CN105505345B - 一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与应用。该封堵剂的制备方法包括以下步骤：a、将亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐加入水中完全溶解，得到溶液A，再向溶液A中加入二甲胺、醛类物质，加热使其反应，得到加成产物；b、将酚类物质、醛类物质混合，加热使其反应，得到溶液B；c、向溶液B中加入碱类催化剂，得到溶液C；d、将步骤a所述的加成产物加入到步骤c得到的溶液C中使其进行反应，反应结束后，经干燥后，得到所述防塌封堵剂。本发明的防塌封堵剂是一种新型防塌封堵剂，其具有荧光强度低，高温下封堵性能好，不增黏不增稠，与钻井液的配伍性能良好，储层保护效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与应用，属于石油及天然气勘探、开采技术领域。
背景技术
泥页岩井壁稳定问题是钻井工程中普遍存在并且非常严重的问题。防塌钻井液技术一直是泥页岩井壁稳定技术的重要研究方向。国内外数百口井的统计结果表明，所钻的泥页岩地层占所钻的总地层的70％，同时90％以上的井塌均发生在泥页岩地层。当钻遇到硬脆性泥页岩地层时，在压差、毛细管力和化学势差的作用下，钻井液滤液会沿着微裂缝进入地层，导致黏土矿物水化膨胀，进而使得近井壁地带孔隙压力增加；同时，由于液相的进入，还会导致微裂缝扩展延伸和胶结强度降低，最终导致井壁剥落、坍塌。
因此，在钻井液中加入封堵粒子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之一，封堵粒子的加入可以对微裂缝进行物理封堵，从而截断钻井液液相进入地层的通道，阻止压力的传递，最终防止了井壁坍塌。
现有的钻井液防塌封堵剂主要有沥青类、石蜡类和多元醇类，这些钻井液防塌封堵剂在一定条件下都具有良好的封堵效果。但是，沥青类封堵剂具有较高的荧光级别，其在探井中使用会受到限制，所以沥青类封堵剂仅限于在低环保要求地区的生产井中使用；而石蜡类、多元醇类封堵剂则易起泡、易引起钻井液黏度大幅度升高，其也不能满足防塌钻井液的需要。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种钻井液用防塌封堵剂。
本发明的目的还在于提供上述钻井液用防塌封堵剂的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述钻井液用防塌封堵剂在油气井封堵中的应用。
为达到上述目的，本发明提供一种防塌封堵剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、将亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐加入水中完全溶解，得到溶液A，再向所得溶液A中加入二甲胺、醛类物质，加热使其反应，得到加成产物；
b、将酚类物质、醛类物质混合，加热使其反应，得到溶液B；
c、向步骤b得到的溶液B中加入碱类催化剂，得到溶液C；
d、将步骤a所述的加成产物加入到步骤c得到的溶液C中使其进行反应，反应结束后，经干燥后，得到所述防塌封堵剂。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤a中，所述亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐包括亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾中的一种或几种的组合。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤a中，所述二甲胺、亚硫酸盐及醛类物质的摩尔比为0.5-1.2:0.3-1.6:1；所述亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐的摩尔数与水的体积的比例为1:200，单位分别为mol和mL。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤a中所述加热的温度为80-100℃，反应时间为100-120min。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤a、步骤b中所述的醛类物质包括甲醛、乙醛、多聚甲醛和糠醛中的一种或几种的组合。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤b中所述的酚类物质包括苯酚、甲酚、二甲酚和间苯二酚中的一种或几种的组合。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤b中所述加热的温度为90-150℃，反应时间为120-180min。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤c中所述的碱类催化剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾和氢氧化钡中的一种或几种的组合。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤d中所述反应的温度为90-150℃，反应时间为150-200min。
根据本发明所述的方法，步骤d中的反应结束后需要对反应产物进行降温，降温后再对反应产物进行干燥，优选地，所述干燥的温度为50-100℃。
根据本发明所述的方法，优选地，步骤b中所述的酚类物质、步骤a中所述的醛类物质、步骤d中加入的加成产物、步骤b中所述的醛类、步骤c中所述的碱类催化剂的摩尔比为1:0.05-1.4:0.05-1.5:0.05-1.5:0.001-1.2。
根据本发明所述的方法，步骤d中干燥结束后需要对干燥后的反应产物进行粉碎处理，以将所得产物粉碎至粒径为80目-270目。
本发明还提供了由上述防塌封堵剂的制备方法得到的防塌封堵剂。
根据本发明所述的防塌封堵剂，优选地，所述防塌封堵剂的粒径为80目-270目。
本发明还提供了上述防塌封堵剂在油气井封堵中的应用。
根据本发明所述的应用，应用过程中首先将所述防塌封堵剂与钻井液混合，然后再将混合后的溶液注入油井或天然气井中以实现封堵。
本发明所提供的钻井液用防塌封堵剂是一种新型防塌封堵剂，其具有荧光强度低，高温下封堵性能好，不增黏不增稠，与钻井液的配伍性能良好，保护储层效果好等优点，其克服了传统封堵剂的缺点，可替代传统封堵剂而被广泛用于各种勘探井和深井中。
将本发明提供的钻井液用防塌封堵剂用于油井封堵，在封堵过程中，该防塌封堵剂粒子和黏土颗粒同时对微裂缝进行架桥封堵，本发明的防塌封堵剂粒子在高温、高压下软化变形进而可以嵌入微小孔隙中，并在孔隙中迅速架桥、充填，进一步在压差的作用下被压实，同黏土颗粒聚结在一起，最终在近井壁地带形成一层致密的封堵带，该封堵带可以阻止钻井液中的水进入地层，从而防止微裂缝地层发生井壁坍塌。
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，现结合以下具体实施例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钻井液用防塌封堵剂的制备方法，其中，该方法具体包括以下步骤：
a、将0.3摩尔的亚硫酸钠加入60mL水中完全溶解，向水溶液中加入0.5摩尔二甲胺、1摩尔的甲醛，80℃反应120min，制得加成产物；
b、将1摩尔的苯酚、0.05摩尔的甲醛加入反应釜中，升温至90℃反应180min；
c、向反应釜内加入0.001摩尔的碱类催化剂氢氧化钠；
d、再向反应釜内加入0.05摩尔步骤a所述的加成产物，保持温度在90℃反应200min；
e、反应结束后，降温出料，50℃干燥，粉碎后得到粒径为80目的钻井液用防塌封堵剂，记为FT-SDRJ-1。
实施例2
本实施例提供了一种钻井液用防塌封堵剂的制备方法，其中，该方法具体包括以下步骤：
a、将1摩尔的亚硫酸钾加入200mL水中完全溶解，向水溶液中加入0.8摩尔二甲胺、1摩尔的甲醛和乙醛的混合物，100℃反应100min，制得加成产物；
b、将1摩尔的苯酚和甲酚的混合物、0.9摩尔的甲醛和乙醛的混合物加入反应釜中，升温至150℃反应120min；
c、向反应釜内加入0.6摩尔的碱类催化剂氢氧化钾；
d、再向反应釜内加入1摩尔的步骤a所述加成产物，保持温度在150℃反应150min；
e、反应结束后，降温出料，100℃干燥，粉碎后得到粒径为180目的钻井液用防塌封堵剂，记为FT-SDRJ-2。
实施例3
本实施例提供了一种钻井液用防塌封堵剂的制备方法，其中，该方法具体包括以下步骤：
a、将1.6摩尔的亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠的混合物加入320mL水中完全溶解，向水溶液中加入1.2摩尔二甲胺、1摩尔的多聚甲醛和糠醛的混合物，90℃反应110min，制得加成产物；
b、将1摩尔的二甲酚和间二苯酚的混合物、1.5摩尔的乙醛加入反应釜中，升温至120℃反应150min；
c、向反应釜内加入1.2摩尔的碱类催化剂氨水和氢氧化钡的混合物；
d、再向反应釜内加入1.5摩尔的步骤a所述加成产物，保持温度在120℃反应180min；
e、反应结束后，降温出料，80℃干燥，粉碎后得到粒径为270目的钻井液用防塌封堵剂，记为FT-SDRJ-3。
对实施例1-3制备得到的钻井液用防塌封堵剂分别进行挥发分、荧光级别、筛余量(筛孔孔径为0.9mm)、相对抑制性及高温高压滤失量(200℃老化16h)的测定，相关性能参数如表1所示：
表1
| 项目 | 指标 |
| 外观 | 黑色粉末 |
| 挥发份，％ | ≤14 |
| 荧光级别，级 | ≤5 |
| 筛余量(筛孔孔径0.9mm)，％ | ≤9 |
| 相对抑制性 | ≤0.6 |
| 高温高压滤失量(200℃老化16h)，mL | ≤28 |
测试例1 高温高压滤失量的测定
本测试例分别测定基浆、基浆+3％(以基浆的总质量为100％计)目前钻井常用的防塌封堵剂SMP-1(磺甲基酚醛树脂)、基浆+3％(以基浆的总质量为100％计)本发明实施例1-3制备得到的钻井液用防塌封堵剂在150℃/3.5MPa、180℃/3.5MPa、200℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
高温高压滤失量的测定具体包括以下步骤：
1)基浆的配制：按水、钠土的质量比例为100:6.0进行混合，高速搅拌20min后，在常温下密闭养护24h后，再高速搅拌5min，分别测定其在150℃/3.5MPa、180℃/3.5MPa、200℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
2)取配好的基浆300mL，加入实施例1制备得到的钻井液用防塌封堵剂(质量分数为3％)，高速搅拌20min。在室温下密闭养护16h后，再高速搅拌5min，分别测定其在150℃/3.5MPa、180℃/3.5MPa、200℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
3)取配好的基浆300mL，加入实施例2制备得到的钻井液用防塌封堵剂(质量分数为3％)，高速搅拌20min。在室温下密闭养护16h后，再高速搅拌5min，分别测定其在150℃/3.5MPa、180℃/3.5MPa、200℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
4)取配好的基浆300mL，加入实施例3制备得到的钻井液用防塌封堵剂(质量分数为3％)，高速搅拌20min。在室温下密闭养护16h后，再高速搅拌5min，分别测定其在150℃/3.5MPa、180℃/3.5MPa、200℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
5)取配好的基浆900mL，加入质量分数为3％的目前钻井常用防塌封堵剂SMP-1，高速搅拌20min。在室温下密闭养护16h后，再高速搅拌5min，分别测定其在150℃/3.5MPa、180℃/3.5MPa、200℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
上述高温高压滤失量的测定结果如表2所示：
表2
从表2中可以看出，在相同条件下，本发明提供的钻井液用防塌封堵剂的高温高压滤失量明显低于SMP-1的高温高压滤失量，这说明本发明提供的钻井液用防塌封堵剂具有良好的封堵效果，其封堵性能优于目前钻井常用的防塌封堵剂SMP-1。
测试例2 相对抑制性的测定
相对抑制性的测定具体包括以下步骤：
将实施例3制备得到的FT-SDRJ-3及目前钻井常用的防塌封堵剂SMP-1分别配制为质量浓度为5％的水溶液；同时配制10wt％的氯化钾水溶液，作为空白实验。
称取10.0g的(105±3)℃下恒温4h的钻井液用钠膨润土3份，分别将其装入页岩膨胀仪筒中，在压力机上施加14.2Mpa的压力，并保持15min后，制得3个相同的人工岩心，将制得的3个岩心分别安装在页岩膨胀仪筒上，分别向筒内加入10wt％的氯化钾水溶液、5wt％FT-SDRJ-3水溶液及5wt％SMP-1的水溶液，测定其8h的线性膨胀量，并计算其相对抑制性。
相对抑制性的计算公式为：
R＝h/H。
式中：R—相对抑制性；
h—试样溶液的岩心线性膨胀量；
H—10wt％KCl溶液的线性膨胀量。
相对抑制性实验结果如表3所示：
表3
从表3中可以看出，本发明提供的钻井液用防塌封堵剂对泥页岩的抑制性能强于目前常用防塌封堵剂SMP-1。
应用例1
取冀东油田钻井现场钻井液3份，其中，1份做空白实验，另外两份分别加入质量分数为3％的FT-SDRJ-3和质量分数为3％的SMP-1；质量分数是以基浆与钻井液的总重量为100％为基准计算得到的。分别测试其流变性和滤失量，实验结果如表4所示：
表4
从表4中的表观粘度、塑性粘度及动切力数据可以看出，本发明所提供的防塌封堵剂与钻井液配伍性良好，且其还可以耐高温，封堵效果也优于目前钻井常用的防塌封堵剂。
Claims (4)
1.一种防塌封堵剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
a、将亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐加入水中完全溶解，得到溶液A，再向所得溶液A中加入二甲胺、醛类物质，加热使其反应，得到加成产物；
步骤a中所述加热的温度为80-100℃，反应时间为100-120min；
步骤a中，所述二甲胺、亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐及醛类物质的摩尔比为0.5-1.2:0.3-1.6:1；所述亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐的摩尔数与水的体积的比例为1:200，单位分别为mol和mL；
步骤a中所述的亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐包括亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾中的一种或几种的组合；
b、将酚类物质、醛类物质混合，加热使其反应，得到溶液B；
步骤b中所述加热的温度为90-150℃，反应时间为120-180min；
步骤a、步骤b中所述的醛类物质包括甲醛、乙醛、多聚甲醛和糠醛中的一种或几种的组合；
步骤b中所述的酚类物质包括苯酚、甲酚、二甲酚和间苯二酚中的一种或几种的组合；
c、向步骤b得到的溶液B中加入碱类催化剂，得到溶液C；
步骤c中所述的碱类催化剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾和氢氧化钡中的一种或几种的组合；
d、将步骤a所述的加成产物加入到步骤c得到的溶液C中使其进行反应，反应结束后，经干燥后，得到所述防塌封堵剂；
步骤d中所述反应的温度为90-150℃，反应时间为150-200min；
步骤d中所述干燥的温度为50-100℃；
步骤b中所述的酚类物质、步骤a中所述的醛类物质、步骤d中加入的加成产物、步骤b中所述的醛类、步骤c中所述的碱类催化剂的摩尔比为1:0.05-1.4:0.05-1.5:0.05-1.5:0.001-1.2。
2.权利要求1所述的防塌封堵剂的制备方法得到的防塌封堵剂。
3.根据权利要求2所述的防塌封堵剂，其中，所述防塌封堵剂的粒径为80目-270目。
4.权利要求2或3所述的防塌封堵剂在油气井封堵中的应用。
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