CN104592959A - 一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用 Download PDF

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王茂功
杨海军
沈艳清
张延丽
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Abstract

本发明提供一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：a、将150-250重量份的二聚酸、100-150重量份的三乙二醇单丁醚、30-50重量份的二乙醇胺依次加入到反应容器中，搅拌下，加热反应；b、加入10-17重量份的有机烯胺，继续反应，反应结束后，降温；c、加入与步骤a中相同重量份的三乙二醇单丁醚和20-30重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，得到耐高温油基钻井液用提切剂。本发明还提供了上述制备方法制备得到的耐高温油基钻井液用提切剂及其在油基钻井液中的应用。本发明的提切剂可提高油基钻井液的切力，可解决由于高油水比油基钻井液体系切力低造成的重晶石沉降和携岩能力差等问题。

Description

一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明提供了一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用，涉及深井、超深井和大位移水平井石油资源勘探与开发技术领域，具体的说，涉及石油资源勘探与开发技术所用的钻井液领域。
背景技术
随着我国石油勘探开发的日益深入，钻井施工中所面临的技术难点与复杂情况越来越多，例如钻高温高压深井、大斜度定向井、大位移水平井和超强水敏地层等各种复杂地层井。油基钻井液具有一些水基钻井液无法比拟的优点，如高温稳定、渗透率恢复值高、润滑性好、油层损害小、有良好的井壁稳定和页岩抑制性，密度适应范围广，高密度下性能稳定，可大副降低在复杂地层钻井过程中的井下复杂情况，并且钻井液可回收和反复使用，能够较好控制钻井液成本和钻井综合成本等等。油基钻井液的优越特性使得它能很好地解决目前钻井施工中出现的复杂问题。因此，近些年，油基钻井液技术在页岩气井与高温高压深井的开发中得到广泛的研究与应用，取得了一些成果。但是也出现了一些问题，如使用油水比较高的油基和全油基钻井液体系钻水平井水平段时，由于钻井液体系切力性能低，造成重晶石沉降和钻屑携带困难，易形成岩屑床等问题。
提切剂作为油基钻井液的核心处理剂，其主要作用就是提升钻井液体系的切力，增强重晶石悬浮和携岩能力，弥补有机土增粘、提切效能的不足。在过去一段时间，我国主要集中于油基钻井液核心处理剂如有机土、乳化剂和降滤失剂的研究，对于提切剂的研究较少，商品化的提切剂产品更少，且性能不尽如人意。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐高温油基钻井液用提切剂的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述耐高温油基钻井液用提切剂制备方法制备得到的耐高温油基钻井液用提切剂。
本发明的目的还在于提供上述耐高温油基钻井液用提切剂在油基钻井液的应用。
为达到上述目的，本发明提供一种耐高温油基钻井液用提切剂的制备方法，其包括以下步骤：
a、将150-250重量份的二聚酸、100-150重量份的三乙二醇单丁醚、30-50重量份的二乙醇胺依次加入到反应容器中，搅拌下，加热反应；
b、加入10-17重量份的有机烯胺，继续反应，反应结束后，降温；
c、加入100-150重量份的三乙二醇单丁醚和20-30重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，优选所述搅拌时间为20-30min，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
根据本发明所述的制备方法，所述二聚酸可以是市售的普通二聚酸，为达到更好的实验效果，优选所述二聚酸的纯度为95wt％以上；在本发明的优选实施例中，二聚酸为安庆市虹宇化工有限责任公司生产的，型号为HY005的二聚酸。
根据本发明所述的制备方法，所述有机烯胺包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或两种以上的组合。
根据本发明所述的制备方法，在所述步骤a中，所述加热反应是在150-170℃下进行的，优选反应至不再产生水蒸气为止；
更优选所述加热反应的反应时间为3-5h。
根据本发明所述的制备方法，在所述步骤b中，所述继续反应是在150-170℃下进行的，反应时间为2-5h。
根据本发明所述的制备方法，在所述步骤b中，所述降温是将反应温度降至70-80℃。
本发明还提供了上述耐高温油基钻井液用提切剂的制备方法制备得到的耐高温油基钻井液用提切剂。
根据本发明所述的耐高温油基钻井液用提切剂，其是由150-250重量份的二聚酸、10-17重量份的有机烯胺、30-50重量份的二乙醇胺、200-300重量份的三乙二醇单丁醚、20-30重量份的碳酸丙烯酯制备得到的。
本发明又提供了上述耐高温油基钻井液用提切剂在油基钻井液中的应用。
根据本发明所述的耐高温油基钻井液用提切剂在油基钻井液中的应用；优选所述油基钻井液包括柴油基钻井液、白油基钻井液或气制油基钻井液。
根据本发明所述的应用，所述油基钻井液包括温度在200℃以下，密度为0.9-2.2g/cm3，油水比为80:20-90:10的柴油基钻井液或白油基钻井液。
本发明还提供一种钻井液，所述钻井液含有上述的耐高温油基钻井液用提切剂。
根据本发明所述的钻井液，以钻井液的总重量计，所述提切剂的质量分数为1％-5％；在上述钻井液中进一步可以添加重晶石等组分，并且重晶石的加入量可以根据现场作业需要进行加入。
本发明的耐高温油基钻井液用提切剂可以提高油基钻井液的切力，能够解决钻探大位移水平井水平段过程中由于高油水比油基钻井液体系切力低造成的重晶石沉降和携岩能力差等问题。
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，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种耐高温油基钻井液用提切剂，其制备方法包括以下步骤：
将250重量份的二聚酸(型号：HY005，生产厂家为安庆市虹宇化工有限责任公司)、150重量份的三乙二醇单丁醚、46.87重量份的二乙醇胺依次加入具有加热、搅拌、冷却、抽真空系统的不锈钢反应釜中，搅拌下，加热升温至160℃，反应3h；
加入16.87重量份的四乙烯五胺，继续反应3小时，反应结束后，降温至80℃；
加入150重量份的三乙二醇单丁醚和30重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
实施例2
本实施例提供了一种耐高温油基钻井液用提切剂，该耐高温油基钻井液用提切剂的制备方法包括以下步骤：
将200重量份的二聚酸、110重量份的三乙二醇单丁醚、39.2重量份的二乙醇胺依次加入到具有加热、搅拌、冷却、抽真空系统的不锈钢反应釜中，搅拌下，加热升温至170℃，反应3小时；
加入12.9重量份的二乙烯三胺，继续反应3小时，反应结束后，降温至80℃；
加入110重量份的三乙二醇单丁醚和24重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
实施例3
本实施例提供了一种耐高温油基钻井液用提切剂，其制备方法包括以下步骤：
将150重量份的二聚酸、100重量份的三乙二醇单丁醚、30重量份的二乙醇胺依次加入到具有加热、搅拌、冷却、抽真空系统的不锈钢反应釜中，搅拌下，加热升温至150℃，反应3小时；
加入10重量份的三乙烯四胺，继续反应3小时，反应结束后，降温至80℃；
加入100重量份的三乙二醇单丁醚和20重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
实施例4
本实施例提供了一种耐高温油基钻井液用提切剂，其制备方法包括以下步骤：
将130重量份的二聚酸、90重量份的三乙二醇单丁醚、28重量份的二乙醇胺依次加入到具有加热、搅拌、冷却、抽真空系统的不锈钢反应釜中，搅拌下，加热升温至140℃，反应5小时；
加入9重量份的二乙烯三胺，继续反应4小时，反应结束后，降温至80℃；
加入90重量份的三乙二醇单丁醚和15重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
实施例5
本实施例提供了一种耐高温油基钻井液用提切剂，其制备方法包括以下步骤：
将280重量份的二聚酸、200重量份的三乙二醇单丁醚、55重量份的二乙醇胺依次加入到具有加热、搅拌、冷却、抽真空系统的不锈钢反应釜中，搅拌下，加热升温至180℃，反应2小时；
加入20重量份的四乙烯五胺，继续反应3小时，反应结束后，降温至50℃；
加入200重量份的三乙二醇单丁醚和40重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
应用例1
本应用例提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例1的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例1的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)的密度均为1.5g/cm3、油水比均为80:20，对白油基钻井液及添加了上述实施例1的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在150℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，具体数据见表1所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：
基准配方(不添加提切剂)：80重量份5#白油+20重量份CaCl2水溶液(浓度20wt％)+2.5重量份的主乳化剂+1.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
实验配方(添加实施例1的提切剂)：80重量份5#白油+20重量份CaCl2水溶液(浓度20wt％)+2.5重量份的主乳化剂+1.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例1中的提切剂+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例1的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例1的提切剂。
表1
应用例2
本应用例提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例1的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，二者的密度均为2.2g/cm3、油水比均为90:10，对白油基钻井液及添加了上述实施例1的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在200℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，具体数据见表2所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：
基准配方(不添加提切剂)：90重量份5#白油+10重量份CaCl2水溶液(浓度20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
实验配方(添加实施例1的提切剂)：90重量份的5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例1中的提切剂+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例1的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例1的提切剂。
表2
应用例3
本应用例提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例2的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，二者的密度均为2.2g/cm3、油水比均为90:10，对白油基钻井液及添加了上述实施例2的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在200℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，具体数据见表3所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：
基准配方(不添加提切剂)：90重量份的5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
实验配方(添加实施例2的提切剂)：90重量份5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例2中的提切剂+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例2的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例2的提切剂。
表3
应用例4
本应用例提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例3的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，二者的密度均为2.2g/cm3、油水比均为90:10，对白油基钻井液及添加了上述实施例3的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在200℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，具体数据见表4所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：
基准配方(不添加提切剂)：90重量份的5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
实验配方(添加实施例3的提切剂)：90重量份5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例3中的提切剂+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例3的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例3的提切剂。
表4
应用例5
本应用例提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例4的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，二者的密度均为2.2g/cm3、油水比均为90:10，对白油基钻井液及添加了上述实施例4的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在200℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，具体数据见表5所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：
基准配方(不添加提切剂)：90重量份的5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
实验配方(添加实施例4的提切剂)：90重量份5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例4中的提切剂+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例4的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例4的提切剂。
表5
应用例6
本应用例提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例5的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，二者的密度均为2.2g/cm3、油水比均为90:10，对白油基钻井液及添加了上述实施例5的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在200℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，具体数据见表6所示。
表6
上述基准配方及实验配方的组成如下：
基准配方(不添加提切剂)：90重量份的5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
实验配方(添加实施例5的提切剂)：90重量份5#白油+10重量份的CaCl2水溶液(浓度为20wt％)+3.5重量份的主乳化剂+2.5重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例5中的提切剂+4重量份的降滤失剂+2重量份的氧化钙+重晶石。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例5的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例5的提切剂。
应用例1-4提供了白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例1-3的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液(实验配方)，并且二者的油水比、密度相同；然后对白油基钻井液及添加了上述实施例1-3的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在不同温度下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，从表1-表4的实验结果可知：本发明所制备的耐高温油基钻井液用提切剂在200℃范围内具有良好的高温提切性能，且高温老化钻井液体系重晶石密度差较小，乳化稳定性良好，说明本发明的耐高温油基钻井液用提切剂可耐200℃高温，并且可以提高油基钻井液的切力。
应用例5和应用例6分别提供了白油基钻井液(基准配方)及分别添加了上述实施例5、实施例6的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液，并且二者的油水比、密度相同；对白油基钻井液及添加了实施例5、实施例6的耐高温油基钻井液用提切剂的白油基钻井液分别在200℃下高温老化，静置16小时，分别测得二者的流变性能、电稳定性能和重晶石悬浮性能数据，从表5、表6的结果可知：由实施例5、实施例6的耐高温油基钻井液用提切剂配制的白油基钻井液的切力提高幅度和重晶石悬浮性能均低于由实施例1-3的提切剂配制的白油基钻井液的相应性能。

Claims (10)

1.一种耐高温油基钻井液用提切剂的制备方法，其包括以下步骤：
a、将150-250重量份的二聚酸、100-150重量份的三乙二醇单丁醚、30-50重量份的二乙醇胺依次加入到反应容器中，搅拌下，加热反应；
b、加入10-17重量份的有机烯胺，继续反应，反应结束后，降温；
c、加入与步骤a中相同重量份的三乙二醇单丁醚和20-30重量份的碳酸丙烯酯，搅拌均匀，优选所述搅拌时间为20-30min，得到耐高温油基钻井液用提切剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述有机烯胺包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述步骤a中，所述加热反应是在150-170℃下进行的；优选反应至不再产生水蒸气为止；
更优选所述加热反应的反应时间为3-5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述步骤b中，所述继续反应是在150-170℃下进行的，反应时间为2-5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述步骤b中，所述降温是将反应温度降至70-80℃。
6.权利要求1-5任一项所述的耐高温油基钻井液用提切剂的制备方法制备得到的耐高温油基钻井液用提切剂。
7.权利要求6所述的耐高温油基钻井液用提切剂在油基钻井液中的应用；优选所述油基钻井液包括柴油基钻井液、白油基钻井液或气制油基钻井液。
8.根据权利要求7所述的应用，其中，所述油基钻井液包括温度在200℃以下，密度为0.9-2.2g/cm3，油水比为80:20-90:10的柴油基钻井液或白油基钻井液。
9.一种钻井液，其中，所述钻井液含有权利要求6所述的提切剂；优选所述油基钻井液包括柴油基钻井液、白油基钻井液或气制油基钻井液；更优选所述油基钻井液包括温度在200℃以下，密度为0.9-2.2g/cm3，油水比为80:20-90:10的柴油基钻井液或白油基钻井液。
10.根据权利要求9所述的钻井液，其中，以钻井液的总重量计，所述提切剂的质量分数为1％-5％。
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