CN106118621B - 一种聚醚醇胺钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钻井液技术领域中的一种聚醚醇胺钻井液，包括以下重量配比的各组份：钠基膨润土30～50份，增粘剂2～4份，包被剂2～5份，降滤失剂10～20份，防塌剂20～50份，聚醚醇20～40份，聚胺抑制剂5～15份，甲酸盐40～60份，封堵剂20～30份，水1000份。本发明的聚醚醇胺钻井液，具有抑制性强，抗高温性好，环保无毒，井壁稳定效果突出，对泥页岩纳米微米级孔喉裂缝封堵性能好的优点。

Description

一种聚醚醇胺钻井液
技术领域
本发明的涉及钻井液技术领域，特别涉及一种聚醚醇胺钻井液。
背景技术
泥页岩吸水水化膨胀造成的井壁失稳一直以来都是钻井过程中的最关注的难点问题，目前国内外解决此类问题最有效的措施是采用油基钻井液体系。油基钻井液作为一种优良的钻井液体系，适用于水敏性地层、深井、复杂井，其优点主要在于良好的井壁稳定性、润滑性、高温稳定性以及对油气层损害程度较小等，但以矿物油及柴油为基油的油基钻井液中含有一定的有毒物质，不能被生物降解，对环境造成污染，并且成本高、固井质量难以保证，后续废弃泥浆处理难度大，难以形成完整的系列配套技术，因此其推广应用受限。近年来，随着钻井液技术进步以及在泥页岩地层钻井的经验积累，结合经济和环境实际情况，研究与油基钻井液性能相当的高性能水基钻井液已逐渐成为钻井液技术发展的新方向。
现有技术中，已逐步开发了有机盐、硅酸盐、聚合醇、聚胺、烷基葡萄糖甙等新型钻井液，井壁稳定效果得到提高，环保效果突出，显示了水基钻井液的优异的成本优势和环保优势。但这些钻井液体系在抗高温、强抑制、强封堵和环保性能上很难兼得，特别是在150℃高温下滤失量很难达到10ml以下，井壁稳定能力还需要进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种井壁稳定效果好，能抗150℃高温和强抑制效果的环保型聚醚醇胺钻井液，以克服现有技术中水基钻井液的不足。
本发明的目的是这样实现的，一种聚醚醇胺钻井液，其特征在于，包括以下重量配比的各组份：钠基膨润土30～50份，增粘剂2～4份，包被剂2～5份，降滤失剂10～20份，防塌剂20～50份，聚醚醇20～40份，聚胺抑制剂5～15份，甲酸盐40～60份，封堵剂25～40份，水1000份。
作为本发明的优选方案，本发明的聚醚醇胺钻井液包括以下重量配比的各组份：钠基膨润土40份，增粘剂3份，包被剂3份，降滤失剂15份，防塌剂30份，聚醚醇40份，聚胺抑制剂10份，甲酸盐50份，封堵剂25份，水1000份。
所述包被剂为分子量为500万—800万的天然高分子改性包被剂，由魔芋胶和/或田青胶改性而成,通过天然植物胶分子自身间的加长反应,使植物胶分子链加长5—10倍，并使有抑制性的季胺基团和抗温抗盐的磺酸根基团接枝到加长后的植物胶分子链上得到。本发明的采用的改性包被剂含有季胺阳离子，包被作用好，抗温和抗盐能力强。
所述聚胺抑制剂为分子量为200-400的端胺基聚醚，可镶嵌于膨润土层间，降低层间距，具有良好粘土水化抑制性能，从而减少由于粘土水化造成的泥页岩岩石应力下降，达到维护井壁稳定的目的。
所述聚醚醇为分子量小于1500-5000的聚氧丙烯和聚氧乙烯共聚物，聚氧丙烯的重量比例为10%-30%。本发明采用的聚醚醇具有浊点效应，浊点在40-70℃可调，超过浊点温度后从水相析出，吸附于岩屑、粘土、钻具表面，具有抑制和润滑作用，在地层孔隙中析出，形成软封堵，与微纳米封堵材料及防塌剂一起形成致密滤饼，稳定页岩，阻止滤液侵入地层，维护井壁稳定。
所述封堵剂为粒度100nm—100um 的有机材料和无机材料与高分子材料在4000～6000rpm高速粉碎搅拌而成；其中，有机材料为100 um以下的棉籽壳、亚麻籽壳、花生壳、玉米芯粉碎物中的一种或一种以上，无机材料为100 um以下的碳酸钙、重晶石、大理石、石英粉碎物材料中的一种或一种以上种，高分子材料为100-200 nm的乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸甲酯、以及腐殖酸钾、磺化沥青、羧甲基淀粉的一种或几种，有机材料、无机材料和高分子材料重量比为1:2:2。本发明的纳米微米级天然有机和无机相结合的封堵剂对泥页岩不同孔径的微孔隙和微裂缝具有良好全面的无级封堵作用。
所述甲酸盐为甲酸钠；具有较强的粘土水化抑制性，甲酸盐能通过自身被氧化而除去液相中的氧，从而减少聚合物被氧化降解的几率，提高聚合物的抗温性。
所述增粘剂为生物聚合黄原胶；主要起流型调节作用，此外甲酸根离子和生物胶中的众多羟基在其多糖链之间形成桥结，使得生物胶分子的结构加强、抗温性提高。
所述降滤失剂为分子量为30万—50万的磺酸盐共聚物降滤失剂，能有效降低钻井液滤失量、改善泥饼质量、抗温、抗盐钙污染能力强，且不增粘、有一定的抑制页岩水化分散的能力。
所述防塌剂为环保无萤光白沥青，以高碳醇高碳酸为主要原料经过水溶性改性处理的无荧光白沥青，具有降低钻井液高温高压滤失量的作用。
本发明的聚醚醇胺钻井液，采用整体抑制、多级封堵的方法强化钻井液的抑制性和封堵性，在抑制性方面，采用分子量超过500万的天然高分子改性包被剂包裹钻屑，协同采用有机盐压缩粘土层水化膜，聚胺抑制剂镶嵌于粘土间层，最大程度降低水化分散程度，有机盐还降低了钻井液活度，减少或阻止地层吸水水化趋势，增加地层化学稳定性。在封堵性方面，采用微米级、纳米级材料复合使用，其中既有有机材料也有无机材料，复合作用下极大提高了封堵效率，使高温高压下失水量降低到10ml以下，在井壁形成薄而韧的泥饼，特别是纳米级封堵材料的引入，与地层纳米微米级孔隙、裂缝相匹配，进一步提高了泥饼的致密程度，可对包括泥页岩在内的复杂地层实现最佳封堵。因此，本发明的聚醚醇胺钻井液，具有抑制性强，抗高温性好，环保无毒，井壁稳定效果突出，对泥页岩纳米微米级孔喉裂缝封堵性能好的优点。
本发明的聚醚醇胺钻井液通过如下生产方法制得 (1)将1000重量份水与30～50重量份钠基膨润土混合，于1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60min，再于6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40min，置于常温常压下养护24-36h；（2）将步骤（1）养护后的混合体在6000～10000rpm的搅拌速度下，先加入2～5重量份包被剂、2～4重量份增粘剂和10～20重量份降滤失剂，再加入20～50重量份防塌剂，20～40重量份聚醚醇和5～15重量份聚胺抑制剂，然后再加入40～60重量份甲酸盐、20～30重量份封堵剂，再继续搅拌0.5—1h；（3）使用烧碱调节步骤（2）形成的混合体的PH值至8～9；（4）向步骤（3）形成的混合体中加入根据密度加重所需的加重剂，搅拌均匀，即制得聚醚醇胺钻井液。
具体实施方式
实施例1
配制本实施例的钻井液前，预先配制本实施例所需的包被剂和封堵剂。
其中，包被剂采用分子量为500万—800万的天然高分子改性包被剂，由魔芋胶和/或田青胶改性而成,通过天然植物胶分子自身间的加长反应,使植物胶分子链加长5—10倍，并使有抑制性的季胺基团和抗温抗盐的磺酸根基团接枝到加长后的植物胶分子链上得到。
本实施例的包被剂为分子量为500万—800万的天然高分子改性包被剂，具体为采用魔芋胶和田青胶的等比例混合物 ,在70℃条件下使用植物胶混合物质量2%的三氯氧磷交联剂使植物胶分子链加长5—10倍，在50℃条件下使用有抑制性的质量为植物胶混合物质量1%的季胺基团和质量为植物胶混合物质量5%的丙烯磺酸盐基团在质量为1%的过氧化氢引发剂的引发下接枝到加长后的植物胶分子链上，接枝反应完成后降温、造粒、干燥、粉碎而成。
本实施例的封堵剂为粒度100nm—100um 的有机材料和无机材料封堵剂与高分子改性材料在4000～6000rpm高速粉碎搅拌而成；其中，有机材料为100 um以下的棉籽壳、亚麻籽壳、花生壳、玉米芯粉碎物按等比例混合而成，无机材料为100 um以下的碳酸钙、重晶石、大理石、石英粉碎物等比例混合而成中的一种或一种以上种，高分子材料为100-200 nm的乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸甲酯、以及腐殖酸钾、磺化沥青和羧甲基淀粉的等比例混合而成，有机材料、无机材料和高分子材料重量比为1:2:2。
先将1000g水与30g钠基膨润土（新疆迪源泥浆材料有限责任公司出品）混合，于3000rpm的搅拌速度下搅拌40min后，再于8000rpm的搅拌速度下搅拌30分钟，置于常温下养护24小时；将养护后的混合体在6000rpm的搅拌速度下，先加入2g包被剂、3g增粘剂XC（山东得顺源石油科技有限公司）和20g降滤失剂Dspx-1（山东得顺源石油科技有限公司），再加入20g防塌剂白沥青NAF-25（北京培康佳业有限公司），25g聚醚醇JMC-40（海安石油化工厂）和5g聚胺抑制剂NH-1（中石化南京化工集团研究院），然后再加入40g甲酸钠（无锡百川化工有限公司）、20g封堵剂。搅拌混合均匀后用烧碱将上述混合物的PH值调至8～9；最后向上述混合体中加入钻井液用加重剂石灰石粉，搅拌均匀使钻井液的密度1.14g/cm3，即制得环保型聚醚醇胺钻井液，记为1#钻井液。
实施例2
本实施例的包被剂为分子量为500万—800万的天然高分子改性包被剂，具体为采用魔芋胶,在70℃条件下使用魔芋胶质量1%的三氯氧磷交联剂使植物胶分子链加长5—10倍，在50℃条件下使用有抑制性的质量为魔芋胶质量1%的季胺基团和质量为魔芋胶质量10%的丙烯磺酸盐基团在质量为魔芋胶质量2%的过氧化氢引发剂的引发下接枝到加长后的植物胶分子链上，接枝反应完成后降温、造粒、干燥、粉碎而成。
本实施例的封堵剂为粒度100nm—100um 的有机材料和无机材料封堵剂与高分子改性材料在4000～6000rpm高速粉碎搅拌而成；其中，有机材料为100 um以下的棉籽壳和亚麻籽壳的等比例混合物，无机材料为100 um以下的碳酸钙和大理石的等比例混合物，高分子材料为00-200 nm的乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物与羧甲基淀粉的等比例混合物，有机材料、无机材料和高分子材料重量比为1:2:2。
先将1000g水与40g钠基膨润土（新疆迪源泥浆材料有限责任公司出品）混合，于4000rpm的搅拌速度下搅拌40min后，再于10000rpm的搅拌速度下搅拌30分钟，置于常温下养护24小时；将养护后的混合体在8000rpm的搅拌速度下，先加入3g包被剂、3g增粘剂XC（山东得顺源石油科技有限公司）和15g降滤失剂Dspx-1（山东得顺源石油科技有限公司），再加入30g白沥青NAF-25（北京培康佳业有限公司），40g聚醚醇JMC-40（海安石油化工厂）和10g聚胺抑制剂AI-1（中石化南京化工集团研究院），然后再加入50g甲酸钠（无锡百川化工有限公司）、25g封堵剂。搅拌混合均匀后用烧碱将上述混合物的PH值调至8～9；最后向上述混合体中加入钻井液用加重剂石灰石粉、活化重晶石粉，搅拌均匀使钻井液的密度1.34g/cm3，即制得环保型聚醚醇胺钻井液，记为2#钻井液。
实施例3
本实施例的包被剂为分子量为500万—800万的天然高分子改性包被剂，具体为采用青田胶,在70℃条件下使用魔芋胶质量2%的三氯氧磷交联剂使植物胶分子链加长5—10倍，在50℃条件下使用有抑制性的质量为魔芋胶质量2%的季胺基团和质量为魔芋胶质量8%的丙烯磺酸盐基团在质量为魔芋胶质量1.5%的过氧化氢引发剂的引发下接枝到加长后的植物胶分子链上，接枝反应完成后降温、造粒、干燥、粉碎而成。
本实施例的封堵剂为粒度100nm—100um 的有机材料和无机材料封堵剂与高分子改性材料在4000～6000rpm高速粉碎搅拌而成；其中，有机材料为100 um以下的花生壳粉碎物，无机材料为100 um以下的碳酸钙碎物，高分子材料为00-200 nm的乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物，有机材料、无机材料和高分子材料重量比为1:2:2。
先将1000g水与50g钠基膨润土混合（新疆迪源泥浆材料有限责任公司出品），于4000rpm的搅拌速度下搅拌40min后，再于10000rpm的搅拌速度下搅拌30分钟，置于常温下养护24小时；将养护后的混合体在8000rpm的搅拌速度下，先加入3g包被剂4g增粘剂XC和10g降滤失剂Dspx-1，再加入50g白沥青NAF-25，20g聚醚醇JMC-40和15g聚胺抑制剂AI-1，然后再加入60g甲酸钠、30g封堵剂。搅拌混合均匀后用烧碱将上述混合物的PH值调至8～9；最后向上述混合体中加入钻井液用加重剂活化重晶石粉，搅拌均匀使钻井液的密度1.25g/cm3，即制得环保型聚醚醇胺钻井液，记为3#钻井液。
将上述三个实施例所得到的钻井液分别在25℃常温和150℃条件下分别滚动老化16小时后。测量其性能，实验结果如表1。
表1
由表1可知，实施例1#、2#、3#钻井液在150℃高温老化后塑性粘度在50mPa.s左右，具有良好的流变性能，高温高压滤失量≤10ml，且具有薄而坚韧的泥饼。
在清水、实施例1#、2#、3#钻井液中分别加入50g岩心(花庄阜宁组泥岩)，并按岩心滚动回收率实验标准（SY/T 5613-2000泥页岩理化性能试验方法）分别测定一次回收率、二次回收率，实验结果如表2所示。
表2
称取花庄阜宁组泥岩100目岩屑10g，以10000PSI压制30min成岩心，然后在80℃条件下，分别测试在清水、实施例1#、2#、3#钻井液中2h和16h的膨胀率。试验结果见表3。
表3 钻井液、清水膨胀率
由表3可知，实施例1#、2#、3#钻井液一次回收率均为96%以上，相对于清水回收率71.58%，表现出良好的抑制性，二次回收率为95%以上。由表3可知，实施例1#、2#、3#钻井液膨胀率远小于清水膨胀率18%，说明实施例1#、2#、3#钻井液具有非常强的抑制性。
对实施例1#、2#、3#钻井液进行了封堵性评价。使用OFI渗透封堵仪（PPT），400md陶瓷砂盘测定钻井液封堵性，测定温度为150℃，压差为7mPa（1000Psi）。当温度升至150℃之后，收集1min、5min、7.5min、15min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min滤液。试验结果见表4。在30min时，实施例1#、2#、3#的滤失量都小于8ml，且1h后滤失量小于等于11ml，由此可知实施例1#、2#、3#配方具有良好的封堵性能。
表4
按照QSY 111-2007标准，使用发光细菌法对1#、2#、3#钻井液进行生物毒性评价。实验数据见表5。
表5
经测定，实施例1#、2#、2#钻井液EC50值均大于30000 mg/L，环保性能良好。
综上试验表明，本发明形成的钻井液体系在150℃高温下具有良好的流变性和失水造壁性，环保性能好，抑制性和封堵能力强，润滑性优良，能满足复杂情况下安全钻井的要求，可在一定程度上降低地层失稳的趋势。

Claims (5)

1.一种聚醚醇胺钻井液，包括以下重量配比的各组份：
钠基膨润土30～50份，增粘剂2～4份，包被剂2～5份，降滤失剂10～20份，防塌剂20～50份，聚醚醇20～40份，聚胺抑制剂5～15份，甲酸盐40～60份，封堵剂20～30份，水1000份；其特征在于，所述包被剂为分子量为500万—800万的天然高分子改性包被剂，由魔芋胶和/或田青胶改性而成,通过天然植物胶分子自身间的加长反应,使植物胶分子链加长5—10倍，并使有抑制性的季胺基团和抗温抗盐的磺酸根基团接枝到加长后的植物胶分子链上得到；所述聚胺抑制剂为分子量为200-400的端胺基聚醚；所述聚醚醇为分子量小于1500-5000的聚氧丙烯和聚氧乙烯共聚物，聚氧丙烯的重量比例为10%-30%。
2.根据权利要求1所述的聚醚醇胺钻井液，其特征在于，包括以下重量配比的各组份：钠基膨润土40份，增粘剂3份，包被剂3份，降滤失剂15份，防塌剂30份，聚醚醇40份，聚胺抑制剂10份，甲酸盐50份，封堵剂25份，水1000份。
3.根据权利要求1所述的聚醚醇胺钻井液，其特征在于，所述封堵剂为粒度100nm～100um 的有机材料和无机材料与高分子材料在4000～6000rpm高速粉碎搅拌而成；其中，有机材料为100 um以下的棉籽壳、亚麻籽壳、花生壳、玉米芯粉碎物中的一种或一种以上，无机材料为100 um以下的碳酸钙、重晶石、大理石、石英粉碎物材料中的一种或一种以上种，高分子材料为100-200 nm的乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸甲酯、以及腐殖酸钾、磺化沥青、羧甲基淀粉的一种或几种，有机材料、无机材料和高分子材料重量比为1:2:2。
4.根据权利要求1所述的聚醚醇胺钻井液，其特征在于，所述甲酸盐为甲酸钠；所述增粘剂为生物聚合黄原胶；所述降滤失剂为分子量为30万～50万的磺酸盐共聚物降滤失剂；所述防塌剂为环保无萤光白沥青。
5.根据权利要求1—4任一项所述的聚醚醇胺钻井液，其特征在于，所述聚醚醇胺钻井液通过如下生产方法制得:
(1)将1000重量份水与30～50重量份钠基膨润土混合，于1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60min，再于6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40min，置于常温常压下养护24-36h；
（2）将步骤（1）养护后的混合体在6000～10000rpm的搅拌速度下，先加入2～5量份包被剂、2～4重量份增粘剂和10～20重量份降滤失剂，再加入20～50重量份防塌剂，20～40重量份聚醚醇和5～15重量份聚胺抑制剂，然后再加入40～60重量份甲酸盐、20～30重量份封堵剂，最后在搅拌0.5～1h；
（3）使用烧碱调节步骤（2）形成的混合体的PH值至8～9；
（4）向步骤（3）形成的混合体中加入根据密度加重所需的加重剂，搅拌均匀，即制得聚醚醇胺钻井液。
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