CN107841296B - 一种防塌雾化液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防塌雾化液，成分为：0.1～0.3wt％的雾化剂；0.3～0.7wt％的井壁稳定剂，所述井壁稳定剂由糖苷类化合物、3‑氯‑1,2‑丙二醇和碳原子数为1～15的叔胺类化合物反应制备得到；所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷；余量为水。本发明采用特定种类的物质作为防塌雾化液的原料，在上述各种原料以及原料用量的综合作用下使得到的防塌雾化液具有强抑制、强吸附性能，能有效抑制泥页岩的水化膨胀，延长雾化钻井安全作业时间，提高雾化钻井适应地层出水量，且安全环保，有利于发挥气体钻井的技术优势。本发明还提供了一种防塌雾化液的制备方法。

Description

一种防塌雾化液及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种防塌雾化液及其制备方法。

背景技术

气体钻井技术作为提速提效措施发挥了重要作用，但地层出水后的井壁失稳及泥包卡钻等复杂难题成为推广气体钻井的瓶颈。雾化钻井是解决上述问题、保持气体钻井优势的技术措施，但雾化钻井适用出水量较低，井壁稳定时间短等工况。随着科技的发展，高效、低成本和无毒雾化液越来越受到重视，因此，开展环保型防塌雾化液成为大势所趋。

雾化钻井属欠平衡钻井，故力学防塌技术措施在雾化钻井过程中受到限制，需要从化学的角度提高雾化钻井流体的抑制防塌能力，使雾化液保持良好的抑制性来减少水化作用，补偿循环流体密度低的影响。现有技术中雾化液的主要成分为抑制剂，通过抑制剂的强抑制、强吸附能力满足雾化钻井流体的强抑制性能。可选择的抑制剂主要为KCl、大分子包被剂等，这种处理剂抑制防塌能力有限，而且可生物降解性差；或采用含阳离子单体的聚合物作为防塌剂，这种处理剂可生物降解性差，不利于环境保护。

因此，现有技术需要一种抑制性能和环保性能均较好的雾化液。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种雾化液及其制备方法，本发明提供的雾化液具有较好的抑制性能同时可生物降解，环保性能好。

本发明提供了一种防塌雾化液，成分为：

0.1～0.3wt％的雾化剂；

0.3～0.7wt％的井壁稳定剂，所述井壁稳定剂由糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～15的叔胺类化合物反应制备得到；所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷；

余量为水。

优选的，所述雾化剂为非离子表面活性剂和/或阴离子表面活性剂中的一种或几种。

优选的，所述雾化剂为烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺中的一种或两种。

优选的，所述雾化剂为烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺；

所述烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺的质量比为1：(0.5～1.5)。

优选的，所述烷基糖苷为甲基糖苷或丙基糖苷。

优选的，所述叔胺类化合物为三甲胺、三乙胺、三丁胺或十二烷基二甲基叔胺。

本发明提供了一种上述技术方案所述的防塌雾化液的制备方法，包括：

将雾化剂、井壁稳定剂和水混合，得到防塌雾化液。

优选的，所述井壁稳定剂的制备方法为：

将糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～5的叔胺类化合物进行反应，得到井壁稳定剂；所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷；所述反应的温度为40～80℃。

优选的，所述反应的时间为3～10h。

优选的，所述反应在溶剂中进行。

本发明提供的防塌雾化液采用环保型井壁稳定剂为其主要成分，通过井壁稳定剂和雾化剂的相互作用，使雾化液具有强抑制、强吸附性能，强化了雾化钻井流体的强抑制防塌能力。本发明提供的雾化液能够解决现有雾化钻井施工中雾化钻井安全作业时间短、可生物降解性差、适用地层出水量低的问题，进一步发挥气体钻井的技术优势。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种防塌雾化液，成分为：

0.1～0.3wt％的雾化剂；

0.3～0.7wt％的井壁稳定剂，所述井壁稳定剂由糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～15的叔胺类化合物反应制备得到；所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷；

余量为水。

本发明提供的防塌雾化液含有0.1～0.3wt％的雾化剂。在本发明中，所述雾化剂能促使基液产生泡沫。在本发明中，所述雾化剂优选为非离子表面活性剂和/或阴离子表面活性剂中的一种或几种，更优选为烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺中的一种或两种，最优选为烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺。

本发明对所述烷基多糖苷种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的烷基多糖苷即可，可由市场购买获得。在本发明中，所述烷基多糖苷的外观优选为无色至淡黄色粘稠液体，固形物含量优选为50％，pH(10％水溶液)优选为11.5～12.5，游离醇含量优选≤1.0％，无机盐含量优选为≤4.0％，低碳糖苷含量优选为≤0.5％，平均聚合度优选为1.2～1.8，粘度(20℃)优选为≥100mPa.s，浊点优选为>100，HLB值优选为14～16，密度优选为1.05～1.15。可采用武汉博洋化工有限公司提供的烷基多糖苷。

本发明对所述烷基葡萄糖酰胺种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的表面活性剂用烷基葡萄糖酰胺即可，可由市场购买获得，也可制备得到。如可采用山东鲁科化工有限责任公司提供的烷基葡萄糖酰胺。

在本发明中，所述烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺的质量比优选为1：(0.5～1.5)，更优选为1：(0.8～1.2)，最优选为1：1。

在本发明中，所述雾化剂的用量应控制在0.1～0.3wt％，优选为0.15～0.25wt％，更优选为0.15～0.25wt％，最优选为0.2wt％。在本发明中，所述雾化剂的质量含量少于0.1％时，发泡能力变差，不能满足雾化钻井需求；当雾化剂的质量含量大于0.3％时，发泡能力强，泡沫半衰期长，也不能进行雾化钻井。

本发明提供的防塌雾化液含有0.3～0.7wt％的井壁稳定剂，所述井壁稳定剂由糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～15的叔胺类化合物反应制备得到。在本发明中，所述井壁稳定剂能够起到抑制防塌，强化雾化钻井流体的抑制、吸附和包被性能，提高雾化钻井适用地层出水量，延长雾化钻井安全作业时间的作用，同时本发明提供的井壁稳定剂可生物降解，有利于环境保护。

在本发明中，所述井壁稳定剂的制备方法优选为：

将糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～5的叔胺类化合物进行反应，得到井壁稳定剂；所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷。

在本发明中，所述反应的温度优选为40～80℃，更优选为50～70℃，最优选为55～65℃。在本发明中，所述反应的压力优选为常压。在本发明中，所述反应的时间优选为3～10h，更优选为4～9h，更优选为5～8h，最优选为6～7h。在本发明中，所述反应优选在溶剂中进行，所述溶剂优选为水。

在本发明中，所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷，更优选为甲基糖苷、丙基糖苷或乙二醇糖苷。本发明对所述烷基糖苷的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得，也可制备得到。如可采用中原钻井院公司提供的甲基糖苷、丙基糖苷或乙二醇糖苷。

在本发明中，所述叔胺类化合物优选为三甲胺、三乙胺、三丁胺或十二烷基二甲基叔胺。

在本发明中，所述糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～5的叔胺类化合物的摩尔比优选为1:(0.5～5)：(0.2～1.2)，更优选为1:(1～4)：(0.5～1)，最优选为1:(2～3)：(0.6～0.8)。

本发明提供的方法制备得到的井壁稳定剂的收率大于95％。

在本发明中，所述井壁稳定剂能被吸附于黏土表面阻止水分子进入并水化黏土，使用量为0.3％～0.7wt％，优选为0.4％～0.6wt％，更优选为0.45％～0.55wt％。随着井壁稳定剂使用量的增加，其抑制防塌能力提高，本领域技术人员在钻遇砂泥岩互层或出水量大的地层可相应提高井壁稳定剂的使用量。

本发明提供的防塌雾化液含有水，所述雾化剂、井壁稳定剂和水总的质量含量为100％，水的含量为除雾化剂和井壁稳定剂后的余量。

在本发明中，所述防塌雾化液的pH值优选为7.5～9，更优选为8～8.5。

本发明提供了一种上述技术方案所述的防塌雾化液的制备方法，包括：

将雾化剂、井壁稳定剂和水混合，得到防塌雾化剂。

在本发明中，所述雾化剂、井壁稳定剂和水的种类、来源和质量含量与上述技术方案所述雾化剂、井壁稳定剂和水的种类、来源和质量含量一致，在此不再赘述。

本发明优选将井壁稳定剂溶于水中搅拌后静置，得到混合物；

向所述混合物中加入雾化剂混合，得到防塌雾化液。

在本发明中，所述搅拌的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃，最优选为24～26℃。在本发明中，所述搅拌的速度优选为4000～6000r/min，更优选为4500～5500r/min，最优选为4800～5200r/min。在本发明中，所述搅拌的时间优选为10～20min，更优选为12～18min，最优选为14～16min。在本发明中，所述静置的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃，最优选为24～26℃。在本发明中，所述静置的时间优选为16～24h，更优选为18～22h，最优选为20h。

本发明提供的防塌雾化液具有强抑制、强吸附性能，可有效抑制泥页岩的水化膨胀，延长雾化钻井安全作业时间，提高雾化钻井适应地层出水量，并且该雾化液可生物降解、具有良好的环保性能，有利于发挥气体钻井的技术优势。

按照下述方法测试防塌雾化液发泡能力:

常温条件下，在搅拌杯中加入100mL防塌雾化液，高速(10000r/min以上)搅拌60s后，立即倒入量筒中读取泡沫体积，表示雾化剂的起泡能力，记录泡沫中析出50mL液体所需时间，即泡沫的半衰期。

按照下述方法测试防塌雾化液的页岩回收率：

取2.0～3.8mm页岩于(105±3)℃下烘至恒重，降至室温。称取50g页岩(G₀)放入防塌雾化液中于120℃下滚动16h，降温后取出，用孔径0.42mm筛回收岩芯，于(105±3)℃下烘至恒重，降至室温称回收岩芯质量(G₁)；将回收所得岩芯置于清水中，在120℃下滚动2h，降温取出，用0.42mm筛回收岩芯，于(105±3)℃下烘至恒重，并降至室温称二次回收岩心质量(G₂)，计算回收率：一次回收率(R₁)＝G₁/G₀×100％，二次回收率(R₂)＝G₂/G₀×100％，相对回收率(R′)＝R₂/R₁×100％。

实验结果表明，本发明提供的雾化液在120℃下，页岩一次回收率为95.55％，二次回收率为94.7％，相对回收率达99.11％。雾化液被清水稀释10倍后，页岩回收率达95.0％，不会因钻井液被地层水稀释或气液转换时抑制剂降低或发生改变而加剧泥页岩水化；雾化钻井井壁稳定时间由3～5d延长至8～11d；适应地层出水量由30m³/h提高至55m³/h；雾化液循环利用率达92.0％，保持了空气钻井钻遇出水地层的提速优势。

对本发明提供的防塌雾化剂进行生物毒性测试，测试结果为防塌雾化剂的EC₅₀为274000。

对本发明提供的防塌雾化剂进行生物降解性测试，测试结果为防塌雾化剂生物降解率达到99.5％。

本发明以下实施例所用到的烷基多糖苷为武汉博洋化工有限公司公司提供的，烷基葡萄糖酰胺为山东鲁科化工有限责任公司提供的，甲基糖苷为中原钻井院公司提供的，乙二醇糖苷为中原钻井院公司提供的，丙基糖苷为中原钻井院公司提供的，3-氯-1,2-丙二醇为天津盛通泰化工有限公司公司提供的，三甲胺为天津信亿化工有限公司公司提供的产品，三乙胺为天津信亿化工有限公司公司提供的产品，三丁胺为天津信亿化工有限公司公司提供的产品，十二烷基二甲基叔胺为天津开发区乐泰化工有限公司公司提供的产品。

实施例1

在常温常压下，先将0.5wt％的井壁稳定剂溶于500mL水中，于4000r/min条件下搅拌20min，室温静置16h，使其充分溶解后加入0.2wt％的烷基多糖苷(APG)，混合搅拌均匀，即得防塌雾化液。

所述井壁稳定剂由194.18g的甲基糖苷、55.275g的3-氯-1,2-丙二醇和11.822g的三甲胺在水中反应得到的产物，反应温度为40℃、常压反应的时间为3h。

本发明实施例1制备得到的防塌雾化液的pH值为8。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例1提供的防塌雾化液的发泡能力，测试结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的发泡能力测试结果。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例1提供的防塌雾化液的页岩回收率，测试结果如表2所示，表2为本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的抑制防塌性能的测试结果。

测试本发明实施例1提供的防塌雾化液的生物毒性，测试结果如表3所示，表3为本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的生物毒性的测试结果。

测试本发明实施例1提供的防塌雾化液的生物降解性，测试结果如表4所示，表4为本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的生物降解性的测试结果。

实施例2

在常温常压下，先将0.5wt％的井壁稳定剂溶于500mL水中，于6000r/min条件下搅拌10min，室温静置24h，使其充分溶解后加入0.3wt％的烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺，烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺的质量比例为1：1，混合搅拌均匀，即得防塌雾化液。

所述井壁稳定剂由194.18g的甲基糖苷、552.75g的3-氯-1,2-丙二醇和121.428g的三乙胺在水中反应得到的产物，反应温度为80℃、常压反应的时间为10h。

本发明实施例2制备得到的防塌雾化液的pH值为9。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例2提供的防塌雾化液的发泡能力，测试结果如表1所示。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例2提供的防塌雾化液的页岩回收率，测试结果如表2所示。

测试本发明实施例2提供的防塌雾化液的生物毒性，测试结果如表3所示。

测试本发明实施例2提供的防塌雾化液的生物降解性，测试结果如表4所示。

实施例3

在常温常压下，先将0.5wt％的井壁稳定剂溶于400mL水中，于5000r/min条件下搅拌20min，室温静置20h，使其充分溶解后加入0.2wt％的烷基葡萄糖酰胺，混合搅拌均匀，即得防塌雾化液。

所述井壁稳定剂由194.18g的乙二醇糖苷、276.375g的3-氯-1,2-丙二醇和185.35g的三丁胺在水中反应得到的产物，反应温度为50℃、常压反应的时间为9h。

本发明实施例3制备得到的防塌雾化液的pH值为10。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例3提供的防塌雾化液的发泡能力，测试结果如表1所示。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例3提供的防塌雾化液的页岩回收率，测试结果如表2所示。

测试本发明实施例3提供的防塌雾化液的生物毒性，测试结果如表3所示。

测试本发明实施例3提供的防塌雾化液的生物降解性，测试结果如表4所示。

实施例4

在常温常压下，先将0.5wt％的井壁稳定剂溶于400mL水中，于5000r/min条件下搅拌20min，室温静置20h，使其充分溶解后加入0.3wt％的烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺，烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺的质量比例为1：1，混合搅拌均匀，即得防塌雾化液。

所述井壁稳定剂由194.18g的丙基糖苷、55.28g的3-氯-1,2-丙二醇和42.68g的十二烷基二甲基叔胺在水中反应得到的产物，反应温度为50℃、常压反应的时间为10h。

本发明实施例4制备得到的防塌雾化液的pH值为8。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例4提供的防塌雾化液的发泡能力，测试结果如表1所示。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例4提供的防塌雾化液的页岩回收率，测试结果如表2所示。

测试本发明实施例4提供的防塌雾化液的生物毒性，测试结果如表3所示。

测试本发明实施例4提供的防塌雾化液的生物降解性，测试结果如表4所示。

比较例1

0.3wt％雾化剂、0.03wt％阴离子包被絮凝剂、0.5wt％小阳离子泥页岩抑制剂，余量为水；所述雾化剂为烷基酚聚氧乙烯醚，所述阴离子包被絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺。

本发明比较例1提供的防塌雾化液的pH值为8。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明比较例1提供的防塌雾化液的发泡能力，测试结果如表1所示。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明比较例1提供的防塌雾化液的页岩回收率，测试结果如表2所示。

测试本发明比较例1提供的防塌雾化液的生物毒性，测试结果如表3所示。

测试本发明比较例1提供的防塌雾化液的生物降解性，测试结果如表4所示。

表1本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的发泡能力测试结果

由表1可知，本发明提供的防塌雾化液泡沫体积为400～550mL，半衰期为5min～6min，满足雾化钻井需求。

表2本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的抑制防塌性能的测试结果

由表2可知，本发明提供的防塌雾化液具有很强的抑制防塌能力，对天然泥岩岩心的二次页岩回收率大于95.0％，比较例1的二次页岩回收率仅为42.5％。

表3本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的生物毒性的测试结果

表4本发明实施例和比较例提供的防塌雾化液的生物降解性的测试结果

注：η₄为4d降解率(％)；η₈为8d降解率(％)；η₂₀为20d降解率(％)。

由表3和表4可知，本发明提供的防塌雾化液的生物毒性EC₅₀值高于183500mg/L，生物可降解性高于96.5％；比较例1提供的防塌雾化液的生物毒性EC₅₀值高于2000mg/L(排放标准30000mg/L)生物可降解性为53.93％。本发明提供的防塌雾化液可生物降解性好、无生物毒性，更有利缓解环保压力，提高其应用范围。

由以上实施例可知，本发明提供的防塌雾化液以环保型井壁稳定剂为主剂，无毒环保，易生物降解，提高井壁稳定能力的同时有利于缓解目前钻井液的环保压力，拓展雾化钻井液的应用范围。

Claims (7)

1.一种防塌雾化液，成分为：

0.1～0.3wt％的雾化剂；

0.3～0.7wt％的井壁稳定剂，所述井壁稳定剂由糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～15的叔胺类化合物反应制备得到；所述糖苷类化合物包括碳原子数为1～5的烷基糖苷或乙二醇糖苷；

余量为水；

所述雾化剂为烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺；

所述烷基多糖苷和烷基葡萄糖酰胺的质量比为1：(0.5～1.5)。

2.根据权利要求1所述的防塌雾化液，其特征在于，所述碳原子数为1～5的烷基糖苷为甲基糖苷或丙基糖苷。

3.根据权利要求1所述的防塌雾化液，其特征在于，所述叔胺类化合物为三甲胺、三乙胺、三丁胺或十二烷基二甲基叔胺。

4.一种权利要求1～3中任意一项所述的防塌雾化液的制备方法，包括：

将雾化剂、井壁稳定剂和水混合，得到防塌雾化剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述井壁稳定剂的制备方法为：

将糖苷类化合物、3-氯-1,2-丙二醇和碳原子数为1～5的叔胺类化合物进行反应，得到井壁稳定剂；所述反应的温度为40～80℃。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应的时间为3～10h。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应在溶剂中进行。