CN104341589A - 油田钻井液用固体聚合醇及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油田钻井液用固体聚合醇及其制备方法与应用，所述方法包括：将脂肪胺、环氧乙烷、环氧丙烷按照1～1.4：390～450：260～300的重量比混合，在催化剂作用下，于0.2～0.4MPa、155～160℃下反应3.5～4.5小时，所得产物即为钻井液用固体聚合醇。本发明的聚合醇是一种固体聚合醇，可应用与探井和开发井，与现有技术相比，具有润滑性好、浊点低、抑制性强、荧光级别低、无生物毒性、对环境无污染、运输使用方便、配伍性强、较强的降滤失能力等优点。

Description

油田钻井液用固体聚合醇及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种油田钻井液用聚合醇及其制备方法与应用，具体是一种可用作油田钻井液用的固体聚合醇及其制备方法与相关应用。

背景技术

随着钻井技术的发展，大斜度井、深井及水敏性页岩易塌地层的钻井数量明显增多，钻井液技术所面临的润滑、防塌等问题日益突出。长期以来大多使用油基钻井液钻进水敏性地层，以解决页岩稳定性、压差卡钻和钻头包泥等问题。但油基钻井液对环境有污染，且对探井作业有影响，成本高。

为解决上述问题，业内相关人员相继研发出了聚合醇钻井液。例如，“钻井液用防塌润滑剂聚合醇JHG的合成及性能评价”(罗跃等人，《石油天然气学报》，2005年第5期)提到了以醇类为起始剂、环氧乙烷和环氧丙烷嵌断的共聚物，即水基防塌润滑剂JHG。另外，CN1966605A公开了一种两性离子聚合醇，该产品由烯基单体、环氧乙烷和环氧丙烷共聚而成，具有抗高温、抗盐、环保等特性。但现有技术所得产品，荧光级别高，对地质录井造成影响，浊点较高，抑制性不强，不能很好的解决井壁垮塌的问题；且所得产品为液体，给运输和使用均造成不便。本发明所得产品是目前国内唯一的用于钻井液的干粉聚合醇。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于石油钻井液的固体聚合醇，使其在具有良好润滑性能的同时，具有较强的抑制性，从而可抑制粘土分散，防止井壁垮塌。同时，本产品为固体颗粒状，便于运输和使用，且该产品荧光级别低，浊点低。

本发明的另一目的在于提供所述固体聚合醇的制备方法，其工艺简单，且所制备的固体聚合醇具有良好的性能。

本发明的另一目的在于提供所述固体聚合醇的应用。

为达上述目的，一方面本发明提供了一种制备油田钻井液用固体聚合醇的方法，该方法包括步骤：

将脂肪胺、环氧乙烷、环氧丙烷按照1～1.4：390～450：260～300的重量比混合，在催化剂作用下，于0.2～0.4MPa、155～160℃下反应3.5～4.5小时，所得产物即为钻井液用固体聚合醇。

除特别注明外，本发明中所述比例与百分含量均为重量比例或百分含量。

根据本发明的具体实施方案，本发明的制备油田钻井液用固体聚合醇的方法中，所述脂肪胺包括硬脂胺、软脂胺、月桂胺中的一种或多种。优选地，所述脂肪胺包括硬脂胺、软脂胺和月桂胺，三者加量比例为1.5～2：0.5～1：0.5～1。

根据本发明的具体实施方案，本发明的制备油田钻井液用固体聚合醇的方法中，所述催化剂为KOH或NaOH，其加量为反应物总质量的0.8～1.2％。

根据本发明的具体实施方案，本发明的制备油田钻井液用固体聚合醇的方法中，所述反应是在保护气氛围中进行，所述保护气为高纯氮气，纯度≥99.99％。

另一方面，本发明还提供了一种钻井液用固体聚合醇，其是按照本发明所述的方法制备得到的。

本发明的钻井液用固体聚合醇，为棕色颗粒或粉末，其荧光级别<1；浊点30～40℃；表观粘度比0.40～1.0。此外，本发明的钻井液用固体聚合醇的润滑系数降低率为50％～70％；EC₅₀值为65000～80000mg/L。

根据本发明的具体实施方案，本发明的钻井液用固体聚合醇包含具有以下分子通式的物质：

RNH-(OCH₂CH₂-)_m-(OCH₃CH-CH₂-_)nOH，其中R为C₁₈、C₁₆或C₁₂烷基链，m＝100～130，n＝100～120。

本发明的钻井液用固体聚合醇可应用于各井段的探井与开发井，润滑性良好，荧光级别低，不影响地质录井，不增粘，抑制性强，可有效改善钻井液泥饼，防止井壁垮塌，且无生物毒性，对环境无污染。

另一方面，本发明还提供了所述的固体聚合醇在配制油田钻井液中的应用。本发明还提供了一种油田钻井液，其中含有本发明所述的固体聚合醇，以钻井液的总重量为基准，其中固体聚合醇的含量为1％～10％，优选为2％～5％。

综上所述，本发明提供了一种固体聚合醇，其可应用于探井和开发井，润滑性良好，与现有技术相比，具有浊点低、抑制性强、荧光级别低、无生物毒性、对环境无污染、运输和使用方便、制备方法简单等优点。并且，该产品有良好的油气层保护性能和一定的降滤失能力，在各种钻井液中不增粘、不提切，配伍性良好。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

按重量比取1份硬脂胺和6份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入400份环氧乙烷和260份环氧丙烷，压力维持在0.3MPa，加热升温至155℃，反应3.5小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例2

按重量比取1.2份软脂胺和7份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入410份环氧乙烷和280份环氧丙烷，压力维持在0.2MPa，加热升温至160℃，反应4小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例3

按重量比取0.6份硬脂胺、0.3份软脂胺、0.3份月桂胺和7.5份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入450份环氧乙烷和300份环氧丙烷，压力维持在0.2MPa，加热升温至156℃，反应4.5小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例4

按重量比取0.6份硬脂胺、0.3份软脂胺、0.2份月桂胺和6份NaOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入400份环氧乙烷和270份环氧丙烷，压力维持在0.35MPa，加热升温至160℃，反应4小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例5

按重量比取0.7份硬脂胺、0.3份软脂胺、0.3份月桂胺和7份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入420份环氧乙烷和280份环氧丙烷，压力维持在0.3MPa，加热升温至158℃，反应4小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例6

按重量比取0.5份硬脂胺、0.2份软脂胺、0.3份月桂胺和8份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入440份环氧乙烷和270份环氧丙烷，压力维持在0.4MPa，加热升温至156℃，反应4.5小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例7

按重量比取0.7份硬脂胺、0.3份软脂胺、0.4份月桂胺和7份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入420份环氧乙烷和270份环氧丙烷，压力维持在0.4MPa，加热升温至158℃，反应4小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例8

按重量比取0.8份硬脂胺、0.4份软脂胺和7份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入390份环氧乙烷和300份环氧丙烷，压力维持在0.3MPa，加热升温至155℃，反应3.5小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例9

按重量比取0.7份硬脂胺、0.3份月桂胺和7.5份KOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入430份环氧乙烷和290份环氧丙烷，压力维持在0.25MPa，加热升温至157℃，反应4.5小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

实施例10

按重量比取1.2份月桂胺和7份NaOH加入到反应釜中，充氮气去除氧气，再加入410份环氧乙烷和280份环氧丙烷，压力维持在0.3MPa，加热升温至159℃，反应4小时，冷却后即制得本实施例的钻井液用固体聚合醇。

将上述各实施例产品进行各项性能测试，测试方法参照企业标准Q/HDJPK0007-2013，环保性能评价参照美国环保局确认的糠虾生物毒性分级标准，使用DXY-2生物急性毒性测试仪进行测试。结果如表1所示。

表1 实施例产品各项性能指标测试数据

注：EC₅₀---生物毒性测试中半最大效应浓度。

上述实验数据表明，采用本发明制得的各实施例产品钻井液用固体聚合醇各项性能良好，能很好的满足各类探井和开发井的使用。

对各实施例产品和市售液体聚合醇进行性能评价对比。

1.润滑性评价

表2 实施例产品与液体聚合醇润滑性能测试数据

产品	基浆	样品浆	润滑系数降低率(％)
				实施例1	46.8	22.7	51.5
实施例2	46.8	21.3	54.5
				实施例3	46.8	20.0	57.3
实施例4	46.8	19.4	58.5
				实施例5	46.8	20.2	56.8
实施例6	46.8	18.6	60.3
				实施例7	46.8	19.6	58.1

实施例8	46.8	22.2	52.6
				实施例9	46.8	15.7	66.5
实施例10	46.8	14.4	69.2
				市售液体聚合醇	46.8	26.4	43.6

注：基浆：350mL淡水+15g钠土；样品浆：基浆+3％聚合醇。

从表2中数据可看出，采用本发明制得的固体聚合醇产品润滑系数降低率均在50％以上；而市售液体聚合醇润滑性较低，其润滑系数降低率低于50％。

2.抑制性评价

表3 实施例产品与液体聚合醇表观粘度比性能测试数据

注：AV------表观粘度

基浆：350mL淡水+0.3％Na₂CO₃+22.5g钠土；样品浆：基浆+3％聚合醇。

从表3中数据可看出，采用本发明制得的固体聚合醇加入到钠土中后不增粘，反而降粘，其表观粘度比<1.0；而市售液体聚合醇则使钠土的粘度增大，其表观粘度比为1.10～1.25。说明采用本发明制得的固体聚合醇能够有效抑制粘土的分散，抑制性较强。

3.浊点实验

表4 实施例产品与液体聚合醇浊点实验测试数据

产品	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							浊点(℃)	32	38	34	35	33
产品	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9	实施例10	市售液体聚合醇
							浊点(℃)	33	34	37	36	39	70

浊点是聚合醇的一个特性，当井底温度高于浊点温度时，聚合醇才能发挥其润滑性好和抑制性强的优点。从表4中数据可看出，采用本发明制得的固体聚合醇浊点较低，可适用于不同井段的探井和开发井，包括浅井。而液体聚合醇浊点较高，在浅井段则不能很好的发挥其作用。

以实施例3为例，考察固体聚合醇在有机盐钻井液中的配伍性和抗高温稳定性。

表5 聚合醇在有机盐钻井液中的性能测试数据

120℃：淡水+0.3％Na₂CO₃+3％Viscol+0.2％XC+1％Redu1+3％白沥青+3％聚合醇+50％Weigh2+20％Weigh3+70％重晶石

150℃：淡水+0.3％Na₂CO₃+2.5％Visco1+0.3％XC+4％Redu2+1％Redu1+3％白沥青+3％聚合醇+50％Weigh2+30％Weigh3+120％重晶石

160℃：淡水+0.3％Na₂CO₃+7％Visco1+3％Redu200+1％ReduSH+4％白沥青+3％聚合醇+50％Weigh2+80％重晶石

180℃：淡水+0.3％Na₂CO₃+6％Visco1+3.5％Redu200+4％白沥青+4％聚合醇+60％Weigh2+120％重晶石

200℃：淡水+0.3％Na₂CO₃+2％夏子街土+3％Viscol+2.6％Redu200+8％Redu2+1％SPC+5％白沥青+5％聚合醇+50％Weigh2+30％Weigh3+180％重晶石

注：Viscol---市售钻井液用提切剂；XC---市售钻井液用增粘剂黄原胶；Redu1，Redu2，ReduSH，Redu200，SPC---市售钻井液用降滤失剂；白沥青---市售钻井液用防塌剂；Weigh2，Weigh3---市售钻井液用有机盐加重剂。

从表5中数据可以看出，采用本发明制得的固体聚合醇在有机盐钻井液中配伍性良好，抗高温稳定性强，最高可抗200℃的高温，热滚后钻井液流变性良好，高温高压滤失量较低，可很好的满足较深开发井的使用。

Claims (10)

1.一种制备钻井液用固体聚合醇的方法，该方法包括步骤：

将脂肪胺、环氧乙烷、环氧丙烷按照1～1.4：390～450：260～300的重量比混合，在催化剂作用下，于0.2～0.4MPa、155～160℃下反应3.5～4.5小时，所得产物即为钻井液用固体聚合醇。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脂肪胺包括硬脂胺、软脂胺、月桂胺中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述脂肪胺包括硬脂胺、软脂胺和月桂胺，三者加量比例为1.5～2：0.5～1：0.5～1。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂为KOH或NaOH，其加量为反应物总质量的0.8～1.2％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应是在保护气氛围中进行，所述保护气为高纯氮气，纯度≥99.99％。

6.一种钻井液用固体聚合醇，其是按照权利要求1～5中任一项所述的方法制备得到的。

7.根据权利要求6所述的钻井液用固体聚合醇，其润滑系数降低率50％～70％；表观粘度比0.4～1.0；荧光级别<1；浊点30～40℃；EC₅₀值65000～80000mg/L。

8.根据权利要求6所述的钻井液用固体聚合醇，其包含具有以下分子通式的物质：

RNH-(OCH₂CH₂-)_m-(OCH₃CH-CH₂-)_nOH，其中R为C₁₈、C₁₆或C₁₂烷基链，m＝100～130，n＝100～120。

9.权利要求6或7或8所述的聚合醇在配制油田钻井液中的应用。

10.一种油田钻井液，其中含有权利要求6或7或8所述的固体聚合醇，以钻井液的总重量为基准，其中固体聚合醇的含量为1％～10％，优选为2％～5％。