CN107964397B - 一种钻井液活度调节剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井液活度调节剂及其制备方法，按所述活度调节剂的总重量为100重量份计，所述活度调节剂包括以下组分：多羟基化合物30‑40重量份、有机盐20‑30重量份、聚胺5‑10重量份和改性糖苷10‑15重量份，余量为防冻剂。本发明提供的活度调节剂可以阻止泥页岩的渗透水化，避免泥岩水化，维持井壁的原始状态，解决泥页岩地层的井壁稳定难题。本发明提供的活度调节剂可以提高钻井液润滑性，降低钻井过程中钻具摩阻。

Description

一种钻井液活度调节剂及其制备方法

技术领域

本发明属于石油钻井领域，涉及一种钻井液活度调节剂及其制备方法。

背景技术

对一般泥页岩地层而言，传统上使用抑制性水基钻井液钻井如KCl、PHPA、阳离子型钻井液。该钻井液体系侵入带中，均会使孔隙压力增加。当钻井液压力扩散与溶质扩散并行时，可忽略孔隙压力和膨胀压的影响，页岩地层或多或少地处于稳定状态。抑制性溶质能减小膨胀压，配合使用高分子量聚合物(如PHPA)，可避免粘土分散。然而，随钻井时间的延长，这些钻井液的性能，尤其是抑制性会随之变差。另外还有渗透性水基钻井液如CaCl₂、MgCl₂、HCOOK、甲基糖苷类钻井液使用后能在页岩流体系统中建立起“渗透膜”。该类钻井液利用流动性差的滤液来产生膜效应、降低水的活度、沿页岩方向形成渗透压力梯度。实验表明，有效的渗透压能抵消由钻井液液柱压力引起的过平衡，使页岩发生去水化反应。近年来还有经常提到的低、非渗透性(即无渗透)水基钻井液、油基钻井液、硅酸盐、油基/合成基和全油基、全合成基钻井液。这类钻井液能阻止滤液侵入页岩，防止含水量、膨胀压、孔隙压力的变化。例如，由于毛管压力的作用，可限制全油基、全合成基钻井液侵入，硅酸盐会形成沉淀和凝胶物，从而堵塞孔隙喉道，当页岩水的活度和钻井液活度相等时，就没有渗透水传递。以上这些钻井液体系确实对保护油气层，稳定井壁和安全钻井方面取得了不少实际成果。这些钻井液体系稳定井壁的机理主要分为五个方面：1)通过抑制性溶质来抑制地层水化膨胀；2)形成“渗透膜”减少滤液侵害，利用流动性差的滤液来产生膜效应、降低水的活度、沿页岩方向形成渗透压力梯度；3)利用毛管压力作用阻碍滤液侵害地层；4)通过堵塞孔道减少地层侵害；5)平衡地层水活度使得滤液和溶质侵害现象尽量减少。因此降低钻井液活度可有效的降低钻井液对泥页岩地层的渗透水化，提高钻井液抑制性，有利于钻井过程中的井壁稳定。目前需要开发一种新的活度调节剂来调节钻井液的活度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井液活度调节剂及其制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种钻井液活度调节剂，按所述活度调节剂的总重量为100重量份计，所述活度调节剂包括以下组分：多羟基化合物30-40重量份、有机盐20-30重量份、聚胺5-10重量份和改性糖苷10-15重量份，余量为防冻剂。

在石油钻井领域中，所述聚胺就其结构而言并不是指重复结构单元中含有胺基的聚合物，在钻井液领域，所涉及的聚胺的结构如下：

即在石油钻井领域，聚胺指的是聚醚的胺基化产物，即端氨基聚醚或聚醚胺。

本发明提供的活度调节剂利用分子结构中所带的羟基和胺基这种能与水形成氢键的官能团，通过化学键合作用使水分子内和水分子间形成网络结构而成为低活度的键合水，与泥页岩争夺水分子，改变钻井液中的水分子状态，使自由水向束缚水转化，实现地层泥页岩中的水与钻井液中的水处于活度平衡状态，进而阻止泥页岩的渗透水化，避免泥岩水化，维持井壁的原始状态，解决泥页岩地层的井壁稳定难题。本发明提供的活度调节剂可以提高钻井液润滑性，降低钻井过程中钻具摩阻。在油气层保护方面该活度调节剂可以降低油水和气液界面张力，抑制水敏和水锁，有效的保护油气层，达到一剂多能的良好效果。

在本发明中，所述多羟基化合物的重量份为30-40重量份，例如30重量份、32重量份、35重量份、37重量份、40重量份等。

优选地，所述多羟基化合物为聚醚多元醇。

在本发明中，所述有机盐的重量份为20-30重量份，例如20重量份、22重量份、25重量份、27重量份、30重量份等。

优选地，所述有机盐为甲酸钾。

本发明提供的活度调节剂中的甲酸钾中的羧基同样可以与水形成氢键作用，进一步的使水分子内和水分子间形成网络结构而成为低活度的键合水。

在本发明中，所述聚胺的重量份为5-10重量份，例如5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等。

优选地，所述聚胺为聚醚胺。

在本发明中，所述改性糖苷的重量份为10-15重量份，例如10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份等。

优选地，所述改性糖苷为甲基葡萄糖糖苷。

在本发明中，所述防冻剂为乙二醇。

另一方面，本发明提供了如上所述的钻井液活度调节剂的制备方法，所述制备方法如下：

(1)将多羟基化合物与有机盐混合，再依次加入聚胺和改性糖苷，搅拌，得到混合物；

(2)将防冻剂加入步骤(1)得到的混合物中，混合，得到所述钻井液活度调节剂。

本发明提供的制备方法简单易行，利用本发明提供的制备方法制备得到的活度调节剂可以有效地降低钻井液的活度，解决泥页岩地层的井壁稳定难题。

在本发明中，步骤(1)所述混合在高速搅拌机中进行。

优选地，步骤(1)所述混合的温度为75-85℃，例如75℃、77℃、80℃、82℃、85℃等。

优选地，步骤(1)所述混合的时间为5-15min，例如5min、7min、10min、12min、15min等。

优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为10-30min，例如10min、15min、20min、25min、30min等。

优选地，步骤(2)所述混合为在75-85℃下混合5-15min后降温到20-30℃混合55-65min。所述75-85℃可以是75℃、77℃、80℃、82℃、85℃等；所述5-15min可以是5min、7min、10min、12min、15min等；所述20-30℃可以是20℃、22℃、25℃、27℃、30℃等；所述55-65min可以是55min、57min、60min、62min、65min等。

在本发明中，将多羟基化合物与有机盐混合，再依次加入聚胺和改性糖苷进行搅拌，可以是将多羟基化合物与有机盐混合后加入聚胺搅拌5-15min，然后加入改性糖苷再搅拌5-15min。

在本发明中，作为优选技术方案，所述制备方法如下：

(1)将多羟基化合物与有机盐在高速搅拌机中，在75-85℃下混合5-15min，再依次加入聚胺和改性糖苷，搅拌10-30min，得到混合物；

(2)将防冻剂加入步骤(1)得到的混合物中，在75-85℃下混合5-15min后降温到20-30℃混合55-65min，得到所述钻井液活度调节剂。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的活度调节剂可以阻止泥页岩的渗透水化，避免泥岩水化，维持井壁的原始状态，解决泥页岩地层的井壁稳定难题。本发明提供的活度调节剂可以提高钻井液润滑性，降低钻井过程中钻具摩阻。在油气层保护方面该活度调节剂可以降低油水和气液界面张力，抑制水敏和水锁，有效的保护油气层，达到一剂多能的良好效果。本发明提供的制备方法简单易行。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

按活度调节剂的总重量为100重量份计，活度调节剂包括以下组分：聚醚多元醇30重量份、甲酸钾20重量份、聚醚胺5重量份和甲基葡萄糖糖苷10重量份，余量为乙二醇。

制备方法如下：

(1)将聚醚多元醇与甲酸钾在高速搅拌机中，在85℃下混合5min，再加入聚醚胺搅拌5min，最后加入甲基葡萄糖糖苷，搅拌5min，得到混合物。

(2)将乙二醇加入步骤(1)得到的混合物中，在85℃下混合5min后降温到30℃混合55min，得到钻井液活度调节剂。

实施例2

按活度调节剂的总重量为100重量份计，活度调节剂包括以下组分：聚醚多元醇35重量份、甲酸钾25重量份、聚醚胺8重量份和甲基葡萄糖糖苷12重量份，余量为乙二醇。

制备方法如下：

(1)将聚醚多元醇与甲酸钾在高速搅拌机中，在80℃下混合10min，再加入聚醚胺搅拌10min，最后加入甲基葡萄糖糖苷，搅拌10min，得到混合物。

(2)将乙二醇加入步骤(1)得到的混合物中，在80℃下混合10min后降温到25℃混合60min，得到钻井液活度调节剂。

实施例3

按活度调节剂的总重量为100重量份计，活度调节剂包括以下组分：聚醚多元醇40重量份、甲酸钾30重量份、聚醚胺10重量份和甲基葡萄糖糖苷15重量份，余量为乙二醇。

制备方法如下：

(1)将聚醚多元醇与甲酸钾在高速搅拌机中，在75℃下混合15min，再加入聚醚胺搅拌15min，最后加入甲基葡萄糖糖苷，搅拌15min，得到混合物。

(2)将乙二醇加入步骤(1)得到的混合物中，在75℃下混合15min后降温到20℃混合65min，得到钻井液活度调节剂。

实施例4

按活度调节剂的总重量为100重量份计，活度调节剂包括以下组分：聚醚多元醇32重量份、甲酸钾22重量份、聚醚胺6重量份和甲基葡萄糖糖苷11重量份，余量为乙二醇。

制备方法如下：

(1)将聚醚多元醇与甲酸钾在高速搅拌机中，在82℃下混合7min，再加入聚醚胺搅拌7min，最后加入甲基葡萄糖糖苷，搅拌8min，得到混合物。

(2)将乙二醇加入步骤(1)得到的混合物中，在82℃下混合7min后降温到27℃混合57min，得到钻井液活度调节剂。

实施例5

按活度调节剂的总重量为100重量份计，活度调节剂包括以下组分：聚醚多元醇37重量份、甲酸钾27重量份、聚醚胺9重量份和甲基葡萄糖糖苷14重量份，余量为乙二醇。

制备方法如下：

(1)将聚醚多元醇与甲酸钾在高速搅拌机中，在77℃下混合12min，再加入聚醚胺搅拌12min，最后加入甲基葡萄糖糖苷，搅拌13min，得到混合物。

(2)将乙二醇加入步骤(1)得到的混合物中，在77℃下混合12min后降温到22℃混合62min，得到钻井液活度调节剂。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，本对比例不加入聚醚多元醇。

对实施例1-5和对比例1提供的活度调节剂进行性能测试，测试方法为：称取20g活度调节剂溶于100mL水中，搅拌均匀；与水做对比，测试实施例1-5和对比例1提供的活度调节剂的活度、防膨率、润滑性、表面张力，测试结果如表1：

表1

	活度	膨胀率/％	润滑系数	表面张力(mN/m)	粘度(mm<sup>2</sup>/s)
						水	1	120.87	0.34	66.5	0.83
实施例1	0.90	7.85	0.15	32.3	1.256
						实施例2	0.88	2.64	0.12	30.3	1.258
实施例3	0.86	2.60	0.10	30.2	1.259
						实施例4	0.85	2.66	0.11	31.2	1.252
实施例5	0.87	2.69	0.14	30.9	1.254
						对比例1	0.85	5.66	0.25	38.2	1.250

由表1的数据可以看出，本发明提供的活度调节剂能有效的降低水活度、粘土膨胀率、润滑系数和表面张力，同时提高滤液粘度，有利于提高钻井液泥页岩井壁稳定性、润滑性和储层保护性能。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的钻井液活度调节剂及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种钻井液活度调节剂，其特征在于，按所述活度调节剂的总重量为100重量份计，所述活度调节剂由以下组分组成：多羟基化合物32-40重量份、有机盐20-27重量份、聚胺5-10重量份和改性糖苷10-15重量份，余量为防冻剂；

其中，所述多羟基化合物为聚醚多元醇，所述有机盐为甲酸钾，所述聚胺为聚醚胺，所述改性糖苷为甲基葡萄糖糖苷，所述防冻剂为乙二醇。

2.根据权利要求1所述的钻井液活度调节剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：

(1)将多羟基化合物与有机盐混合，再依次加入聚胺和改性糖苷，搅拌，得到混合物；

(2)将防冻剂加入步骤(1)得到的混合物中，混合，得到所述钻井液活度调节剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在高速搅拌机中进行。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的温度为75-85℃。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的时间为5-15min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的时间为10-30min。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合为在75-85℃下混合5-15min后降温到20-30℃混合55-65min。

8.根据权利要求2-7中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：

(1)将多羟基化合物与有机盐在高速搅拌机中，在75-85℃下混合5-15min，再依次加入聚胺和改性糖苷，搅拌10-30min，得到混合物；

(2)将防冻剂加入步骤(1)得到的混合物中，在75-85℃下混合5-15min后降温到20-30℃混合55-65min，得到所述钻井液活度调节剂。