CN105647493B

CN105647493B - 一种强抑制强封堵钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN105647493B
Application number: CN201410724994.1A
Authority: CN
Inventors: 鲁娇; 杨超; 尹泽群; 张喜文; 黎元生; 方向晨
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: CN105647493A

Abstract

本发明公开一种钻井液，按重量份数计，含有3‑5%膨润土，0.1‑0.5%高粘度羧甲基纤维素钠，0.1‑0.6%低粘度羧甲基纤维素钠，0.05‑0.3%的降失水剂，0.3‑2.0%褐煤树脂；0.1‑3.0%KCl；0.05‑0.5%Na₂CO₃;1.0‑5.0%聚合醇；0.05‑0.5%具包被作用的阳离子聚胺（简称为阳离子聚胺）；0.05‑0.3%具降滤失及抑制作用的胺基化合物（简称为胺基化合物）；水为余量。该钻井液体系具有双重抑制作用，防塌性能好，能有效解决泥页岩水化分散膨胀及井壁坍塌等实际问题。

Description

一种强抑制强封堵钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液及其制备方法，具体地说涉及一种强抑制强封堵钻井液及其制备方法和应用。

背景技术

随着国内外石油与天然气勘探开发的不断深入，一些油气藏的开发效果很不理想，如泥沙岩油藏、页岩气藏、煤层气藏等。在上述油气藏的勘探开发过程中，极易发生井壁坍塌等井下复杂事故。这就要求钻井液体系具有良好的封堵性能和抑制能力，以能够在钻遇砂岩夹泥岩或大段泥岩的情况下保证井壁的稳定性。因此，研究开发性能优越、环境友好的具强抑制性强封堵的钻井液体系尤为重要。

CN102863947A涉及一种强抑制强封堵钻井液，其特征是：按重量百分数含有强抑制剂0.5%至15%、强封堵剂0.5%至7%、膨润土0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%。本发明通过强抑制剂溶解后产生的高浓度的K⁺，对强水敏泥页岩的水化起到很强抑制作用；同时，强抑制剂溶解后产生的阴离子通过吸附基能与粘土表面发生吸附作用，在粘土表面形成保护膜，从而阻止了粘土的水化；强封堵剂对微裂缝强水敏泥页岩地层能够实现强封堵，形成隔离膜；从而防止了强水敏泥页岩地层井壁失稳。此钻井液体系含有大量无机盐，极易造成钻井液体系的不稳定并影响其他处理剂的性能，在解决泥页岩地层的分散造浆及井壁吸水失稳问题方面还有所欠缺，导致抑制防塌性能有所降低。此外，大量无机盐的存在给钻井液后处理带来了诸多困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种强抑制强封堵钻井液及其制备方法。该钻井液体系具有双重抑制作用，防塌性能好，能有效解决泥页岩水化分散膨胀及井壁坍塌等实际问题。

一种钻井液，按重量份数计，含有3-5%膨润土，0.1-0.5%高粘度羧甲基纤维素钠，0.1-0.6%低粘度羧甲基纤维素钠，0.05-0.3%的降失水剂，0.3-2.0%褐煤树脂；0.1-3.0%KCl；0.05-0.5%Na₂CO₃; 1.0-5.0%聚合醇；0.05-0.5%具包被作用的阳离子聚胺（简称为阳离子聚胺）；0.05-0.3%具降滤失及抑制作用的胺基化合物（简称为胺基化合物）；水为余量；优选含有3-4%膨润土，0.1-0.3%高粘度羧甲基纤维素钠，0.2-0.4%低粘度羧甲基纤维素钠，0.1-0.20%的降失水剂，0.5-1.5%褐煤树脂；0.5-1.5%KCl；0.05-0.2%Na₂CO₃; 2.0-4.0%聚合醇；0.1-0.25%阳离子聚胺；0.05-0.2%胺基化合物；其中所述的具包被作用的阳离子聚胺为端二胺、环醚和环氧卤代烷的聚合物，所述具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物为多元胺同环醚的反应物。

本发明中所述的具包被作用的阳离子聚胺的运动粘度为300 mm²/s -2000 mm²/s，阳离子度0.75 mmol/g -3.6 mmol/g；优选为运动粘度500 mm²/s -1300 mm²/s，阳离子度1.0 mmol/g -3.0 mmol/g。

一种钻井液的制备方法，首先制备具包被作用的阳离子聚胺和具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物；然后按计量比配将膨润土，高粘度羧甲基纤维素钠，低粘度羧甲基纤维素钠，降失水剂，褐煤树脂，KCl，Na₂CO₃，聚合醇，阳离子聚胺，胺基化合物、水混合均匀制得钻井液。

本发明方法中所述的具包被作用的阳离子聚胺的制备方法如下：首先在搅拌及50-120℃条件下向端二胺中滴加环醚，环醚和端二胺的摩尔比为0.5-4：1，滴加结束后反应1-4h；然后将温度升至80-150℃，搅拌条件下滴加环氧卤代烷，环氧卤代烷和端二胺的摩尔比为0.1-1：1，滴加结束后反应1-4h，加入终止剂，终止剂和端二胺的摩尔比为0.5-2：1，继续反应1-4h，得具包被作用的阳离子聚胺。

上述方法中端二胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺中的一种或几种，优选丁二胺、戊二胺、己二胺。环醚为环氧丙烷或环氧丁烷。环氧卤代烷为环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧氯丁烷中的一种或几种。终止剂为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、柠檬酸、甲酸、乙酸中的一种或几种，优选盐酸、冰醋酸、甲酸。

本发明方法中具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物的制备方法如下：（1）向多元胺中加入无机碱并混合搅拌均匀，无机碱加入量为多元胺质量的0.05-3%，优选0.5-1%；（2）向步骤（1）的混合液中加入醚化剂在60-100℃反应6-10h，优选80-100℃反应8-10h，所述醚化剂和多元胺的摩尔比＞1.0，优选2.0-4.0；（3）步骤（2）反应结束后降至室温，调节溶液pH值至中性，得具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物。

上述方法中多元胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺，无机碱为氢氧化钾，醚化剂为环氧丙烷。

现场应用试验结果表明：与现有的普遍应用的钻井液相比，本发明的钻井液体系具有双重抑制作用，能够针对高温高盐地层，有效抑制泥页岩的水化、分散及膨胀，抑制劣质土的造浆及井壁吸水失稳等钻探过程的严重问题，具有良好的防止井壁坍塌的效果。此外，本发明的钻井液体系无生物毒性，符合环保要求。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明方法的作用及效果，但以下实施例不构成对本发明方法的限制。

高粘度羧甲基纤维素钠HV-CMC采购自江西萍乡博新钻井泥浆助剂厂，为白色或微黄色纤维状粉末，纯度为95%，取代度为0.8%，氯化钠质量含量5.0%，在盐水中的造浆率≥150 m³/吨；低粘度羧甲基纤维素钠LV-CMC低粘羧甲基纤维素钠采购自山东东营胜利油田胜大纤维素厂，为白色粉末颗粒状，其pH值为7.3，DS值为0.87，纯度89.2%，含水8.3wt%，在淡水中的粘度为25cP，其饱和盐水滤失量为6.7；降失水剂LV-Drispac，降失水剂采购自荆州嘉华科技有限公司；褐煤树脂SPNH采购自萍乡市博新实业有限公司，为微红黑色粉末或颗粒、易溶于水，水溶液呈碱性；聚合醇采购自郑州豫华助剂有限公司，为棕红色粘稠状液体，倾倒点≤-15℃，荧光级别≤3.0，润滑系数降低率≥50%，泥浆表观粘度降低率≤25%。

实施例1

阳离子聚胺为丁二胺、环氧丁烷及环氧氯丁烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及100℃条件下向丁二胺中滴加环氧丁烷，反应1h，然后将温度升至140℃，搅拌条件下滴加环氧氯丁烷，反应1h加入甲酸，继续反应1h，得聚胺抑制剂样品。控制丁二胺、环氧丁烷、环氧氯丁烷及甲酸摩尔比例为1:4:0.4:0.8，其运动粘度为456.4mm²/s，阳离子度为0.906mmol/g。胺基化合物制备方法为在搅拌下加入103g二乙烯三胺和0.5g氢氧化钾，混合均匀，升温至80℃，逐渐滴加232g环氧丙烷（环氧丙烷与二乙烯三胺摩尔比为4：1），滴加完毕后，在80℃下反应8h，降至室温，采用盐酸调节溶液pH值至中性，得胺基化合物样品。各组分具体质量分数见表1。

表1钻井液配方

实施例2

阳离子聚胺为丁二胺、环氧丁烷及环氧氯丁烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及100℃条件下向丁二胺中滴加环氧丁烷，反应1h，然后将温度升至140℃，搅拌条件下滴加环氧氯丁烷，反应1h加入甲酸，继续反应1h,得聚胺抑制剂样品。控制丁二胺、环氧丁烷、环氧氯丁烷及甲酸摩尔比例为1:4:0.4:0.8，其运动粘度为456.4mm²/s，阳离子度为0.906mmol/g。胺基化合物制备方法为在搅拌下加入146g三乙烯四胺和0.73g氢氧化钾，混合均匀，升温至90℃，逐渐滴加116g环氧丙烷（环氧丙烷与二乙烯三胺摩尔比为3：1），滴加完毕后，在90℃下反应10h，降至室温，采用醋酸调节溶液pH值至中性，得胺基化合物样品。各组分具体质量分数见表2。

表2钻井液配方

实施例3

阳离子聚胺为丁二胺、环氧丁烷及环氧氯丁烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及100℃条件下向丁二胺中滴加环氧丁烷，反应1h，然后将温度升至140℃，搅拌条件下滴加环氧氯丁烷，反应1h加入甲酸，继续反应1h,得聚胺抑制剂样品。控制丁二胺、环氧丁烷、环氧氯丁烷及甲酸摩尔比例为1:4:0.4:0.8，其运动粘度为456.4mm²/s，阳离子度为0.906mmol/g。胺基化合物制备方法为在搅拌下加入146g三乙烯四胺和0.94g氢氧化钾，混合均匀，升温至100℃，逐渐滴加116g环氧丙烷（环氧丙烷与二乙烯三胺摩尔比为2：1），滴加完毕后，在100℃下反应9h，降至室温，采用甲酸调节溶液pH值至中性，得胺基化合物样品。各组分具体质量分数见表3。

表3钻井液配方

实施例1-3在中原油田在东濮凹陷西部斜坡带长垣断层上升盘低位潜山带的预探井进行了现场试验。从3651m开始从循环罐按循环周缓慢加入上述钻井液钻至井深3667m时振动筛返出掉块明显减小，剥落掉块极少见，岩屑以较小的不规则片状为主，钻进施工正常，强抑制强封堵钻井液在东濮凹陷地带的预探井现场应用效果明显。

比较例

钻井液体系为常规的聚合醇钻井液，体系组成为4份膨润土+0.1份碳酸钠+0.2份HV-CMC+0.3份LV-CMC+0.15份LV-Drispac+1.0份SPNH+1.0份KCl+3.0%份聚合醇+100分水。

比较例在中原油田胡古2井进行应用。胡古2井是位于东濮凹陷西部斜坡带长垣断层上升盘低位潜山带的一口预探井。该井三开采用聚合醇钻井液体系，层位沙三上，地层以灰色泥岩为主，岩性较脆、硬，页理发育，岩屑呈片状。钻至井深3651m有大量的剥落掉块，岩屑较大，很多超过了3cm×1cm。掉块呈片状，凹面光滑。起钻换钻头后下钻至井深3621m开泵划眼，在划眼过程中有大量的较大的剥落掉块返出。

Claims

1.一种钻井液，其特征在于：按重量份数计，含有3-5%膨润土，0.1-0.5%高粘度羧甲基纤维素钠，0.1-0.6%低粘度羧甲基纤维素钠，0.05-0.3%的降失水剂，0.3-2.0%褐煤树脂；0.1-3.0%KCl；0.05-0.5%Na₂CO₃；1.0-5.0%聚合醇；0.05-0.5%具包被作用的阳离子聚胺；0.05-0.3%具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物；水为余量；其中所述的具包被作用的阳离子聚胺为端二胺、环醚和环氧卤代烷的聚合物，所述具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物为多元胺同环醚的反应物。

2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：含有3-4%膨润土，0.1-0.3%高粘度羧甲基纤维素钠，0.2-0.4%低粘度羧甲基纤维素钠，0.1-0.20%的降失水剂，0.5-1.5%褐煤树脂；0.5-1.5%KCl；0.05-0.2%Na₂CO₃; 2.0-4.0%聚合醇；0.1-0.25%阳离子聚胺；0.05-0.2%胺基化合物。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：所述的具包被作用的阳离子聚胺的运动粘度为300 mm²/s -2000 mm²/s，阳离子度0.75 mmol/g -3.6 mmol/ g。

4.根据权利要求3所述的钻井液，其特征在于：运动粘度500 mm²/s -1300 mm²/s，阳离子度1.0 mmol/g -3.0 mmol/g。

5.权利要求1至4任一所述钻井液的制备方法，其特征在于：首先制备具包被作用的阳离子聚胺和具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物；然后按计量比配将膨润土，高粘度羧甲基纤维素钠，低粘度羧甲基纤维素钠，降失水剂，褐煤树脂，KCl，Na₂CO₃，聚合醇，阳离子聚胺，胺基化合物、水混合均匀制得钻井液。

6.根据权利5所述的制备方法，其特征在于：所述的具包被作用的阳离子聚胺的制备方法如下：首先在搅拌及50-120℃条件下向端二胺中滴加环醚，环醚和端二胺的摩尔比为0.5-4：1，滴加结束后反应1-4h；然后将温度升至80-150℃，搅拌条件下滴加环氧卤代烷，环氧卤代烷和端二胺的摩尔比为0.1-1：1，滴加结束后反应1-4h，加入终止剂，终止剂和端二胺的摩尔比为0.5-2：1，继续反应1-4h，得具包被作用的阳离子聚胺。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：端二胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：端二胺为丁二胺、戊二胺或己二胺。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：环醚为环氧丙烷或环氧丁烷。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：环氧卤代烷为环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧氯丁烷中的一种或几种。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：终止剂为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、柠檬酸、甲酸、乙酸中的一种或几种。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：终止剂为盐酸、冰醋酸或甲酸。

13.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物的制备方法如下：（1）向多元胺中加入无机碱并混合搅拌均匀，无机碱加入量为多元胺质量的0.05-3%；（2）向步骤（1）的混合液中加入醚化剂在60-100℃反应6-10h，所述醚化剂和多元胺的摩尔比＞1.0；（3）步骤（2）反应结束后降至室温，调节溶液pH值至中性，得具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于：具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物的制备方法如下：无机碱加入量为多元胺质量的0.5-1%；混合液中加入醚化剂在80-100℃反应8-10h，所述醚化剂和多元胺的摩尔比2.0-4.0。

15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于：多元胺为二乙烯三胺或三乙烯四胺，无机碱为氢氧化钾，醚化剂为环氧丙烷。