CN104357031A - 一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液及其制备方法 - Google Patents

一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液及其制备方法，属于油田化学钻井液技术领域。本发明是由使用流型调节剂0.1％-0.3％、降滤失剂A1％-2.5％、抗高温降滤失剂B1％-3％、硅酸盐3％-10％、烷基葡萄糖苷5％-8％、阳离子烷基葡萄糖苷1％-2％、封堵剂2％-6％、无机盐5％-15％、氢氧化钠0.2％-0.35％、重晶石0-51％，余量为水，按质量体积比混合后经高温老化而得。本发明的钻井液其抗温能力可达120℃、页岩回收率大于90％，封堵率大于90％。该钻井液具有良好的流变性、润滑性、抗高温性、抑制性和封堵性，抗粘土污染、抗盐能力强，利于钻井过程中保持井径规则、井壁稳定。

Description

一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液及其制备方法，属油田化学钻井液技术领域。
技术背景
对于地质构造复杂、裂缝发育、地层易破裂、水敏性强的页岩、泥页岩或火山岩地层，在钻井过程中，极易发生地层造浆、井壁坍塌、漏失、卡钻等井下复杂事故。井壁稳定问题已经成为油气钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的技术难题。据统计，世界石油工业每年用于处理井壁稳定事故的经费高达7亿美元之多。因此，有效解决在钻井过程中出现的井壁稳定问题成为当前石油工作者研究的重点与难点。
钻井过程中的井壁稳定问题可从钻井工程和钻井液两方面解决。在国内外钻井液的研究和应用中，水基钻井液是研究与应用最为广泛的钻井液体系，油基、仿油基钻井液体系也占一定比例，而且两者几乎全用于地质条件更为复杂的高难度井。现有水基钻井液在不同程度上存在体系抑制性不足或封堵能力不强的问题，不能很好满足井壁稳定要求；油基钻井液井壁稳定能力强，但存在流型控制困难、温度敏感性高、环境友好度差、使用成本高等缺点。因此，从绿色环保角度考虑，水基钻井液的研究与应用更受到重视，强化水基钻井液的抑制性和封堵性，提高体系的防塌能力是水基钻井液技术解决井壁稳定的关键。
硅酸盐水基钻井液防塌效果突出，井壁稳定能力接近于油基钻井液，具有成本低、环境友好等特点。ZL02152375.4公布了深井抗高温稳定井壁硅酸盐钻井液，具有较强的抗温性能和封堵保护储层作用的特点；ZL200610127246.0公布了一种生物改性硅酸盐钻井液体系，具有良好的环保性能和较强的封堵防塌能力；ZL200810114569.5公布了一种海水硅酸盐钻井液，具有流变性好、抗污染能力和抑制性强等优点。但上述各项专利中硅酸盐钻井液都是在含有膨润土浆的基础上配制而成，较高的固相含量和粘土颗粒的细分散对控制钻井液流变性、抗污染性、提高机械钻速和保护储层有着负面的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有水基钻井液抑制防塌性差和常规硅酸盐钻井液流变性不易控制的缺陷，提出一种具有较强抑制性和封堵性的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液体系，实现井壁稳定、安全钻井的目的。
本发明通过以下技术方案加以实现：
一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液，含有烷基葡萄糖苷结构如式(1)，
式(1)中，R1为C1或C2的烷基，
和阳离子烷基葡萄糖苷结构如式(2)，
式(2)中，R1为C1或C2的烷基，R2为R为C1-C2的烷基。
本发明硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液的制备方法如下：
(1)在蒸馏水中，以8000-10000转/分高速搅拌的情况下，以蒸馏水的质量为基数(下同)，同时加入流型调节剂0.1％-0.3％、降滤失剂A1％-2.5％、抗高温降滤失剂B1％-3％、烷基葡萄糖苷5％-8％、阳离子烷基葡萄糖苷1％-2％，高速搅拌10～20min；
(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入封堵剂2％-6％，高速搅拌10～20min；
(3)向步骤(2)得到的混合溶液中再加入硅酸盐3％-10％、无机盐5％-15％，氢氧化钠0.2％-0.35％，高速搅拌10min；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液加入重晶石0-51％，高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得到不同密度的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
所述的流型调节剂是高粘钠羧甲基纤维素、聚丙烯酸钾、黄原胶中的一种或两种。
所述的降滤失剂A是低粘钠羧甲基纤维素、低粘聚丙烯酸钠、低粘羧甲基淀粉或两性离子磺酸盐聚合物中的一种或两种。
所述的抗高温降滤失剂B是磺化褐煤、磺化酚醛树脂-Ⅰ和磺化褐煤复配或磺化酚醛树脂-Ⅱ和磺化褐煤复配。
所述的硅酸盐是模数2.0-2.4的硅酸钠，即硅酸钠中二氧化硅与氧化钠的物质的量比为2.0-2.4。
所述的烷基葡萄糖苷是甲基葡萄糖苷或乙基葡萄糖苷。
所述的阳离子烷基葡萄糖苷是阳离子甲基葡萄糖苷或阳离子乙基葡萄糖苷。
所述的封堵剂是粒径范围2.5-10微米的碳酸钙、阳离子沥青、乳化沥青、腐殖酸钾或楠木粉中的一种或两种或两种以上。
所述的无机盐为氯化钾或氯化钠的一种或两种。
本发明的有益效果：在硅酸盐钻井液中加入阳离子烷基葡萄糖苷和烷基葡萄糖苷形成硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液体系，利用阳离子烷基葡萄糖苷的降粘作用，拆散钻井液的网架结构，改善钻井液流变性；同时利用烷基葡萄糖苷的表面活性特征，能有效降低水活度，提高泥岩封堵层的半透膜效率，形成硅酸盐和烷基葡萄糖苷的双膜效应，进一步提高了硅酸盐体系防塌能力，更好地满足井壁稳定、安全钻进的需求。
本发明抗温能力可达120℃、页岩回收率大于90％，具有良好的流变性、降滤失性和润滑性，抗粘土和抗氯化钠污染能力强，以及较强的抑制性和封堵性，有利于钻井过程中保持井径规则、井壁稳定。
附图说明
图1为实施例1的钻井液体系中阳离子甲基葡萄糖苷的红外谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：在350ml蒸馏水中，以8000-10000转/分高速搅拌的情况下，同时加入0.35g黄原胶、3.5g低粘钠羧甲基纤维素、17.5g甲基葡萄糖苷、3.5g阳离子甲基葡萄糖苷，高速搅拌10min后，再加入3.5g磺化褐煤、3.5g粒径范围为2.5-10微米的碳酸钙和3.5g阳离子沥青，高速搅拌10min后，再加入35g硅酸钠、17.5g氯化钠和0.7g氢氧化钠，高速搅拌20min后，装入老化罐内经120℃/16h得不加重的密度为1.10g/cm3的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
通过对实例1的钻井液体系进行红外光谱的表征分析，如图1所示：1151cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，确定含有葡萄糖苷结构；1419cm-1为C-N键的吸收峰，1196cm-1为C-N键的弯曲振动峰，确定含有阳离子季铵盐的结构；由此可说明体系中具有阳离子甲基葡萄糖苷和甲基葡萄糖苷。
实施例2：在350ml蒸馏水中，以8000-10000转/分高速搅拌的情况下，同时加入0.70g黄原胶、0.35g高粘钠羧甲基纤维素、5.25g低粘钠羧甲基纤维素、1.75g两性离子磺酸盐聚合物、17.5g甲基葡萄糖苷、3.5g阳离子甲基葡萄糖苷，高速搅拌15min后，再加入3.5g磺化褐煤、3.5g磺化酚醛树脂-Ⅱ、3.5g粒径范围2.5-10微米的碳酸钙和3.5g乳化沥青、10.5g腐殖酸钾、3.5g楠木粉，高速搅拌20min后，再加入24.5g硅酸钠、52.5g氯化钠和1.0g氢氧化钠高速搅拌10min后，再加入56g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.20g/cm3的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
测试例1：将上述实施例2经120℃/16h高温滚动得到密度为1.20g/cm3的硅酸盐-烷基葡萄糖苷钻井液，加入40g钙土，即按照总体积400ml计算，10％钙土。以8000-10000转/分高速搅拌20min后，装入老化罐内经80℃连续滚动32h后，测定钻井液性能，评价钻井液的抗粘土污染能力，其结果见表1。
实施例3：在350ml蒸馏水中，以8000-10000转/分高速搅拌的情况下，同时加入0.35g黄原胶、0.35g聚丙烯酸钾、7.0g低粘钠羧甲基纤维素、1.75g两性离子磺酸盐聚合物、21g乙基葡萄糖苷、5.25g阳离子甲基葡萄糖苷，高速搅拌20min后，再加入7.0g磺化褐煤、3.5g粒径范围2.5-10微米的碳酸钙和3.5g乳化沥青、10.5g腐殖酸钾、3.5g楠木粉，高速搅拌15min后，再加入17.5g硅酸钠、17.5g氯化钾和35g氯化钠、0.7g氢氧化钠，高速搅拌10min后，再加入56g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.20g/cm3的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
实施例4：在350ml蒸馏水中，边以8000-10000转/分高速搅拌，边加入0.35g黄原胶、0.35g聚丙烯酸钾、5.25g低粘羧甲基淀粉、1.75g两性离子磺酸盐聚合物、17.5g甲基葡萄糖苷、3.5g阳离子乙基葡萄糖苷，高速搅拌20min后，再加入3.5g磺化褐煤、3.5g磺化酚醛树脂-Ⅱ、3.5g粒径范围2.5-10微米的碳酸钙和7.0g阳离子沥青、7.0g腐殖酸钾、3.5g楠木粉，高速搅拌20min后，再加入17.5g硅酸钠、17.5g氯化钾和35g氯化钠、0.7g氢氧化钠，高速搅拌10min后，再加入115.9g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.30g/cm3的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
实施例5：在350ml蒸馏水中，边以8000-10000转/分高速搅拌，边加入0.35g黄原胶、0.35g聚丙烯酸钾、5.25g低粘聚丙烯酸钠、1.75g两性离子磺酸盐聚合物、28g甲基葡萄糖苷、7g阳离子甲基葡萄糖苷，高速搅拌20min后，再加入3.5g磺化褐煤、3.5g磺化酚醛树脂-I、3.5g粒径范围2.5-10微米的碳酸钙和3.5g乳化沥青、7.0g腐殖酸钾，高速搅拌15min后，再加入17.5g硅酸钠、17.5g氯化钾和35g氯化钠、0.7g氢氧化钠，高速搅拌10min后，再加入115.9g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.30g/cm3的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
实施例6：在350ml蒸馏水中，边以8000-10000转/分高速搅拌，边加入0.35g黄原胶、5.25g低粘钠羧甲基纤维素、1.75g两性离子磺酸盐聚合物、5.25g磺化褐煤、5.25g磺化酚醛树脂-Ⅱ、28g甲基葡萄糖苷、7g阳离子甲基葡萄糖苷，高速搅拌20min后，再加入7.0g粒径范围2.5-10微米的碳酸钙和7.0g阳离子沥青，高速搅拌10min后，再加入10.5g硅酸钠、17.5g氯化钾和24.5g氯化钠、1.225g氢氧化钠，高速搅拌10min后，再加入180g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.40g/cm3的硅酸盐-烷基葡萄糖苷钻井液。
测试例2：将上述实施例6经120℃/16h高温滚动得到密度为1.40g/cm3的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液，加入40g钙土，即按照总体积400ml计算，10％钙土。以8000-10000转/分高速搅拌20min后，装入老化罐内经80℃连续滚动32h后，测定钻井液性能，评价钻井液的抗粘土污染能力，其结果见表1。
对比例1：在350ml蒸馏水中加入7g钠膨润土，高速搅拌20min，装入密闭容器内室温水化24h，得2％钠膨润土基浆；取上述钠膨润土基浆，以8000-10000转/分高速搅拌下加入0.35g黄原胶、4.20g低粘聚丙烯酸钠、2.10g低粘钠羧甲基纤维素，高速搅拌20min后，再加入3.5g磺化褐煤、3.5g磺化酚醛树脂-Ⅰ、7.0g腐殖酸钾和7.0g阳离子沥青，高速搅拌20min后，再加入17.5g硅酸钠、17.5g氯化钾、1.225g氢氧化钠，高速搅拌10min后，再加入115.9g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.30g/cm3的常规硅酸盐钻井液。
对比例2：在350ml蒸馏水中加入14g钠膨润土，高速搅拌20min，装入密闭容器内室温水化24h，得4％钠膨润土基浆；取上述钠膨润土基浆，以8000-10000转/分高速搅拌下加入0.35g黄原胶、4.20g低粘聚丙烯酸钠、2.10g低粘钠羧甲基纤维素，高速搅拌20min后，再加入3.5g磺化褐煤、3.5g磺化酚醛树脂-Ⅰ、7.0g腐殖酸钾和7.0g阳离子沥青，高速搅拌20min后，再加入17.5g硅酸钠、17.5g氯化钾、1.225g氢氧化钠，高速搅拌10min后，再加入115.9g重晶石高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得密度为1.30g/cm3的常规硅酸盐钻井液。
1、钻井液基本性能评价
参照国标GB/T16783.1-2006水基钻井液现场测试中用直读式粘度计测定粘度和切力的测定程序和低温低压滤失量测定程序以及温度低于150℃的高温高压滤失量试验程序，对实施例1-6、测试例1、2和对比例1、2进行钻井液流变性和滤失量性能评价。参照石油行业标准SY/T5613-2000泥页岩理化性能试验方法中分散试验程序，以及利用EP-B型极压润滑仪，对实施例1、2、3、4、5、6和对比例1、2进行页岩滚动回收率试验和润滑系数测试，从而评价钻井液的抑制性和润滑性。结果见下表1。
表1钻井液性能指标对比
由表1对比可得，实施例1～6和测试例1、2的塑性粘度PV控制在30-50mPa·s、动切力YP12-20Pa和静切力Gel1-3/2-7Pa/Pa，而对比例1和2的塑性粘度PV>55mPa·s、动切力YP>25Pa、静切力>5/25Pa，实施例硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液的塑性粘度和切力都大大低于常规硅酸盐钻井液。说明本发明钻井液具有良好的流变性和触变性。
实施例1～6和测试例1、2的中压滤失量FL＜4ml、高温高压滤失量HTHP≤15ml而对比例FL>6ml、HTHP>30ml，中压和高温高压的滤失量都大幅度增大。说明本发明钻井液的降滤失性和抗高温性更强。
实施例1～6的润滑系数较低＜0.12，接近油基钻井液的润滑系数，而对比例1和2的润滑系数略高>0.15，说明实施例的钻井液润滑性较好；实施例的页岩回收率均大于95％，而对比例1和2页岩回收率较低，仅有90.0％和91.0％，反映出本发明钻井液的抑制性和封堵性良好。
测试例1和2是实施例3和6经过粘土污染后的钻井液体系，其流变性、降滤失性较好，说明实施例钻井液的抗粘土污染性较强，可达到10％；
由此可见，本发明硅酸盐-阳离子烷基糖苷钻井液具有良好的流变性、抑制性、润滑性、抗高温性和抗粘土、抗盐污染能力。
2、钻井液封堵能力评价
参照石油天然气行业标准SY/T6540-2002钻井液完井液损害油层室内评价方法，对实施例1～6和对比例1、2的钻井液驱替岩心，对比驱替前后岩心渗透率的变化，计算岩心封堵率，评价硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液封堵能力。结果见下表2.
表2钻井液封堵能力评价表
注：K1驱替前岩心渗透率；K2驱替后岩心渗透率
由表2可以看出，实施例1～6的钻井液驱替岩心后气体渗透率明显降低，封堵率可达94％以上，而对比例1和2的封堵率较低，仅有86.37％和90.45％。说明硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液具有良好封堵和防塌效果，有利于井壁稳定。

Claims (10)

1.一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液，其特征是：含有烷基葡萄糖苷结构式(1)，
式(1)中，R1为C1或C2的烷基；
和阳离子烷基葡萄糖苷结构式(2)，
式(2)中，R1为C1或C2的烷基，R2为R为C1-C2的烷基。
2.一种硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)在蒸馏水中，以8000-10000转/分高速搅拌的情况下，以蒸馏水的质量为基数，同时加入流型调节剂0.1％-0.3％、降滤失剂A1％-2.5％、抗高温降滤失剂B1％-3％、烷基葡萄糖苷5％-8％、阳离子烷基葡萄糖苷1％-2％，高速搅拌10～20min；
(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入封堵剂2％-6％，高速搅拌10～20min；
(3)向步骤(2)得到的混合溶液中再加入硅酸盐3％-10％、无机盐5％-15％，氢氧化钠0.2％-0.35％，高速搅拌10min；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液加入重晶石0-51％，高速搅拌30min，装入老化罐内经120℃/16h得到不同密度的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液。
3.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的流型调节剂是高粘钠羧甲基纤维素、聚丙烯酸钾、黄原胶中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的降滤失剂A是低粘钠羧甲基纤维素、低粘聚丙烯酸钠、低粘羧甲基淀粉或两性离子磺酸盐聚合物中的一种或两种。
5.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的抗高温降滤失剂B是磺化褐煤、磺化酚醛树脂-Ⅰ和磺化褐煤复配或磺化酚醛树脂-Ⅱ和磺化褐煤复配。
6.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的硅酸盐是模数2.0-2.4的硅酸钠，即硅酸钠中二氧化硅与氧化钠的物质的量比为2.0-2.4。
7.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的烷基葡萄糖苷是甲基葡萄糖苷或乙基葡萄糖苷。
8.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的阳离子烷基葡萄糖苷是阳离子甲基葡萄糖苷或阳离子乙基葡萄糖苷。
9.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的封堵剂是粒径范围2.5-10微米的碳酸钙、阳离子沥青、乳化沥青、腐殖酸钾、楠木粉中的一种或两种或两种以上。
10.根据权利要求2所述的硅酸盐-阳离子烷基葡萄糖苷钻井液制备方法，其特征在于：所述的无机盐为氯化钾或氯化钠的一种或两种。
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