CN105713581A

CN105713581A - 一种无固相强抑制强封堵钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN105713581A
Application number: CN201410724020.3A
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: 2016-06-29

Abstract

本发明公开一种钻井液，按重量份数计，含有4.0%至10%烷基糖苷，1.0%至6.0%封堵剂，0.2%至0.8%增粘剂，0.2%至1.0%的降滤失剂，0.2%至1.0%黄原胶，0.05%至0.5%具包被作用的阳离子聚胺，0.05%至0.5%具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物，4%至10%KCl，水为余量；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；该钻井液体系抑制性能和防塌性能好，能有效解决泥页岩水化分散膨胀及井壁坍塌等实际问题。<b><u /></b>

Description

一种无固相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，具体地说涉及一种无固相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，如泥砂岩油藏、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。无固相钻井液具有钻速高、流变性适宜和抑制防塌性好的特点，可确保安全、快速、优质、高效钻井，能够成为解决上述问题的有效手段。

CN201110295975.8涉及一种强抑制无固相聚胺类-甲酸盐钻井液。其特征是：按重量百分数含有聚胺页岩抑制剂0.1%至5%，降滤失剂0.1%至5%，聚合物包被剂0.1%至5%，增粘剂0.1%至5%，润滑剂0.1%至5%，加重剂甲酸盐根据钻井过程中实际需求添加，余量为水。在钻井现场还可根据实际情况添加封堵剂、pH调节剂等常规钻井液处理剂。但此钻井液体系在酸性地层中易造成腐蚀、不利于油气层保护，且使用成本较高。

CN201110100310.7涉及一种无固相强抑制性钻井液配方和制备方法，配方为：清水+提粘剂+抑制剂+降滤失剂+泥饼改善剂+可溶性盐；其中提粘剂为改性黄原胶，抑制剂为有机胺类，降滤失剂选用改性淀粉等，泥饼改善剂为磺化沥青SAS，可溶性盐可选用KCl、K₂SO₄、HCOONa、HCOOK，在清水中现加大分子的主剂，再加小分子的其他辅助处理剂，最后加入可溶性盐得到本发明的钻井液。但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。

司西强在《油田化学》第30卷第4期477-481页中介绍了一种阳离子烷基糖苷钻井液，其配方为：375mL自来水+6%CAPG+0.6%降滤失剂LV-CMC+0.6%流型调节剂黄原胶+0.4%增黏剂HV-CMC+3%封堵剂WLP+0.4%NaOH+0.2%Na₂CO₃+24%NaCl+0.4%抗氧化剂NaHSO₃。但此钻井液体系存在抑制封堵能力方面的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无固相强抑制强封堵钻井液及其制备方法。该钻井液体系抑制性能和防塌性能好，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4.0%至10%烷基糖苷，1.0%至6.0%封堵剂，0.2%至0.8%增粘剂，0.2%至1.0%的降滤失剂，0.2%至1.0%黄原胶，0.05%至0.5%具包被作用的阳离子聚胺（简称为阳离子聚胺），0.05%至0.5%具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物（简称为胺基化合物），4%至10%KCl，水为余量；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；优选含有6.0%至8.0%烷基糖苷，2.0%至4.0%封堵剂，0.3%至0.5%增粘剂，0.4%至0.6%的降滤失剂，0.5%至0.7%黄原胶，0.1%至0.25%具包被作用的阳离子聚胺，0.05%至0.2%具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物，6.0%至8.0%KCl。

本发明中烷基糖苷APG由天然脂肪醇和葡萄糖合成，是一种性能较全面的新型非离子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性，具有高表面活性、良好的相容性，为微黄色液体，其烷基碳数为8-10，活性物质量含量为40-60%，糖聚合度为1.4-2.0；HLB值为15-16。封堵剂由特种聚合物与多种天然材料精制而成，主要作用是：减小钻井液对地层的侵入、降低近井壁地层渗透率、减小钻井液与地层压差作用，从而取得了良好的防止井壁坍塌与保护储层的效果，为自由流动粉末或颗粒，水分质量含量≤10%，1wt%水溶液pH值7.0-10.0，API滤失量≤10.0mL，侵入深度≤7.0cm。增粘剂为白色或微黄色纤维状粉末，具有吸湿性，无臭、无味、无毒，不易发酵，不溶于酸、醇等有机溶剂，易分散于水中成胶体溶液，纯度≥95％，pH值7.0-8.0。

本发明中所述的具包被作用的阳离子聚胺的运动粘度为300mm²/s-2000mm²/s，阳离子度0.75mmol/g-3.6mmol/g；优选为运动粘度500mm²/s-1300mm²/s，阳离子度1.0mmol/g-3.0mmol/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；然后按计量比将阳离子聚胺、胺基化合物、烷基糖苷、封堵剂、增粘剂、降滤失剂、黄原胶、KCl以及水混合均匀后制得钻井液。

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。

本发明中烷基糖苷APG采购自济南盈动化工有限公司，为微黄色液体，其烷基碳数为8-10，活性物质量含量为50%，糖聚合度为1.4-2.0，HLB值为15-16。封堵剂采购自山东德顺源石油科技有限公司，为自由流动粉末或颗粒，水分质量含量≤10%，1wt%水溶液pH值7.0-10.0，API滤失量≤10.0mL，砂床滤失量0mL，侵入深度≤7.0cm。增粘剂采购自萍乡博新实业有限公司，为白色或微黄色纤维状粉末，纯度≥95％，取代度0.8%，pH值7.0-8.0，氯化钠含量5.0%。降滤失剂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8.3%，在淡水中的粘度为25cP，其饱和盐水滤失量为6.7。黄原胶是淀粉经发酵后生成的高分子量阴离子多糖聚合体，成白色粉末状，溶于冷水及热水，不溶于一般有机溶剂，采购自淄博中轩生化有限公司，1%产品粘度1350-1700cP。

实施例1

阳离子聚胺为已二胺、环氧丙烷及环氧氯丙烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及60℃条件下向已二胺中滴加环氧丙烷，反应4h，然后将温度升至90℃，搅拌条件下滴加环氧氯丙烷，反应4h加入盐酸，继续反应4h，得阳离子聚胺类聚合物样品。控制已二胺、环氧丙烷、环氧氯丙烷及盐酸摩尔比例为1:0.8:0.7:2.0。制得的聚胺聚合物的运动粘度为1203.3mm²/s，阳离子度为2.986mmol/g。胺基化合物制备方法为在在搅拌下加入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。钻井液中各组分具体质量分数见表1。

表1钻井液配方

实施例2

阳离子聚胺为戊二胺、环氧丙烷及环氧溴丙烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及80℃条件下向戊二胺中滴加环氧丙烷，反应4h，然后将温度升至98℃，搅拌条件下滴加环氧溴丙烷，反应3h加入冰醋酸，继续反应2h，得阳离子聚胺类聚合物样品。控制戊二胺、环氧丙烷、环氧溴丙烷及冰醋酸摩尔比例为1:2:0.5:1.0，其运动粘度为857.3mm²/s，阳离子度为1.568mmol/g。胺基抑制剂在搅拌下加入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（环氧丙烷与三乙烯四胺摩尔比为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,得阳离子聚胺类聚合物样品。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。胺基抑制剂在搅拌下加入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（环氧丙烷与三乙烯四胺摩尔比为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在中原油田文油藏开发井进行了现场试验。钻井液注入后，从套管鞋处分段循环下钻至井底，其中第15柱及1~4柱均划眼约4h，平均摩阻18~20t，期间振动筛返砂大大减少。随后短起27柱，短起过程中平均摩阻14~18t，摩阻有所减轻。下钻至井底比较顺畅，未开泵，其平均摩阻14~16t。然后打封闭液50m3加入50kg聚胺抑制剂起钻，准备下套管。全井下套管一次成功，下套管过程中平均摩阻为12~15t。

比较例1

钻井液体系为现有技术中常用的烷基糖苷无土相钻井液，体系组成为375mL自来水+6%APG+0.6%降滤失剂LV-CMC+0.6%流型调节剂黄原胶+0.4%增黏剂HV-CMC+3%封堵剂WLP+0.4%NaOH+0.2%Na2CO3+24%NaCl+0.4%抗氧化剂NaHSO3。

在中原油田文油藏开发井进行了现场试验。同实施例相同操作条件下出现井下复杂情况后先后采取了以下技术措施：钻井液密度由1.71g/cm3提高至1.73g/cm3，加入磺化沥青、超钙等加强封堵提高井壁稳定性能。但效果均不理想，仍然有掉块。

Claims

1.一种钻井液，其特征在于：按重量份数计，含有4.0%至10%烷基糖苷，1.0%至6.0%封堵剂，0.2%至0.8%增粘剂，0.2%至1.0%的降滤失剂，0.2%至1.0%黄原胶，0.05%至0.5%具包被作用的阳离子聚胺，0.05%至0.5%具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物，4%至10%KCl，水为余量；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6.0%至8.0%烷基糖苷，2.0%至4.0%封堵剂，0.3%至0.5%增粘剂，0.4%至0.6%的降滤失剂，0.5%至0.7%黄原胶，0.1%至0.25%具包被作用的阳离子聚胺，0.05%至0.2%具降滤失及抑制作用的非离子胺基化合物，6.0%至8.0%KCl。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：烷基糖苷的烷基碳数为8-10，活性物质量含量为40-60%，糖聚合度为1.4-2.0；HLB值为15-16。

4.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：封堵剂水分质量含量≤10%，1wt%水溶液pH值7.0-10.0，API滤失量≤10.0mL，侵入深度≤7.0cm。

5.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：增粘剂纯度≥95％，pH值7.0-8.0。

6.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300mm²/s-2000mm²/s，阳离子度0.75mmol/g-3.6mmol/g。

7.根据权利要求6所述的钻井液，其特征在于：运动粘度500mm²/s-1300mm²/s，阳离子度1.0mmol/g-3.0mmol/g。

8.权利要求1至7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；然后按计量比将阳离子聚胺、胺基化合物、烷基糖苷、封堵剂、增粘剂、降滤失剂、黄原胶、KCl以及水混合均匀后制得钻井液。

9.根据权利要求8所述的方法，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。

10.根据权利要求9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。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：端二胺为丁二胺、戊二胺或己二胺。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：环醚为环氧丙烷或环氧丁烷。

13.根据权利要求9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。

14.根据权利要求9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。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：终止剂为盐酸、冰醋酸或甲酸。

16.根据权利要求8所述的方法，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。

17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：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。

18.根据权利要求16所述的方法，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。