CN104099068B - 一种用于钻井液的封堵剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻井液的封堵剂及其制备方法，属于钻井技术领域。所述用于钻井液的封堵剂所用原料按以下重量份配比：膨润土180‑220份、丙烯酰胺90‑110份、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸20‑30份、水解度调节剂3‑5份、碳酸钙90‑110份、水280‑320份、交联剂0.1‑0.3份、氧化还原引发剂3‑5份。本发明通过在一定条件下由氧化还原引发剂引发丙烯酰胺在膨润土间层间进行聚合反应，配合交联剂生成可以膨胀和变形的颗粒，复配超细碳酸钙，得到大分子封堵护壁剂。在含有膨润土浆的钻井液中加入本发明实施例提供的封堵剂可以有效地降低钻井液的API滤失量、高温高压滤失量和砂床侵入深度，因此更好地实现了对泥页岩的封堵，减少井下复杂情况发生。

Description

一种用于钻井液的封堵剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种用于钻井液的大分子封堵护壁剂及其制备方法。

背景技术

井壁失稳一直是困扰石油工业界的一个大问题，该问题在世界许多油田都存在，也一直没有能够得到很好的解决。90％以上的井壁失稳发生在泥页岩地层，井壁失稳不但影响钻井速度与测井、固井质量，还使部分地区无法钻达目的层，影响勘探目的的实现。

对于层理、裂隙发育的泥页岩地层，为防止井壁失稳，要求钻井液具有强的封堵性，有效封堵地层层理、裂隙，阻止钻井液及其滤液进入地层，达到提高地层承压能力、稳定井壁和防止井漏的目的。为实现上述目的，钻井液中需要添加封堵剂，目前，用于钻井液的封堵剂种类繁多，例如：细目碳酸钙、核桃壳、纤维和可膨胀性聚合物等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：上述封堵剂对泥页岩的封堵效果较差，无法保证井壁的稳定。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种用于钻井液的封堵剂及其制备方法，所述封堵剂能更好地实现对泥页岩的封堵，从而保证井壁稳定，减少井下复杂情况发生。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种用于钻井液的封堵剂，所用原料按以下重量份配比：

膨润土180-220份、丙烯酰胺90-110份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-30份、水解度调节剂3-5份、碳酸钙90-110份、水280-320份、交联剂0.1-0.3份、氧化还原引发剂3-5份。

优选，膨润土200份、丙烯酰胺100份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25份、水解度调节剂4份、碳酸钙100份、水300份、交联剂0.2份、氧化还原引发剂4份。

优选，所述碳酸钙的粒径不大于1000目。

优选，所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。

优选，所述的氧化还原引发剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵。

优选，所述的水解度调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

另一方面，提供了一种用于钻井液的封堵剂的其制备方法，所述方法包括：

按以下重量份称取原料：膨润土180-220份、丙烯酰胺90-110份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-30份、水解度调节剂3-5份、碳酸钙90-110份、水280-320份、交联剂0.1-0.3份、氧化还原引发剂3-5份；

将称取的所述原料加入捏合机中搅拌均匀，得原料混合物；

所述原料混合物加热到40-60℃后搅拌0.5-1小时，得块状胶状物；

将所述块状胶状物造粒、烘干、粉碎后过60目筛，得到用于钻井液的封堵剂。

优选，按以下重量份称取原料：膨润土200份、丙烯酰胺100份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、水解度调节剂4份、碳酸钙100份、水300份，交联剂0.2份、氧化还原引发剂4份。

优选，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述氧化还原引发剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵，所述水解度调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碳酸钙的粒径不大于1000目。

所述将称取的所述原料加入捏合机中搅拌均匀，具体包括：

将所述丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶入所述水中，然后一同加入到捏合机中，再向所述捏合机中加入所述水解度调节剂、所述膨润土及所述碳酸钙，搅拌均匀；

继续向所述捏合机中加入所述交联剂，然后先加入所述氧化还原引发剂中的氧化剂，再加入所述氧化还原引发剂中的还原剂，搅拌均匀。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明通过在一定条件下由氧化还原引发剂引发丙烯酰胺及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸在膨润土间层间进行聚合反应，配合交联剂生成可以膨胀和变形的颗粒。由于地层水中溶有大量盐离子，而2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸具有良好的抗盐性能，因而加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，更有利于盐溶液中颗粒的膨胀，该颗粒复配超细碳酸钙，能够得到大分子封堵护壁剂。在含有膨润土浆的钻井液中加入本发明实施例提供的封堵剂可以有效地降低钻井液的API滤失量、高温高压滤失量和砂床侵入深度，因此更好地实现了对泥页岩的封堵，减少井下复杂情况发生。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例用到的化学试剂均购买自奥利化学试剂公司。

实施例一

称取原料：膨润土200g，丙烯酰胺100g，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25g，份氢氧化钠4g，1000目碳酸钙100g，水300g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.2g，亚硫酸氢钠2g、过硫酸铵2g。

制备方法：

步骤1：将称取的上述原料加入捏合机中搅拌均匀，得原料混合物；

本发明实施例中该步骤具体包括：

1a：将称取的丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶入称取的水中，然后一同加入到捏合机中，再向所述捏合机中加入称取的氢氧化钠、膨润土及1000目碳酸钙，搅拌均匀；

由于膨润土能吸收丙烯酰胺溶液，先将丙烯酰胺溶于水再与其他原料混合更有利于丙烯酰胺与膨润土混合均匀。

本发明实施例中选用的是1000目碳酸钙，在其他实施例中也可以根据油田地层裂缝大小进行调整，由于泥页岩裂缝和微裂缝一般在微米级左右，故优选1000目及以下的超细碳酸钙。

1b：继续向所述捏合机中加入称取的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后先加入称取亚硫酸氢钠、后加入称取的过硫酸铵，搅拌均匀，得原料混合物。

步骤2：将上述原料混合物加热到50℃后搅拌0.75小时，得块状胶状物；

步骤3：将上述块状胶状物造粒、烘干、粉碎后过60目筛，得到用于钻井液的封堵剂。

本发明实施例中，该步骤具体为：将块状胶状物加入到造粒机中得到直径为1cm左右的小球，将所述小球在105℃下干燥2小时，粉碎后过60目筛得灰色粉末，该灰色粉末即为用于钻井液的大分子封堵剂。

为了保证封堵效果，本发明实施例提供的封堵剂粉碎的粒径应尽可能的小，但是胶状物不易粉碎，粒径太小，加工费用太高，综合成本考虑，优选60目。

实施例二

称取原料：膨润土180g，丙烯酰胺90g，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20g，氢氧化钾3g，1000目碳酸钙90g，水280g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.1g，亚硫酸氢钠1.5g、过硫酸铵1.5g。

制备方法：

步骤1：与实施例一相同，唯一不同的是氢氧化钾替代氢氧化钠；

步骤2：将上述原料混合物在40℃下加热，并搅拌0.5小时，得块状胶状物；

步骤3：与实施例一相同。

实施例三

称取原料：膨润土220g，丙烯酰胺110g，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30g，氢氧化钠5g，1000目碳酸钙110g，水320g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.3g，亚硫酸氢钠2.5g、过硫酸铵2.5g。

制备方法：

步骤1：与实施例一相同；

步骤2：将上述原料混合物在60℃下加热，并搅拌1小时，得块状胶状物；

步骤3：与实施例一相同。

实施例四

称取原料：膨润土210g，丙烯酰胺95g，氢氧化钾3g，1000目碳酸钙105g，水310g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.3g，亚硫酸氢钠2g、过硫酸铵2g。

制备方法：

步骤1：与实施例二相同；

步骤2：将上述原料混合物在55℃下加热，并搅拌0.5小时，得块状胶状物；

步骤3：与实施例一相同。

实施例五

称取原料：膨润土220g，丙烯酰胺90g，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20g，氢氧化钾5g，1000目碳酸钙110g，水280g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.2g，亚硫酸氢钠2.5g、过硫酸铵2.5g。

制备方法：

步骤1：与实施例二相同；

步骤2：将上述原料混合物在60℃下加热，并搅拌1小时，得块状胶状物；

步骤3：与实施例一相同。

实施例六

称取原料：膨润土2000g，丙烯酰胺1000g，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸250g，氢氧化钠40g，1000目碳酸钙1000g，水3000g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺2g，亚硫酸氢钠20g、过硫酸铵20g。

制备方法：与实施例一相同。

按下述方法对本发明实施例一～六提供的用于钻井液的封堵剂进行性能测试：

1、测试对象：

空白样：以膨润土为基浆的钻井液，其中膨润土的质量分数为6％；

对照样：上述钻井液中添加低渗透封堵剂JYW-1，低渗透封堵剂JYW-1的质量为所述钻井液质量的2％；

测试样1～6：测试样1～6分别为上述钻井液中分别添加由本发明实施例一～六提供的封堵剂，所述封堵剂的质量为所述钻井液质量的2％。

2、测试方法：

(1)：流变性能和滤失量的测定：

将测试对象高速搅拌20分钟后，密封24小时进行养护，养护后再高速搅拌10分钟，测其流变性能(表观黏度、塑性黏度及动切力)和API滤失量。

然后将测试对象装入老化罐中在100℃下热滚16小时，冷却至室温，移入搅拌罐中高速搅拌5分钟，测其流变性能、API滤失量及高温高压滤失量，其中高温高压滤失量的测量温度为100℃、压差为3.5Mpa。

流变性能、API滤失量及高温高压滤失量均根据国标GB/T16783.1-2006中规定的方法测定，测定数据参见表1。

(2)：砂床侵入深度的测定：

将350mL测试对象高速搅拌20min，密封4h进行养护；

取适量40-70目的砂子用清水洗净后烘干，将烘干后的砂子装入可视中压滤失仪的圆柱筒中，压实铺平，慢慢加入350mL养护后的测试对象，在室温下按测试API滤失量同样的方法加压测试7.5min后滤液进入砂床的深度，测试数据参见表2。

表1各测试对象流变性能和滤失量参数数据表

表2各测试对象砂床侵入深度数据表

使用本发明实施例提供的封堵剂的样品的API滤失量、高温高压滤失量及砂床侵入深度明显低于不使用封堵剂的样品或使用低渗透封堵剂JYW-1的样品，尤其是使用实施例一和实施例六提供的封堵剂，其样品的API滤失量、高温高压滤失量及砂床侵入深度最低。因此本发明实施例提供的封堵剂可以有效地降低钻井液的API滤失量、高温高压滤失量和砂床侵入深度，因此更好地实现了对泥页岩的封堵，提高了地层承压能力，预防井壁坍塌和井漏，减少井下复杂情况发生。本发明实施例提供的封堵剂成本低廉应用范围广，拓宽了聚丙烯酰胺在钻井液中的应用范围。

实际应用时，在要进入易坍塌泥页岩地层之前50m左右，在钻井液中补充质量分数为1-2％的本发明实施例提供的封堵剂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于钻井液的封堵剂，其特征在于，所用原料按以下重量份配比：膨润土180-220份、丙烯酰胺90-110份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-30份、水解度调节剂3-5份、碳酸钙90-110份、水280-320份、交联剂0.1-0.3份、氧化还原引发剂3-5份。

2.根据权利要求1所述的用于钻井液的封堵剂，其特征在于，所用原料按以下重量份配比：膨润土200份、丙烯酰胺100份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25份、水解度调节剂4份、碳酸钙100份、水300份、交联剂0.2份、氧化还原引发剂4份。

3.根据权利要求1或2所述的用于钻井液的封堵剂，其特征在于，所述碳酸钙的粒径不大于1000目。

4.根据权利要求1或2所述的用于钻井液的封堵剂，其特征在于，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。

5.根据权利要求1或2所述的用于钻井液的封堵剂，其特征在于，所述氧化还原引发剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵。

6.根据权利要求1或2所述的用于钻井液的封堵剂，其特征在于，所述水解度调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

7.一种用于钻井液的封堵剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

按以下重量份称取原料：膨润土180-220份、丙烯酰胺90-110份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-30份、水解度调节剂3-5份、碳酸钙90-110份、水280-320份、交联剂0.1-0.3份、氧化还原引发剂3-5份；

将称取的所述原料加入捏合机中搅拌均匀，得原料混合物；

所述原料混合物加热到40-60℃后搅拌0.5-1小时，得块状胶状物；

将所述块状胶状物造粒、烘干、粉碎后过60目筛，得到用于钻井液的封堵剂。

8.根据权利要求7所述的用于钻井液的封堵剂的制备方法，其特征在于，所述称取原料，具体包括：

按以下重量份称取原料：膨润土200份、丙烯酰胺100份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20份、水解度调节剂4份、碳酸钙100份、水300份，交联剂0.2份、氧化还原引发剂4份。

9.根据权利要求7或8所述的用于钻井液的封堵剂的制备方法，其特征在于：所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述氧化还原引发剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵，所述水解度调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碳酸钙的粒径不大于1000目。

10.根据权利要求7或8所述的用于钻井液的封堵剂的制备方法，其特征在于，所述将称取的所述原料加入捏合机中搅拌均匀，具体包括：

将所述丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶入所述水中，然后一同加入到捏合机中，再向所述捏合机中加入所述水解度调节剂、所述膨润土及所述碳酸钙，搅拌均匀；

继续向所述捏合机中加入所述交联剂，然后先加入所述氧化还原引发剂中的氧化剂，再加入所述氧化还原引发剂中的还原剂，搅拌均匀。