CN107090281A - 一种钻井液流动相的制备方法 - Google Patents

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李新鹏
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Abstract

本发明涉及一种钻井液流动相的制备方法，向反应釜内加入桥连剂，搅拌状态下，将催化剂的水溶液加入到反应釜中，将非离子型表面活性剂缓慢倒入上述溶液中，待反应釜冷却至室温时，将多胺基化合物缓慢倒入反应釜中，得到本发明钻井液流动相；本发明其产物中具有丰富的胺基基团，既能够有效抑制地层黏土水化，又具有一定的润湿反转性能。

Description

一种钻井液流动相的制备方法
技术领域
本发明属于致密油气资源开发用钻井液技术领域，尤其涉及一种钻井液流动相的制备方法。
背景技术
致密油气储层钻井过程中，由于储层储藏空间以及黏土矿物的复杂性，导致井壁失稳问题突出。油基钻井液是致密油气储层钻井最为有效的手段，但油基钻井液的使用及后处理成本高、环境风险大；水基钻井液则尚难以满足此类地层的钻井液技术需求。
钻井液流动相的差异是造成两类钻井液使用性能出现差别的主要原因：油基钻井液流动相对地层黏土矿物几乎不发生水化作用；而水基钻井液中即使加入大量抑制剂仍然难以达到油基钻井液对黏土矿物的抑制性能。另外，抑制剂会随着钻进过程而发生吸附、消耗，最终达到临界值，而一旦达到临界值则不仅会导致水基钻井液维护成本和工作量的增加，还会导致井壁失稳风险的增加。专利CN 105838342A公开的一种钻井液用高密度阳离子糖类抑制剂具有良好的使用性能，但受反应原料的影响，其抗温最高仅能达到150℃，且其分子链中含有醛基，抗老化及抗氧化性能较差。
发明内容
本发明目的是针对水基钻井液流动相抑制性随钻进过程衰减明显的问题，提出将胺基基团引入物化性能更为稳定非离子型表面活性剂分子链上，发明一种具有强抑制性、润湿反转性能且抗温达150～180℃的钻井液流动相的制备方法。
本发明一种钻井液流动相的制备方法是通过以下技术方案实现的：
(1)将带有回流冷凝、机械搅拌和控温装置的反应釜固定于铁架台上，向反应釜内通入氮气，置换反应器中的空气；
(2)向反应釜内加入桥连剂，并开动搅拌、控温和回流冷凝装置，设定搅拌速度为50-100r/min，温度控制为85-95℃；
(3)搅拌状态下，将催化剂的水溶液加入到反应釜中，控制釜内温度为85-95℃，保温反应1-2h；催化剂的水溶液中催化剂质量分数为10-15％，催化剂与桥连剂摩尔比为0.1-0.2：4；
(4)搅拌状态下，将非离子型表面活性剂缓慢倒入步骤(3)所得溶液中，控制反应釜内温度为90-100℃、搅拌速度为50-100r/min、保温搅拌反应3-5h；桥连剂与非离子型表面活性剂质量比为1-1.05:1；
(5)待反应釜冷却至室温时，将与非离子型表面活性剂质量比为1:1-2的多胺基化合物缓慢倒入反应釜中，控制反应釜内温度为100-120℃、搅拌速度为50-100r/min、保温搅拌反应2-3h，得到本发明钻井液流动相。
所述的桥连剂为环氧氯丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的任一种或混合物。
所述的催化剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基苯磺酸中的一种或混合物。
所述的非离子型表面活性剂为烷基蔗糖酯、失水山梨醇酯中的任一种或混合物。
所述的多胺基化合物为多乙烯多胺、聚乙烯亚胺(Mw＝300)、聚乙烯亚胺(Mw＝600)、聚乙烯亚胺(Mw＝1800)中的任一种或混合物。
本发明的有益效果是：
本发明钻井液流动相是一类由非离子型表面活性剂经阳离子化反应制备而得，其产物中具有丰富的胺基基团，既能够有效抑制地层黏土水化，又具有一定的润湿反转性能。
具体实施方式
为充分说明本发明所达到的技术效果，通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
18.504g环氧氯丙烷倒入带回流冷凝、控温搅拌装置的反应釜中。设定搅拌速度为50r/min、温度为85℃，通氮气除氧10min。维持搅拌速度为50r/min，将0.851g对甲苯磺酸配成质量分数为10％的水溶液后，加入到上述反应釜中，85℃保温反应1h。搅拌状态下再向釜内加入18.504g烷基蔗糖酯，控制反应釜内温度为90℃并保温反应3h。反应釜冷却至室温时，再向其缓慢倒入18.504g多乙烯多胺，控制反应釜内温度为100℃，保温反应2h时后，即得到本发明钻井液流动相，计为FP-1。
实施例2
21.310g甲基环氧氯丙烷倒入带回流冷凝、控温搅拌装置的反应釜中。设定搅拌速度为100r/min、温度为95℃，通氮气除氧15min。维持搅拌速度为100r/min，将3.265g十二烷基苯磺酸配成质量分数为15％的水溶液后，加入到上述反应釜中，95℃保温反应1h。搅拌状态下再向釜内加入20.295g失水山梨醇酯，控制反应釜内温度为100℃并保温反应5h。反应釜冷却至室温时，再向其缓慢倒入10.655g聚乙烯亚胺(Mw＝300)，控制反应釜内温度为120℃，保温反应3h时后，即得到本发明钻井液流动相，计为FP-2。
实施例3
27.395g环氧溴丙烷倒入带回流冷凝、控温搅拌装置的反应釜中。设定搅拌速度为80r/min、温度为90℃，通氮气除氧12min。维持搅拌速度为80r/min，将1.299g氨基苯磺酸配成质量分数为12％的水溶液后，加入到上述反应釜中。90℃保温反应1.5h。搅拌状态下向釜内加入15g烷基蔗糖酯和12g失水山梨醇酯，控制反应釜内温度为90℃并保温反应3h。反应釜冷却至室温时，再向其缓慢倒入18.082g聚乙烯亚胺(Mw＝600)和9.041g聚乙烯亚胺(Mw＝1800)，控制反应釜内温度为110℃，保温反应2.5h时后，即得到本发明钻井液流动相，计为FP-3。
以上关于本发明合成过程的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果。只要满足使用需要，都在本发明的保护范围内。
本发明与现有技术相比所具有的优点及效果：
采用岩屑滚动回收实验对钻井液流动相的抑制性能进行评价。考虑到成本问题和处理剂水化、溶解问题，按照本发明产品和淡水质量比为7:3的比例配制溶液进行实验。具体步骤如下：
(1)量取280g本发明产品FP-1、FP-2、FP-3于高搅杯中，再并分别加入120g清水，高速搅拌5min后倒入老化罐中备用，分别记为1#、2#、3#；
(2)粒径介于2.0～5.0mm之间的岩屑于103℃下干燥4h后，降至室温备用；
(3)称取20g岩屑放入老化罐，密封后经150～180℃下滚动16～32h后降温后取出。用孔径0.42mm分样筛回收岩屑，并于103℃下干燥4h，降至室温称量回收岩屑质量；
(5)按照式1计算页岩回收率R。
R＝G1/G0×100％ (式1)
式中：
G0：页岩质量，g
G1：回收后的页岩质量，g
R：页岩回收率，％
表1结果表明，经150～180℃高温滚动老化16～48h后，本发明产品对页岩的滚动回收率达到90％以上，抗温可达180℃。
表1页岩滚动回收实验结果

Claims (5)

1.一种钻井液流动相的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将带有回流冷凝、机械搅拌和控温装置的反应釜固定于铁架台上，向反应釜内通入氮气，置换反应器中的空气；
（2）向反应釜内加入桥连剂，并开动搅拌、控温和回流冷凝装置，设定搅拌速度为50-100 r/min，温度控制为85-95 ℃；
（3）搅拌状态下，将催化剂的水溶液加入到反应釜中，控制釜内温度为85-95 ℃，保温反应1-2 h；催化剂的水溶液中催化剂质量分数为10-15%，催化剂与桥连剂摩尔比为0.1-0.2：4；
（4）搅拌状态下，将非离子型表面活性剂缓慢倒入步骤（3）所得溶液中，控制反应釜内温度为90-100 ℃、搅拌速度为50-100 r/min、保温搅拌反应3-5 h；桥连剂与非离子型表面活性剂质量比为1-1.05: 1；
（5）待反应釜冷却至室温时，将与非离子型表面活性剂质量比为1: 1-2的多胺基化合物缓慢倒入反应釜中，控制反应釜内温度为100-120 ℃、搅拌速度为50-100 r/min、保温搅拌反应2-3 h，得到本发明钻井液流动相。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液流动相的制备方法，其特征在于所述的桥连剂为环氧氯丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的任一种或混合物。
3.根据权利要求1所述的一种钻井液流动相的制备方法，其特征在于所述的催化剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基苯磺酸中的一种或混合物。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液流动相的制备方法，其特征在于所述的非离子型表面活性剂为烷基蔗糖酯、失水山梨醇酯中的任一种或混合物。
5.根据权利要求1所述的一种钻井液流动相的制备方法，其特征在于所述的多胺基化合物为多乙烯多胺、聚乙烯亚胺（Mw=300）、聚乙烯亚胺（Mw=600）、聚乙烯亚胺（Mw=1800）中的任一种或混合物。
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