钻井液用润滑封堵剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及钻井液封堵剂技术领域,是一种钻井液用润滑封堵剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
钻井液是一种在钻井过程中具有携带钻屑、冷却润滑钻头、平衡地层压力、保护井壁稳定及保护油层不受伤害等多种作用的工作流体,其性能直接影响到钻井效率、井下安全和成本控制,是钻井工程技术的重要组成部分。
钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂,它的作用是改善钻井液润滑性,降低井壁与钻具之间的摩擦,降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力,从而减少卡钻事故的发生。现用润滑剂多采用矿物油或植物油调配而成,但均不具有封堵的能力。
钻井液用封堵剂是一类用来封堵地层孔隙和裂缝,防止钻井液及其滤液侵入地层,以保持井壁稳定的钻井液处理剂。钻井中,通过封堵剂的合理使用,可达到防止井壁垮塌、防漏以及保护油层的目的。目前,钻井液中应用的各类封堵剂均没有润滑能力。
发明内容
本发明提供了一种钻井液用润滑封堵剂及其制备方法和使用方法,本发明中的钻井液用润滑封堵剂兼具钻井液润滑剂的润滑性能和钻井液用封堵剂的封堵性能。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种钻井液用润滑封堵剂,原料按重量份数计包括6份至15份的丙烯酰胺、2份至8份的丙烯酸、0.5份至5份的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、0.03份至1份的二甲基二烯丙基氯化铵、1份至5份的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、30份至100份的水、60份至150份的油相介质、5份至12份的乳化剂和0.03份至5份的引发剂。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进:
上述钻井液用润滑封堵剂,按下述步骤得到:第一步,将所需量的水、丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,混合液的pH值控制在8至10之间;第二步,将所需量的油相介质和乳化剂加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,其中,乳化反应的温度为20℃至60℃,乳化反应的时间为20分钟至40分钟;第三步,向乳化液中加入所需量的引发剂进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其中,聚合反应的时间为1小时至10小时。
上述油相介质为白油或煤油或生物柴油。
上述乳化剂为司盘80、吐温80和OP-10中的一种以上。
上述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合物或焦亚硫酸钠和过硫酸铵的组合物或硫代硫酸钠和过硫酸钾的组合物。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种钻井液用润滑封堵剂的制备方法,按下述步骤进行:第一步,将所需量的水、丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,混合液的pH值控制在8至10之间;第二步,将所需量的油相介质和乳化剂加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,其中,乳化反应的温度为20℃至60℃,乳化反应的时间为20分钟至40分钟;第三步,向乳化液中加入所需量的引发剂进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其中,聚合反应的时间为1小时至10小时。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进:
上述油相介质为白油或煤油或生物柴油。
上述乳化剂为司盘80、吐温80和OP-10中的一种以上。
上述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合物或焦亚硫酸钠和过硫酸铵的组合物或硫代硫酸钠和过硫酸钾的组合物。
本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的:一种钻井液用润滑封堵剂的使用方法,按下述方法进行:使用时,向钻井液中加入钻井液用润滑封堵剂,钻井液用润滑封堵剂的加入量为钻井液重量的1%至5%。
本发明所述的钻井液用润滑封堵剂在与普通市售的钻井液封堵剂具有相当的封堵性能的基础上,本发明所述的钻井液用润滑封堵剂具有润滑性能,即本发明所述的钻井液用润滑封堵剂兼具钻井液润滑剂的润滑性能和钻井液用封堵剂的封堵性能,具有广泛的应用前景。
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。
下面结合实施例对本发明作进一步描述:
实施例1:该钻井液用润滑封堵剂,原料按重量份数计包括6份至15份的丙烯酰胺、2份至8份的丙烯酸、0.5份至5份的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、0.03份至1份的二甲基二烯丙基氯化铵、1份至5份的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、30份至100份的水、60份至150份的油相介质、5份至12份的乳化剂和0.03份至5份的引发剂。
实施例2:该钻井液用润滑封堵剂,按下述制备方法得到:第一步,将30份至100份的水、6份至15份的丙烯酰胺、2份至8份的丙烯酸、0.03份至1份的二甲基二烯丙基氯化铵、1份至5份的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.5份至5份的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,混合液的pH值控制在8至10之间;第二步,将60份至150份的油相介质和5份至12份的乳化剂加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,其中,乳化反应的温度为20℃至60℃,乳化反应的时间为20分钟至40分钟;第三步,向乳化液中加入0.03份至5份的引发剂进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其中,聚合反应的时间为1小时至10小时。
实施例3:该钻井液用润滑封堵剂,按下述制备方法得到:第一步,将30份或100份的水、6份或15份的丙烯酰胺、2份或8份的丙烯酸、0.03份或1份的二甲基二烯丙基氯化铵、1份或5份的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.5份或5份的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,混合液的pH值控制在8至10之间;第二步,将60份或150份的油相介质和5份或12份的乳化剂加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,其中,乳化反应的温度为20℃或60℃,乳化反应的时间为20分钟或40分钟;第三步,向乳化液中加入0.03份或5份的引发剂进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其中,聚合反应的时间为1小时或10小时。
实施例4:与上述实施例的不同之处在于,油相介质为白油或煤油或生物柴油。
实施例5:与上述实施例的不同之处在于,乳化剂为司盘80、吐温80和OP-10中的一种以上。
实施例6:与上述实施例的不同之处在于,引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合物或焦亚硫酸钠和过硫酸铵的组合物或硫代硫酸钠和过硫酸钾的组合物。
实施例7:该钻井液用润滑封堵剂,按下述制备方法得到:第一步,将30份水、10份丙烯酰胺、4份丙烯酸、1份二甲基二烯丙基氯化铵、3份N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、2份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,混合液的pH值为9;第二步,将70份白油、3.5份司盘80和3.5份吐温80加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,其中,乳化反应的温度为20℃至60℃,乳化反应的时间为30分钟;第三步,向乳化液中加入0.5份硫代硫酸钠和0.5份过硫酸钾进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其中,聚合反应的时间为4小时。
实施例8:该钻井液用润滑封堵剂,按下述制备方法得到:第一步,将40份水、6份丙烯酰胺、7份丙烯酸、0.05份二甲基二烯丙基氯化铵、2份N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、3份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,混合液的pH值控制在8至10之间;第二步,将60份生物柴油、2.5份司盘80和2.5份吐温80加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,其中,乳化反应的温度为20℃至60℃,乳化反应的时间为30分钟;第三步,向乳化液中加入0.3份焦亚硫酸钠和0.3份过硫酸铵进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其中,聚合反应的时间为5小时。
实施例9:该钻井液用润滑封堵剂的使用方法,按下述方法进行:使用时,向钻井液中加入钻井液用润滑封堵剂,钻井液用润滑封堵剂的加入量为钻井液重量的1%至5%。
将根据实施例2、实施例7、实施例8得到的钻井液用润滑封堵剂的性能(润滑系数降低率/%、高温高压滤失量降低率/%)进行测试,将普通市售的钻井液封堵剂的性能(高温高压滤失量降低率/%)进行测试,润滑系数降低率和高温高压滤失量降低率的测试方法如下述所示。高温高压滤失量降低率包括淡水基浆HTHP滤失量降低率(淡水基浆高温高压滤失量降低率)和盐水基浆HTHP滤失量降低率(盐水基浆高温高压滤失量降低率)。
润滑系数降低率按下述方法进行测试:
(1)测试试样的配置:在400mL蒸馏水中加入16g实验室评价用钠膨润土,在高速搅拌器上以11000转/分的转速高速搅拌20min,其间至少停两次,以刮下粘附在容器壁上的粘土,在密闭容器中养护24h,即得含土量为4%(质量百分比)的基浆。在4%的基浆中加入质量为4%的基浆质量的1%的实施例2或实施例7或实施例8得到钻井液用润滑封堵剂,高速搅拌混合均匀,然后在密闭容器中养护24h,即得到测试试样;
(2)润滑系数降低率的测定:将含土量为4%的基浆和测试试样高速搅拌5min,在E-P级压润滑仪上测定含土量为4%的基浆润滑系数K
1
和测试试样的润滑系数K
2
,测定方法依据SY/T6094-94钻井液用润滑剂评价程序,润滑系数降低率按照R
k
=(K
1
-K
2
)/K
1
×100%进行计算,式中:R
k
为润滑系数降低率,K
1
为含土量为4%的基浆的润滑系数,K
2
为测试试样的润滑系数。实施例2、实施例7和实施例8得到钻井液用润滑封堵剂的润滑系数降低率如表1所示。
、高温高压滤失量降低率按下述方法进行测试:
(1)淡水基浆高温高压滤失量降低率的测试:在400mL蒸馏水中加入20g实验室评价用钠膨润土,在高速搅拌器上以11000转/分的转速高速搅拌20min,其间至少停两次,以刮下粘附在容器壁上的粘土,在密闭容器中养护24h,即得含土量为5%(质量百分比)的基浆。在5%的基浆中加入质量为5%的基浆质量的3%的实施例2或实施例7或实施例8得到钻井液用润滑封堵剂或普通市售的钻井液封堵剂,高速搅拌混合均匀,然后在密闭容器中养护24h,即得测试样;将含土量为5%的基浆和测试样高速搅拌5min,用GGS42-2型高温高压滤失仪测定含土量为5%的基浆的高温高压滤失量V
1
和测试样的高温高压滤失量V
2
,将配置好的试样倒入压滤器中,加压3.5MPa,升温至120℃,打开上下部阀杆的同时开始计时,记录含土量为5%的基浆和测试样30min的滤液滤失量。淡水基浆高温高压滤失量降低率=(V
1
-V
2
)/V
1
×100%,式中:V
1
为含土量为5%的基浆的高温高压滤失量,V
2
为测试样的高温高压滤失量。实施例2、实施例7、实施例8得到钻井液用润滑封堵剂和普通市售的钻井液封堵剂(对照样)的淡水基浆高温高压滤失量降低率(淡水基浆滤失量降低率)如表1所示。
(2)盐水基浆高温高压滤失量降低率的测试:在400mL蒸馏水中加入16gNaCl,在高速搅拌器上以11000转/分的转速高速搅拌5min,再加入24g实验室评价用钠膨润土,高速搅拌20min,其间至少停两次,以刮下粘附在容器壁上的粘土,在密闭容器中养护24h,即得含土量为6%(质量百分比)的基浆。在6%的基浆中加入质量为6%的基浆的质量的3%的实施例2或实施例7或实施例8得到钻井液用润滑封堵剂或普通市售的钻井液封堵剂,高速搅拌混合均匀,然后在密闭容器中养护24h,即得测试样;将含土量为6%的基浆和测试样高速搅拌5min,用GGS42-2型高温高压滤失仪测定含土量为6%的基浆的高温高压滤失量V
1
和测试样的高温高压滤失量V
2
,将配置好的试样(含土量为6%的基浆和测试样)倒入压滤器中,加压3.5MPa,升温至120℃,打开上下部阀杆的同时开始计时,记录30min的滤液滤失量。盐水基浆高温高压滤失量降低率=(V
1
-V
2
)/V
1
×100%,式中:V
1
为含土量为6%的基浆的高温高压滤失量,V
2
为测试样的高温高压滤失量。实施例2、实施例7、实施例8得到钻井液用润滑封堵剂和普通市售的钻井液封堵剂(对照样)的盐水基浆高温高压滤失量降低率(盐水基浆滤失量降低率)如表1所示。
表1
|
润滑系数降低率/%
|
淡水基浆滤失量降低率/%
|
盐水基浆滤失量降低率/%
|
实施例2
|
32至46
|
43至55
|
53至67
|
实施例7
|
32
|
43
|
53
|
实施例8
|
46
|
55
|
67
|
对照样
|
-
|
41至52
|
28至35
|
从表1可以看出,实施例2、实施例7和实施例8得到的钻井液用润滑封堵剂的淡水基浆高温高压滤失量降低率与普通市售的钻井液封堵剂的淡水基浆高温高压滤失量降低率相当,实施例2、实施例7和实施例8得到的钻井液用润滑封堵剂的盐水基浆高温高压滤失量降低率大于普通市售的钻井液封堵剂的盐水基浆高温高压滤失量降低率,说明实施例2、实施例7和实施例8得到的钻井液用润滑封堵剂的封堵性能与普通市售的钻井液封堵剂的封堵性能相当,另外,从实施例2、实施例7和实施例8得到的钻井液用润滑封堵剂的润滑系数降低率数据可以看出,实施例2、实施例7和实施例8得到的钻井液用润滑封堵剂具有润滑性能,普通市售的钻井液封堵剂不具有润滑性能。
综上所述,本发明所述的钻井液用润滑封堵剂在与普通市售的钻井液封堵剂具有相当的封堵性能的基础上,本发明所述的钻井液用润滑封堵剂具有润滑性能,即本发明所述的钻井液用润滑封堵剂兼具钻井液润滑剂的润滑性能和钻井液用封堵剂的封堵性能,具有广泛的应用前景。
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。