盐、水按序加入到反应釜中，加热到40~60℃缓慢搅拌，待溶解，再加入聚丙烯酰胺，溶解均匀后即得产品。
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Address after: Liuhe District of Nanjing City, Jiangsu province 210048 geguan Road No. 699 Patentee after: China Petroleum & Chemical Corp. Patentee after: SINOPEC NANJING CHEMICAL RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: Liuhe District of Nanjing City, Jiangsu province 210048 geguan Road No. 699 Patentee before: China Petroleum & Chemical Corp. Patentee before: Nanhua Group Research Institute |
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