CN104403058A

CN104403058A - 一种钻井液用胶乳封堵剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104403058A
Application number: CN201410602580.1A
Authority: CN
Inventors: 李晓岚; 苏雪霞; 张丽君; 郝纪双; 国安平; 宋亚静
Original assignee: China Petrochemical Corp; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Current assignee: China Petrochemical Corp; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-03-11

Abstract

本发明涉及一种钻井液用胶乳封堵剂及其制备方法，特别是利用苯乙烯泡沫制备钻井液胶乳封堵剂的方法，属油田化学品技术领域，属于高分子聚合物。该钻井液用胶乳封堵剂制备方法如下：(1)将聚苯乙烯泡沫粉碎，在搅拌状态下，将其溶解在有机单体中，加入非离子型乳化剂混合均匀为有机相；(2)依次称取去离子水、离子型乳化剂和亲水单体于反应容器中在搅拌下溶解为水相；(3)将步骤(1)所得的有机相缓慢滴加进步骤(2)所得的水相进行预乳化，预乳化均匀后，升温，通N₂，加入引发剂溶液，反应后，即本发明产品。其加量为2.0％时，在4％淡水基浆中可将滤失量从45mL降至15mL以下，承压能力达20MPa，抗温达180℃。

Description

一种钻井液用胶乳封堵剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用胶乳封堵剂及其制备方法，特别是利用苯乙烯泡沫制备钻井液胶乳封堵剂的方法，属油田化学品技术领域。

背景技术

近年来，随着非常规油气藏勘探开发步伐进一步加快，钻遇硬脆性泥页岩地层的概率大幅度增加，硬脆性泥页岩中发育的一部分微裂缝是导致井壁失稳的重要原因，在压差、毛细管力和化学势差的作用下，钻井液滤液沿微裂缝进入地层，导致黏土矿物水化膨胀，使得近井壁地带孔隙压力增加，同时由于液相的进入，导致微裂缝扩展延伸，降低泥页岩的结合强度和层理面之间的结合力，使泥页岩层理面或微裂隙裂开，一旦钻井液滤失量偏高时，就很容易发生井壁掉块、坍塌等井内复杂情况。由此看来，液相的进入是导致硬脆性泥页岩地层发生井壁失稳的主要诱因。因此，在钻井液加入封堵剂对微裂缝进行物理化学封堵，截断钻井液中液相进入地层的通道，阻止压力的传递，是防止含微裂缝的硬脆性泥页岩地层发生井壁坍塌的有效手段。

国内外常用的封堵剂主要有改性沥青、聚合醇、硅酸盐、铝盐等。其中沥青类封堵剂荧光较强，不宜用于探井的钻进过程中；聚合醇类封堵剂存在着浊点的不确定性，且其抗温性也有待提高；硅酸盐类封堵剂存在对pH敏感的缺点，添加该剂的钻井液必须保持高pH(>11)，一旦pH值降低钻井液的粘度、切力急剧上升，失去封堵性能。

CN 100419308.7 C和US 20040110664 A1公开了使用胶乳添加剂的水基钻井液，其中的胶乳是为商用的羧化苯乙烯/丁二烯或磺化苯乙烯/丁二烯胶乳，该类胶乳在钻井过程中易在压差作用下，在近井地带迅速粘结成膜封堵，阻止钻井液进一步进入，从而起到井壁稳定作用，被认为是有望取代沥青类封堵剂的新型封堵剂，但此类封堵剂在制备过程中常用单体苯乙烯具有一定的毒性且存在共聚效率和转化率低的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有沥青类封堵剂的荧光效应及软化点的不确定性，聚合醇类封堵剂抗温性差、浊点难以控制，硅酸盐、铝盐类封堵剂对pH值要求高以及胶乳类封堵剂所用原料苯乙烯具有毒性且存在共聚效率和转化率低的缺点，而提出一种适用于硬脆性泥页岩地层微裂缝封堵的胶乳封堵剂。

本发明另一目的在于提供此钻井液用胶乳封堵剂的制备方法。

一种钻井液用胶乳封堵剂，属于高分子聚合物，含有式1所示的结构单元：

其中，x＝0.111～0.333，y＝0.556～0.667，z＝0～0.333；R₁为-OCOCH₃或-COOCH₃或-COO(CH₂)₃CH₃；R₂、R₃分别为H或-CH₃，R₄为-CONH₂或-COOH或-CON(CH₃)₂。

本发明通过以下技术方案实现，以质量份数100计，具体步骤如下：

(1)将3.27～9.85份聚苯乙烯泡沫粉碎，在搅拌状态下，将其溶解在16.42～32.36份有机单体A中，加入0～1.70份非离子型乳化剂Ea混合均匀为有机相；

(2)依次称取46.85～67.33份去离子水、0.69～1.38份离子型乳化剂Eb和0～9.82份亲水单体M于反应容器中在搅拌下溶解为水相；

(3)将步骤(1)所得的有机相缓慢滴加进步骤(2)所得的水相进行预乳化1～2h，预乳化均匀后，升温至60～85℃，通N₂10～30min后，加入含0.059～0.148份引发剂的水溶液，反应5～8h后，得到白色胶乳产物，即为钻井液用胶乳封堵剂。

所述的有机单体A为A1醋酸乙烯酯、A2丙烯酸甲酯、A3甲基丙烯酸甲酯、A4丙烯酸丁酯或A5甲基丙烯酸丁酯中的一种。

所述的非离子型乳化剂Ea为Ea1辛基酚聚氧乙烯醚、Ea2聚氧乙烯失水山梨醇醚硬脂酸酯或Ea3聚乙二醇单月桂酸酯中的一种。

所述的离子型乳化剂Eb为Eb1十二烷基硫酸钠、Eb2十二烷基苯磺酸钠或Eb3十六烷基三甲基溴化铵中的一种。

所述的亲水单体M为M1丙烯酰胺、M2 N，N-二甲基丙烯酰胺、M3丙烯酸或M4甲基丙烯酸中的一种。

所述的引发剂In为In1偶氮二异丁腈、In2偶氮二异丁脒盐酸盐、In3过硫酸钾、In4过硫酸铵，或In5过硫酸铵/亚硫酸氢钠中的一种。

本发明的有益效果：本发明采用聚苯乙烯泡沫为原料制备，适用方便、价格低廉，且聚苯乙烯泡沫在大自然中无法自行分解，焚化处理又会产生有害气体污染环境，已经成为污染人们生活环境的“白色公害”，对聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用，可减少环境污染，又能变废为宝，节约能源；本发明通过吸附与成膜作用对泥页岩微裂缝地层进行物理化学封堵，截断钻井液中液相进入地层的通道，阻止压力的传递，预防井壁失稳情况发生，加量为2.0％时，在4％淡水基浆中可将滤失量从45mL降至15mL以下，承压能力达20MPa，抗温达180℃。

附图说明

图1是本发明产品的显微镜图；

图2是本发明应用例1封堵能力曲线图。

具体实施方式

通过实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1

在装有温度计、冷凝管、搅拌器的500mL四口烧瓶中，加入丙烯酰胺15.0g，十二烷基苯磺酸钠2.1g，蒸馏水205g，搅拌均匀成水相；将废苯乙烯泡沫15.0g、辛基酚聚氧乙烯醚2.1g溶解于60.0g甲基丙烯酸丁酯中为有机相；在45℃下将配制好的有机相在30min内均匀滴加入水相中，在600rpm下乳化1hr后升温至60℃，通N₂30min后，加入含0.27g偶氮二异丁脒盐酸盐的5g水溶液，反应6h后停止反应，得白色胶乳产物，其结构式如下：

实施例2

在装有温度计、冷凝管、搅拌器的500mL四口烧瓶中，加入丙烯酸25.0g，蒸馏水145g，搅拌均匀，用20％氢氧化钠溶液调pH值为8，再加入十二烷基苯磺酸钠3.5g，搅拌溶解为水相；将废苯乙烯泡沫25.0g、聚氧乙烯失水山梨醇醚硬脂酸酯5.25g溶解于100.0g甲基丙烯酸甲酯中为有机相；在45℃下将配制好的有机相在30min内均匀滴加入水相中，在600rpm下乳化1hr后升温至70℃，通N₂10min后，加入含0.30g偶氮二异丁脒盐酸盐的5g水溶液，反应5h后停止反应，得白色胶乳产物，其结构式如下：

实施例3～11步骤与实施例1相同，具体反应物质和反应条件如表1所示：

表1反应物质用量及反应条件表

对实施例1制备的本发明产品进行表征和性能评价：

1、微观形态

从图1可看出，本发明产品呈现出较为规则的球形结构，粒径在1～10μm之间，且较为均匀，适用于微裂缝封堵。

2、降滤失及封堵能力评价

在基浆中的性能评价按照GB/T 16783.1-2006中方法进行。

封堵能力评价方法：在基浆中加入2％本发明产品，进行180℃/16h高温滚动老化；将老化后的封堵浆加入到装有60～90目石英砂的可视沙床中，密封；用氮气施压，记录不同压力下的漏失量，其评价结果见表2。

表2本发明产品在4％淡水基浆中的性能

从表2可以看出，本发明产品在淡水基浆中加量为0.5％～2.0％时，经180℃/16h老化后可将滤失量从45mL降至25mL以下，且随着加量的增加，滤失量呈减小趋势；另外加有本发明产品的基浆在60～90目砂床中均没有产生漏失。

3、承压能力评价

测试方法：在基浆中加入2％本发明产品，进行180℃/16h高温滚动老化，将老化后的浆倒入装有60～90目石英砂组成的模拟漏层中，用清水进行挤注实验，测定挤注量和挤注压力。实验结果见图2。

由图2可看出，加有本发明产品后的基浆在60～90目砂床中具有很高的承压强度，且能迅速起压，挤注100mL时开始起压，到215mL时压力即达到20MPa。

综上所述，本发明产品粒径在1～10μm之间，具有良好的封堵降滤失能力，当其加量为2.0％时，在4％淡水基浆中可将滤失量从45mL降至15mL以下，承压能力达20MPa，抗温达180℃。

Claims

1.一种钻井液用胶乳封堵剂，属高分子聚合物，其特征在于：含有式1所示的结构单元：

式中，x＝0.111～0.333，y＝0.556～0.667，z＝0～0.333；R₁为-OCOCH₃或-COOCH₃或-COO(CH₂)₃CH₃；R₂、R₃分别为H或-CH₃，R₄为-CONH₂或-COOH或-CON(CH₃)₂。

2.一种钻井液用胶乳封堵剂的制备方法，其特征在于：以质量份数100计，具体步骤如下：

(1)将3.27～9.85质量份数聚苯乙烯泡沫在搅拌下溶解在16.42～32.36份有机单体A中，并加入0～1.70份非离子型乳化剂Ea混合均匀为有机相；

(3)将步骤(1)所得的有机相缓慢滴加进步骤(2)所得的水相进行预乳化1～2h，预乳化均匀后升温至60～85℃，通N₂ 10～30min后，加入含0.059～0.148份引发剂的水溶液，反应5～8h后停止，得到白色胶乳产物，即为钻井液用胶乳封堵剂。

3.如权利要求2所述的钻井液用胶乳封堵剂的制备方法，其特征在于：所述的有机单体A为：A1醋酸乙烯酯、A2丙烯酸甲酯、A3甲基丙烯酸甲酯、A4丙烯酸丁酯或A5甲基丙烯酸丁酯中的一种。

4.如权利要求2所述的钻井液用胶乳封堵剂的制备方法，其特征在于：所述的非离子型乳化剂Ea为：Ea1辛基酚聚氧乙烯醚、Ea2聚氧乙烯失水山梨醇醚硬脂酸酯或Ea3聚乙二醇单月桂酸酯中的一种。

5.如权利要求2所述的钻井液用胶乳封堵剂的制备方法，其特征在于：所述的离子型乳化剂Eb为：Eb1十二烷基硫酸钠、Eb2十二烷基苯磺酸钠或Eb3十六烷基三甲基溴化铵中的一种。

6.如权利要求2所述的钻井液用胶乳封堵剂的制备方法，其特征在于：所述的亲水单体M为：M1丙烯酰胺，M2N，N-二甲基丙烯酰胺，M3丙烯酸或M4甲基丙烯酸中的一种。

7.如权利要求2所述的钻井液用胶乳封堵剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂In为：In1偶氮二异丁腈，In2偶氮二异丁脒盐酸盐，In3过硫酸钾，In4过硫酸铵或In5过硫酸铵/亚硫酸氢钠中的一种。