CN104151491B - 钻井液用包被抑制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻井技术领域，公开了一种钻井液用包被抑制剂及其制备方法，其中，制备方法包括：1)向反应容器内倒入40～80质量份的水和40～60质量份的水溶性聚合物单体，混合均匀，以及用碱溶液调整水和水溶性聚合物单体形成的混合物PH为6-10；2)继续向反应容器内倒入20～100质量份的溶剂油和1～20质量份的乳化剂搅拌均匀，得到混合液；3)向混合液中加入0.01～10质量份的聚合反应引发剂，聚合反应的温度为0～100℃，聚合反应的时间为1～20小时，聚合反应完毕后形成钻井液用包被抑制剂。本发明所制备的钻井液用包被抑制剂具有良好的稳定性，溶解性较好，解决了背景技术所述的包被抑制剂存在的溶解困难而导致的防塌性能和包被抑制性能差的问题。

Description

钻井液用包被抑制剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，更为具体地说，涉及一种钻井液用包被抑制剂，本发明还涉及一种钻井液用包被抑制剂的制备方法。

背景技术

在石油或天然气的勘探开发、固体矿床勘探和基础工程施工中，钻头经常会钻遇泥页岩地层。泥页岩极易水化膨胀，泥页岩水化膨胀所导致的颗粒分散，往往会造成井壁失稳、卡钻等钻探问题。其中，井壁失稳是钻井中重大的工程技术难题。井壁稳定是实现安全、快速、优质钻井的前提，是控制钻井成本，影响钻井综合效益的关键性因素之一。保持井壁稳定是钻井液研发的首要因素。钻井液的防塌和抑制能力的高低，是钻井液优劣的重要标志之一，也是国内外钻井液研究者一直关注的热点。

聚合物类包被抑制剂是钻井液施工过程中常用的抑制剂，具有选择性絮凝、抑制钻屑分散、稳定井壁、增粘以及降低滤失等功能。目前的聚合物类包被抑制剂多为粉剂，在现场使用过程中存在溶解困难的问题。目前聚合物常因溶解不彻底而出现鱼眼状缺陷，进而导致从振动筛跑浆的情况，产品的有效成份不能得到利用，不利于泥浆的防塌抑制。可见，目前的聚合物类包被抑制剂的防塌性能和包被抑制性能较差。

发明内容

本发明提供一种钻井液用包被抑制剂及其制备方法，以解决目前的聚合物类包被抑制剂存在的溶解困难而导致的防塌性能和包被抑制性能较差的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

钻井液用包被抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

1)向反应容器内倒入40～80质量份的水和40～60质量份的水溶性聚合物单体，混合均匀，以及用碱溶液调整水和水溶性聚合物单体形成的混合物PH为6-10；

2)继续向所述反应容器内倒入20～100质量份的溶剂油和1～20质量份的乳化剂搅拌均匀，得到混合液；

3)向所述混合液中加入0.01～10质量份的聚合反应引发剂，聚合反应的温度为0～100℃，聚合反应的时间为1～20小时，聚合反应完毕后形成钻井液用包被抑制剂。

优选的，上述制备方法中，所述水溶性聚合物单体为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、衣康酸和丙烯酸酯中的一种或几种。

优选的，上述制备方法中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或氨水。

优选的，上述制备方法中，所述乳化剂为斯潘、吐温、OP、NP和AEO中的一种或几种。

优选的，上述制备方法中，所述乳化剂的HLB值为1-10。

优选的，上述制备方法中，所述乳化剂的HLB值为5-8。

优选的，上述制备方法中，所述溶剂油为柴油、白油、石蜡、脂肪酸酯或油酸甲酯。

优选的，上述制备方法中，所述聚合反应引发剂为氧化还原引发剂或偶氮类引发剂。

优选的，上述制备方法中，步骤2)和步骤3)之间还包括吹氮除氧操作，吹氮除氧的持续时间至少为30分钟。

钻井液用包被抑制剂，由上述任意一项所述的制备方法获取。

相比于背景技术而言，通过本发明提供的制备方法获得的钻井液用包被抑制剂，可以迅速地溶于水，解决了目前的包被抑制剂存在的溶解困难的问题。同时，本发明所提供的制备方法属于浓乳液范畴，聚合物含量达到25～38％，并且乳液聚合反应粘度较小，反应过程易于控制，反应平稳安全，设备成本低。本发明所述的制备方法获取的钻井液用包被抑制剂可以直接使用，无需烘干粉碎等大型设备，同时该工艺所产生的产品的分子量较大，能够速溶于钻井液。另外，钻井液用包被抑制剂中的油相还能够起到润滑的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的钻井液用包被抑制剂的制备方法流程图；

图2是本发明实施例一提供的钻井液用包被抑制剂的制备方法流程图；

图3是本发明实施例二提供的钻井液用包被抑制剂的制备方法流程图；

图4是本发明实施例三提供的钻井液用包被抑制剂的制备方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种钻井液用包被抑制剂及其制备方法，解决了背景技术中所述的包被抑制剂存在的溶解困难而导致的防塌性能和包被抑制性能较差的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图1，图1示出了本发明实施例提供的钻井液用包被抑制剂的制备方法流程图。图1所示的流程，包括以下步骤：

S101、向搪瓷反应釜内倒入40～80质量份的水和40～60质量份的水溶性聚合物单体，混合均匀。

步骤S101中水溶性聚合物单体可以为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、衣康酸和丙烯酸酯中的一种或几种。当然，本发明实施例中的水溶性聚合物单体还可以为其它种类的，本实施例不限制水溶性聚合物单体的具体种类。本发明实施例中反应容器不仅仅限于搪瓷反应釜，还可以采用其它的反应容器，本实施例不限制反应容器的具体种类。

S102、通过碱溶液将水和水溶性聚合物所形成的混合物的PH调节至6-10，形成水相。

步骤S102中，碱溶液可以是氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氨水溶液等。同理，本实施例不限制碱溶液的具体种类。

S103、继续向搪瓷反应釜内倒入20～100质量份的溶剂油和1～20质量份的乳化剂均，混合均匀，得到混合液。

步骤S103中，溶剂油可以为柴油、白油、石蜡、脂肪酸酯、油酸甲酯等非亲水油类中的一种或几种。乳化剂可以是斯潘、吐温、OP(即非离子表面活性剂)、NP(即壬基酚聚氧乙烯醚)和AEO(AlcoholEthoxylate，脂肪醇聚氧乙烯醚)中的一种或多种。优选的，上述乳化剂的HLB值(HydrophileLipophilicBalance，亲水亲油平衡值)应该在1-10之间。更为优选的，上述乳化剂的HLB值应该在5-8之间。同理，本实施例不限制溶剂油、乳化剂的具体种类。

S104、向搪瓷反应釜内的混合液中加入0.01～10质量份的聚合反应引发剂。

步骤S104中，聚合引发剂可以采用常规的引发剂，例如光学引发剂、辐射引发剂等。也可以用其他种类的引发剂，例如氧化还原引发剂、偶氮类引发剂。氧化性引发剂可以为过氧化氢、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵等，还原性引发剂可以为亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、尿素等。偶氮类引发剂可以为偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈以及偶氮引发剂V50等水溶性偶氮类引发剂。本发明实施例中，聚合反应引发剂可以在步骤S101-S105中任意一步中加入到搪瓷反应釜内。

步骤S104中，聚合反应引发剂引发聚合反应，步骤S104的聚合反应温度为0～100℃，聚合反应的时间为1～20小时。步骤S104聚合反应完毕后形成钻井液用包被抑制剂。

更为优选的方案中，本发明实施例提供的制备方法中，得到混合液后还可以包括吹氮除氧操作，吹氮除氧的持续时间至少为30分钟。

基于本发明实施例提供的制备方法，本发明还提供一种由上述制备方法获取的钻井液用包被抑制剂。

本发明实施例提供的制备方法采用反相乳液聚合物的生产工艺，所生产的产品为乳状混合物，此种产品可以迅速地溶于水，解决了目前的包被抑制剂存在的溶解困难的问题。同时，本发明所提供的制备方法属于浓乳液范畴，聚合物含量达到25～38％，并且乳液聚合反应粘度较小，反应过程易于控制，反应平稳安全，设备成本低。本发明所述的制备方法获取的钻井液用包被抑制剂可以直接使用，无需烘干粉碎等大型设备，同时该工艺所产生的产品的分子量较大，能够速溶于钻井液。另外，钻井液用包被抑制剂中的油相还能够起到润滑的作用。

本发明实施例提供的制备方法中，调整每种组分的含量，能够产出一系列聚合物分子量在10～2000万，且分子量不同的产品。而且，本发明获得的钻井液用包被抑制剂具有良好的稳定性，溶解性较好，在钻井液中使用时，具有包被抑制性强、加量少、溶解快等优点。

本发明的以下几种的具体实施例：

实施例一

请参考附图2，图2是本发明实施例一提供的钻井液用包被抑制剂制备方法流程图。图2所示的流程包括：

S201、向3000L搪瓷反应釜中加入10质量份的丙烯磺酸钠，10质量份的丙烯酸，30质量份的丙烯酰胺和70质量份的去离子水，搅拌均匀，用氨水调节PH为7。

S202、继续向搪瓷反应釜中加入100质量份的5号白油，10质量份的斯潘80，采用高速乳化机乳化10分钟，吹氮除氧30分钟，对混合物加热至50℃。

S203、加入0.01质量份的过硫酸钾和0.01质量份的亚硫酸氢钠，恒温50℃反应10小时，反应结束，得到粒度均一的钻井液用包被抑制剂。

实施例二

请参考附图3，图3是本发明实施例二提供的钻井液用包被抑制剂制备方法流程图。图3所示的流程包括：

S301、向3000L搪瓷反应釜中加入10质量份的丙烯磺酸钠，10质量份的丙烯酸，30质量份的丙烯酰胺和70质量份的去离子水，搅拌均匀，用氨水调节PH为7。

S302、继续向搪瓷反应釜中加入100质量份的0号柴油，10质量份的斯潘60，对混合物加热至50℃，采用高速乳化机乳化10分钟，吹氮除氧30分钟。

S303、加入0.05质量份偶氮二异丁腈，搅拌，恒温50℃反应10小时，反应结束，得到粒度均一的钻井液用包被抑制剂。

实施例三

请参考附图4，图4是本发明实施例三提供的钻井液用包被抑制剂制备方法流程图。图4所示的流程包括：

S401、向3000L搪瓷反应釜中加入10质量份的丙烯磺酸钠，10质量份的丙烯酸，30质量份的丙烯酰胺和60质量份的去离子水，搅拌均匀，用氨水调节PH为7。

S402、继续向搪瓷反应釜中加入40质量份的油酸甲酯，10质量份的斯潘80，对混合液加热50℃，采用高速乳化机乳化10分钟，吹氮除氧30分钟。

S403、向混合液中加入0.01质量份的偶氮引发剂V50，100转/每分钟均匀搅拌，恒温50℃反应5小时。

S404、继续向混合液中加入0.01质量份的偶氮异丁腈，升温至70℃继续反应4小时，反应结束后得到粒度均一的钻井液用包被抑制剂。

本发明实施例一-三所提供的制备方法所获得的钻井用包被抑制剂，经过检测得知，其能够较快地溶于钻井液，而且溶解时间较短，溶解率较高，同时对比测试了国内同类产品乳液包被抑制剂HP600的性能，如表1所示。

表1

样品	固含量，％	溶解时间，min
			实施例1	23.2	3
实施例2	23.0	3.5

实施例3	35.6	2.5
			HP600	34.1	15

采用本发明实施例制备的钻井液用包被抑制剂能够更好地提高页岩膨胀系数降低率，进而达到较好的包被抑制作用。需要说明的是，页岩膨胀系数降低率是指测试液体浸泡人工岩心膨胀量相对于蒸馏水浸泡人工岩心膨胀量的降低率。用以表征测试的对泥页岩的膨胀抑制能力。用页岩膨胀测定仪，测试0.3％样品水溶液对人工岩心测页岩膨胀系数降低率。同时测定参比样品低分子量阴离子聚丙烯酰胺类产品80A51的膨胀系数降低率。具体检测数据如表2所示。

表2

样品	页岩膨胀系数降低率，％
		实例1	64.2
实例2	63.0
		实例3	62.1
80A51	59.8

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.钻井液用包被抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)向反应容器内倒入40～80质量份的水和40～60质量份的水溶性聚合物单体，混合均匀，以及用碱溶液调整水和水溶性聚合物单体形成的混合物pH为6-10；

2)继续向所述反应容器内倒入20～100质量份的溶剂油和1～20质量份的乳化剂搅拌均匀，得到混合液；

3)向所述混合液中加入0.01～10质量份的聚合反应引发剂，聚合反应的温度为0～100℃，聚合反应的时间为1～20小时，聚合反应完毕后形成钻井液用包被抑制剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性聚合物单体为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、衣康酸和丙烯酸酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或氨水。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为斯潘、吐温、OP、NP和AEO中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂的HLB值为1-10。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂的HLB值为5-8。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂油为柴油、白油、石蜡、脂肪酸酯或油酸甲酯。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应引发剂为氧化还原引发剂或偶氮类引发剂。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)之间还包括吹氮除氧操作，吹氮除氧的持续时间至少为30分钟。

10.钻井液用包被抑制剂，其特征在于，由上述权利要求1-9中任意一项所述的制备方法获取。