CN104194744A - 一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法 - Google Patents

一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液用抑制减阻剂及其配制方法。由如下重量比构成：0.5%～2%阳离子双子表面活性剂、1%～2%季铵盐阳离子表面活性剂、0.5%～1%硫化油、20%～25%聚葡萄糖苷水溶液、其余为白油。温度50℃～60℃，将硫化油加入到白油中，搅拌1h～2h后，依次加入阳离子双子表面活性剂和季铵盐阳离子表面活性剂，搅拌2h～4h，加入聚葡萄糖苷水溶液，搅拌2～4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。适用于水平井、大位移井钻进过程中减少摩擦阻力，在无固相、低固相、无粘土相钻井液体系中效果更佳。

Description

一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油化工中钻井液技术领域，是一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法。
背景技术
在大位移井和水平井施工中，随着井斜角的增大，钻具和井壁的接触而积以及摩擦阻力和扭矩阻力随之增大。影响阻力的因素有10种之多，但其大小主要取决于钻具和井壁的接触面积。钻井过程中存在三种润滑模式：障碍润滑模式，边界润滑模式，液动润滑模式。从降低摩阻的角度出发，要尽量避免障碍润滑、保持液动润滑。为此，应从钻井工艺和钻井液技术两方面着手：第一，尽量减少钻具和井壁的接触在面积；第二，通过添加合适的减阻剂来改善钻井液润滑性能，减少摩阻。
经检索，专利CN104517441A公开了一种钻井液用抗磨减阻剂中各组份占减阻剂总量的重量比为，植物油酸7%～13%，棉子油26%～31%，硫磺粉6%～11%，二乙醇胺3%～5%,煤油27%～29%，辅料及其他材料合计12%～17%;制备方法，包括磺化反应、酞胺化反应和中和混配反应。减阻剂能优先吸附在钻具表面，生成致密的高强度保护膜，降低钻井液润滑性，降低金属表面摩擦和磨损，有效降低钻井液的极压润滑系数和泥饼粘附系数，减少钻井过程中阻卡等事故发生。专利CN108242809A公开了一种丙烯酰胺系乳液共聚物制备得到的钻井液减阻剂。CN103242207A公开了一种酰胺化合物和钻井液减阻剂及其制备方法。均能较好的减少钻进过程中的摩擦阻力，提高机械钻速，但是，对于无固相或低固相储层保护钻井液，丙烯酰胺或酰胺类大分子聚合物容易导致孔隙堵塞，而普通植物油润滑剂抗温能力有待进一步提高，因此，有必要研发一种与之配伍性好的减阻剂。
本发明一种钻井液用抑制减阻剂主要针对水平井储层保护钻井液体系、无固相、低固相以及无粘土相钻井液体系需求，实现了高效减阻的同时，也具有一定的抑制性，较好的实现了一剂多能。
发明内容
本发明提供了一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法，以白油为连续相，形成了油水乳化稳定体系，引入阳离子双子表面活性剂和季铵盐阳离子表面活性剂复配的乳化剂，乳化效果好，聚葡萄糖苷以其特殊的分子结构，可以较好的实现水基钻井液的润滑性和页岩抑制能力，同时阳离子与NH 4 + 可以提高处理剂的抑制性能，各种处理剂优化复配后，可以实现抑制和减阻等多种钻井液助剂功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种钻井液用抑制减阻剂，其特征在于，原料组成重量比为：
A、阳离子双子表面活性剂：0.5%～2%；
B、季铵盐阳离子表面活性剂：1%～2%；
C、硫化油：0.5%～1%；
D、聚葡萄糖苷水溶液20%～25% 
E、其余为白油     
其中：季铵盐阳离子表面活性剂为C16至C18链长的烷基季铵盐、双烷基季铵盐、带多个氧乙烯基团的季铵盐中的一种；聚葡萄糖苷为α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物。
聚葡萄糖苷水溶液为重量比5%～10%α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物溶于水，α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物按α-葡萄糖甲基苷与β-葡萄糖甲基苷重量比1:1混合。
白油为3#白油、4#、白油、5%白油、10#白油中的一种或一种以上混合物。
阳离子双子表面活性剂为C12、C14、C16链长的双季铵盐阳离子表面活性剂。
一种钻井液用抑制减阻剂，其制备方法按如下步骤进行：
（1）温度50℃～60℃，将重量比0.5%至1%的硫化油加入到白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1h至2h后，依次加入重量比0.5%至2%的阳离子双子表面活性剂和1%至2%的季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌2h至4h；
（2）将重量比20%至25%的聚葡萄糖苷水溶液加入第（1）得到的溶液中，转速500r/min至1000r/min下搅拌2h至4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩0.5h至1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
本发明的积极效果为：
1、主要用于水平井储层保护水基钻井液体系、无固相、低固相以及无粘土相钻井液体系中，抑制减阻效果好。
、润滑系数降低率≥65%，泥饼粘附系数降低率≥50%。
、热滚回收率低于10%的钻屑提高至50%以上。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所使用的水均为自来水。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
温度50℃～60℃，取2.5gα-葡萄糖甲基苷与2.5gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将0.5g硫化油加入到78g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比0.5g阳离子双子表面活性剂和1.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入20g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例2：
温度50℃～60℃，取2.5gα-葡萄糖甲基苷与2.5gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将1.0g硫化油加入到67.5g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比0.5g阳离子双子表面活性剂和1.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入20g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例3：
温度50℃～60℃，取2.5gα-葡萄糖甲基苷与2.5gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将1.0g硫化油加入到77g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比1.0g阳离子双子表面活性剂和1.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入20g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例4：
温度50℃～60℃，取2.5gα-葡萄糖甲基苷与2.5gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将1.0g硫化油加入到76g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比1.0g阳离子双子表面活性剂和2.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入20g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例5：
温度50℃～60℃，取2.5gα-葡萄糖甲基苷与2.5gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将1.0g硫化油加入到66g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比1.0g阳离子双子表面活性剂和2.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入30g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例6：
温度50℃～60℃，取5.0gα-葡萄糖甲基苷与5.0gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将1.0g硫化油加入到76g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比1.0g阳离子双子表面活性剂和2.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入20g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例7：
温度50℃～60℃，取5.0gα-葡萄糖甲基苷与5.0gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将0.5g硫化油加入到78g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比0.5g阳离子双子表面活性剂和1.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入20g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
实施例8：
温度50℃～60℃，取5.0gα-葡萄糖甲基苷与5.0gβ-葡萄糖甲基苷混合后加入95g水中，充分溶解形成聚葡萄糖苷水溶液；将1.0g硫化油加入到66g白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1.5h后，依次加入重量比1.0g阳离子双子表面活性剂和2.0g季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌3h，加入30g聚葡萄糖苷水溶液，转速500r/min至1000r/min下搅拌4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
对上述实施例产品进行抗温性能评价：
一、钻井液用抑制减阻剂的减阻效果评价
1、润滑系数测定
按Q/SY 1088-2007中的4.3.3规定：配制4份基浆，每份加入400ml蒸馏水，20.0g膨润土，0.8g纯碱，在高速搅拌器上搅拌20min后，密闭养护24h。取其中两份基浆加入4.0g试样，将4份浆同时高速搅拌5min，在E-P极压润滑联用仪上分别测定基浆及加入试样后的润滑系数，测定方法依据SY/T6094-94钻井液用极压润滑剂评价程序，并用式（1）计算润滑系数降低率。平行样之间的误差允许在±5.0%范围内，并取其算术平均值。
η=（ω-ω 1 ）/ω×100     （1）
式中：
η——润滑系数降低率，%；
ω——基浆润滑系数；
ω 1 ——基浆加试样后的润滑系数。
、泥饼粘附系数的测定
按Q/SY 1088-2007中的4.3.4规定：配制4份基浆，每份加入400ml蒸馏水，20.0g膨润土，0.8g纯碱，在高速搅拌器上搅拌20min后，密闭养护24h。取其中两份基浆加入4.0g试样，将4份浆同时高速搅拌5min，用泥饼粘附系数测定仪器分别测定基浆及加入试样后的泥饼粘附系数。测试条件为：压差3.5MPa，滤失时间30min，粘附盘粘附于泥饼后读取5min，10min，15min，30min，45min的扭矩值，将45min扭矩换算成粘附系数，基浆的粘附系数应大于0.125。用式（2）计算泥饼粘附系数降低率。平行样之间的误差允许在±5.0%范围内，并取其算术平均值。
（μ-μ 1 ）/μ×100   （2）
式中：
K——泥饼粘附系数降低率，%；
μ——基浆泥饼粘附系数；
μ1——基浆加试样后泥饼粘附系数。
在室温下测量其性能，结果见表1：
表1：钻井液用抑制减阻剂的减阻效果评价
  E-P润滑系数 润滑系数提高率/% 泥饼粘附系数 泥饼粘附系数提高率/%
基浆 0.288 / 0.186 /
实施例1 0.098 65.91 0.089 52.30
实施例2 0.092 68.18 0.085 54.57
实施例3 0.092 68.18 0.083 55.48
实施例4 0.092 68.18 0.076 59.11
实施例5 0.085 70.45 0.068 63.66
实施例6 0.078 72.73 0.072 61.38
实施例7 0.092 68.18 0.076 59.11
实施例8 0.065 77.27 0.068 63.66
由表1可以看出，加入1%实施例1至实施例8配制的钻井液用抑制减阻剂，E-P极压润滑联用仪上测量的润滑系数较基浆提高了65.91%～77.27%，NF粘附系数仪上测量的泥饼粘附系较基浆数提高了52.30%～63.66%。
二、钻井液用抑制减阻剂的抑制效果评价
用热滚回收法评价钻井液用抑制减阻剂的抑制效果，热滚温度120℃，时间，16h，岩屑，户外露头钻屑，6～10目，热滚后，恒温干燥至恒重，过40目筛，试验结果见表2：
表2：钻井液用抑制减阻剂的抑制效果评价
由表2可以看出，热滚回收率8.55%的钻屑，加入实施例1至实施例8试样后，热滚回收率达到52.23%至65.6%。
三、现场应用效果，根据本发明实施例得到的钻井液用抑制减阻剂在无粘土相水平井储层保护钻井液体系中应用，摩阻小，对提高机械钻速有明显促进作用。
国内某油田水平井加入本发明实施例得到的钻井液用抑制减阻剂1%～2%（w/w）至无粘土相水平井储层保护钻井液体系中，室内监测滑块摩阻2～3°，E-P极压润滑读数6～8，摩擦系数均小于0.06；现场使用215.9mm钻头、1.5°弯螺杆从A点（斜深4418m）钻进，钻进过程中根据地质要求进行轨迹调整，最大井斜90.5度（斜深4840米），最小井斜85.1°（斜深4774米），期间短提下4次（分别在4500m、4617m、4732m、4817m）至套管，均正常无阻卡，钻进至4874m（斜深4263.74m）进入B点完钻；钻进过程中，钻具上提摩阻6-8吨，下放摩阻4-5吨，较同类水平井摩阻均偏低，良好的润滑性能确保了滑动钻进的安全，有利于提高机械钻速，该井段实钻机械钻速较邻井提高了25%。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (6)

1.一种钻井液用抑制减阻剂，其特征在于，原料组成重量比为：
A、阳离子双子表面活性剂：0.5%～2%；
B、季铵盐阳离子表面活性剂：1%～2%；
C、硫化油：0.5%～1%；
D、聚葡萄糖苷水溶液20%～25%； 
E、其余为白油 ；    
其中：季铵盐阳离子表面活性剂为C16至C18链长的烷基季铵盐、双烷基季铵盐、带多个氧乙烯基团的季铵盐中的一种；聚葡萄糖苷为α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物。
2.一种钻井液用抑制减阻剂，其特征在于，其制备方法按如下步骤进行：
（1）温度50℃～60℃，将重量比0.5%至1%的硫化油加入到白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1h至2h后，依次加入重量比0.5%至2%的阳离子双子表面活性剂和1%至2%的季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌2h至4h；
（2）将重量比20%至25%的聚葡萄糖苷水溶液加入第（1）得到的溶液中，转速500r/min至1000r/min下搅拌2h至4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩0.5h至1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
3.根据权利要求1或2所述一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法，其特征在于聚葡萄糖苷水溶液为重量比5%～10%α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物溶于水，α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物按α-葡萄糖甲基苷与β-葡萄糖甲基苷重量比1:1混合。
4.根据权利要求1或2所述一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法，其特征在于白油为3#白油、4#、白油、5%白油、10#白油中的一种或一种以上混合物。
5.根据权利要求2所述一种钻井液用抑制减阻剂及其制备方法，其特征在于季铵盐阳离子表面活性剂为C16至C18链长的烷基季铵盐、双烷基季铵盐、带多个氧乙烯基团的季铵盐中的一种；聚葡萄糖苷为α-葡萄糖甲基苷、β-葡萄糖甲基苷混合物。
6.根据权利要求1所述一种钻井液用抑制减阻剂，其特征在于其制备方法按如下步骤进行：（1）温度50℃～60℃，将重量比0.5%至1%的硫化油加入到白油中，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌1h至2h后，依次加入重量比0.5%至2%的阳离子双子表面活性剂和1%至2%的季铵盐阳离子表面活性剂，在转速800r/min至1000r/min下速搅拌2h至4h；
（2）将重量比20%至25%的聚葡萄糖苷水溶液加入第（1）得到的溶液中，转速500r/min至1000r/min下搅拌2h至4h后，控制温度100℃至120℃下浓缩0.5h至1h，即得钻井液用抑制减阻剂。
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