CN107987808A - 一种钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻井液,包括:阳离子烷基糖苷,所述阳离子烷基糖苷具有式I所示的结构;聚醚胺基烷基糖苷,所述聚醚胺基烷基糖苷具有式II所示的结构;处理剂;水。与现有技术相比,本发明提供的钻井液的主要成分为具有特定结构的阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷,在阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的共同作用下,使得到的钻井液具有较好的抑制性、润滑性、抗温性以及储层保护性,这种钻井液不仅适用于强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平钻井,而且适用于对储层保护性要求较好的地层。本发明提供的钻井液为水基钻井液,这种钻井液成本较低、安全环保,能够直接排放,可用于对环保要求较高的地层。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域,尤其涉及一种钻井液。
背景技术
油气钻探过程中,在钻遇黏土矿物含量较高的强水敏性泥页岩以及含泥页岩等易坍塌地层时,普通的水基钻井液虽然抑制防塌效果较好,成本低、绿色环保,但是不能有效地抑制强水敏地层的水化膨胀、分散,其性能无法达到与油基钻井液相当的程度,因此,在钻遇活性高的易坍塌地层时首选采用油基钻井液。但是,油基钻井液有配制成本高、不利于钻井作业、井漏时损失严重、钻屑后处理压力大等问题,这些缺点限制了油基钻井液的大规模应用。近年来,随着勘探区域的不断扩大,所遇复杂地层也不断增多,对钻井液的性能以及环保要求越来越高,寻求一种与油基钻井液性能相当的水基钻井液成为研究的热点。
目前急需一种抑制性能、润滑性能、封堵性能、抗温性能以及储层保护性能较好的水基钻井液。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种钻井液,本发明提供的钻井液具有较好的制性能、润滑性能、封堵性能、抗温性能以及储层保护性能。
本发明提供了一种钻井液,包括:
阳离子烷基糖苷,所述阳离子烷基糖苷具有式I所示的结构:
式I中,R1和R2独立地选自碳原子数为1~10的烷基,m为1~3,n为1~5;
聚醚胺基烷基糖苷,所述聚醚胺基烷基糖苷具有式II所示的结构:
式II中,R选自碳原子数为1~10的烷基,p为1~3,q为0~3;
处理剂;
水。
优选的,所述阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的质量比为1:(1~5)。
优选的,所述处理剂在钻井液中的浓度为10g/100mL~30g/100mL。
优选的,所述处理剂包括增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、稳定剂、封堵剂、增强剂和pH值调节剂中的一种或几种。
优选的,所述增粘剂包括黄原胶、聚阴离子纤维素钠盐、高粘度羧甲基纤维素钠盐和聚丙烯酰胺钾盐中的一种或几种。
优选的,所述流型调节剂包括膨润土和糊精中的一种或两种。
优选的,所述降滤失剂包括低粘度羧甲基纤维素钠盐和羧甲基淀粉钠中的一种或两种。
优选的,所述稳定剂包括磺化酚醛树脂和磺化褐煤中的一种或两种。
优选的,所述封堵剂包括碳酸钙、油溶树脂和磺化沥青中的一种或几种。
优选的,所述增强剂包括金属氯化盐和甲酸钾中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明提供的钻井液的主要成分为具有特定结构的阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷,在阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的共同作用下,使得到的钻井液具有较好的抑制性、润滑性、抗温性以及储层保护性,这种钻井液不仅适用于强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平钻井,而且适用于对储层保护性要求较好的地层。另外,本发明提供的钻井液为水基钻井液,以烷基糖苷衍生物为主要成分,这种钻井液成本较低、安全环保,能够直接排放,可用于对环保要求较高的地层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的阳离子甲基葡萄糖苷的红外图谱;
图2为本发明实施例2制备得到的阳离子乙基葡萄糖苷的红外图谱;
图3为本发明实施例3制备得到的阳离子丙基葡萄糖苷的红外图谱;
图4为本发明实施例4制备得到的阳离子丁基葡萄糖苷的红外图谱;
图5为本发明实施例5制备得到的聚醚胺基甲基糖苷红外图谱;
图6为本发明实施例6制备得到的聚醚胺基乙基糖苷红外图谱;
图7为本发明实施例7制备得到的聚醚胺基丙基糖苷红外图谱;
图8为本发明实施例8制备得到的聚醚胺基丁基糖苷红外图谱。
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经改进或润饰的所有其它实例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钻井液,包括:
阳离子烷基糖苷,所述阳离子烷基糖苷具有式I所示的结构:
式I中,R1和R2独立地选自碳原子数为1~10的烷基,m为1~3,n为1~5;
聚醚胺基烷基糖苷,所述聚醚胺基烷基糖苷具有式II所示的结构:
式II中,R选自碳原子数为1~10的烷基,p为1~3,q为0~3;
处理剂;
水。
本发明提供的钻井液包括阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷、处理剂和水,为水基钻井液,阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷能够溶于水中。在本发明中,阳离子烷基糖苷溶于水中形成的溶液的质量浓度优选为10~20%,更优选为12~18%,最优选为14~16%。
在本发明中,所述阳离子烷基糖苷具有式I所示的结构,所述式I中R1和R2优选独立地选自碳原子数为1~5的烷基,更优选选自甲基、乙基、丙基或丁基。在本发明中,式I中的m优选为1.5~2.5,更优选为2。在本发明中,式I中的n优选为1~4,更优选为2~3。在本发明中,所述阳离子烷基糖苷的数均分子量优选为340~1500,更优选为500~1200,最优选为800~1000。
在本发明中,具有式I结构的阳离子烷基糖苷的制备方法优选包括以下步骤:
(A1)在催化剂的作用下,将氯化烷基环氧化物和水进行水解反应,得到水解产物;
(A2)将所述水解产物和烷基糖苷进行反应,得到氯代醇糖苷;
(A3)将所述氯代醇糖苷和叔胺进行反应,得到阳离子烷基糖苷。
在本发明中,所述催化剂优选为酸性催化剂,可以为有机酸和无机酸中的一种或几种。在本发明中,所述有机酸优选为磺酸类化合物,更优选为甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸或氨基磺酸。在本发明中,所述无机酸优选为硫酸、硝酸或磷酸。本发明对所述氯化烷基环氧化物的具体种类没有特殊的限制,本领域技术人员可根据预得到的阳离子烷基糖苷的结构进行选择,优选为环氧氯丙烷。在本发明中,所述催化剂、氯化烷基环氧化物和水的摩尔比优选为(0.02~0.12):1:(12~20),更优选为(0.04~0.1):1:(14~18),最优选为(0.06~0.08):1:(15~16)。在本发明中,所述水解反应的温度优选为60~100℃,更优选为70~90℃,最优选为80℃。在本发明中,所述水解反应的时间优选为3~8小时,更优选为4~7小时,最优选为6小时。
本发明对所述烷基糖苷的具体种类没有特殊的限制,本领域技术人员可根据预得到的阳离子烷基糖苷的结构进行选择,优选为甲基糖苷、乙基糖苷、乙二醇糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。在本发明中,所述水解产物和烷基糖苷的摩尔比优选为(0.5~5):1,更优选为(1~4):1,最优选为(2~3):1。在本发明中,所述步骤(A2)中的反应温度优选为80~110℃,更优选为90~100℃,最优选为95℃。在本发明中,所述步骤(A2)中的反应时间优选为0.5~4小时,更优选为1~3小时,最优选为2小时。
本发明对所述叔胺的具体种类没有特殊的限制,本领域技术人员可根据预得到的阳离子烷基糖苷的结构进行选择,优选为三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、己基二甲基叔胺、辛基二甲基叔胺、癸基二甲基叔胺或二十烷基二甲基叔胺。在本发明中,所述氯代醇糖苷和叔胺的摩尔比优选为1:(0.2~1.2),更优选为1:(0.5~1),最优选为1:(0.6~0.8)。在本发明中,所述步骤(A3)中的反应温度优选为40~80℃,更优选为50~70℃,最优选为60℃。在本发明中,所述步骤(A3)中的反应时间优选为3~10小时,更优选为4~9小时,最优选为5~8小时。在本发明中,所述步骤(A3)中的反应pH值优选为6~9,更优选为7~8。在本发明中,优选采用碱性化合物调节步骤(A3)反应过程中的pH值,所述碱性化合物优选为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠。
在本发明中,所述聚醚胺基烷基糖苷溶解在水中形成的溶液的质量浓度优选为20~30%,更优选为22~28%,最优选为24~26%。在本发明中,所述聚醚胺基烷基糖苷具有式II所示的结构,式II中的R优选为碳原子数为1~5的烷基,更优选为甲基、乙基、丙基或丁基。在本发明中,所述式II中的p优选为1、2或3。在本发明中,所述式II中的q优选为0、1、2或3。在本发明中,所述聚醚胺基烷基糖苷的数均分子量优选为240~950,更优选为300~900,更优选为400~800,最优选为500~600。
在本发明中,具有式II结构的聚醚胺基烷基糖苷的制备方法优选包括以下步骤:
(B1)在催化剂的作用下,将烷基环氧化物和烷基糖苷进行反应,得到中间产物;
(B2)将所述中间产物和有机胺进行反应,得到聚醚胺基烷基糖苷。
在本发明中,所述催化剂优选为酸性催化剂,可以为有机酸或无机酸中的一种或几种。在本发明中,所述有机酸与上述技术方案所述的有机酸的种类一致,在此不再赘述。在本发明中,所述无机酸优选为硝酸、硫酸或磷钨酸。本发明对所述烷基环氧化物的具体种类没有特殊的限制,本领域技术人员可根据预得到的聚醚胺基烷基糖苷的结构进行选择,优选为环氧丙烷或环氧乙烷。本发明对所述烷基糖苷的具体种类没有特殊的限制,本领域技术人员可根据预得到的聚醚胺基烷基糖苷的结构进行选择,优选为甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。在本发明中,步骤(B1)中的反应优选在溶剂中进行,更优选在水中进行。在本发明中,所述烷基环氧化物、烷基糖苷、溶剂和催化剂的摩尔比优选为1:(0.5~1):(4~8):(0.01~0.1),更优选为1:(0.6~0.9):(5~7):(0.02~0.08),最优选为1:(0.7~0.8):6:(0.04~0.06)。
在本发明中,所述步骤(B1)中的反应温度优选为50~110℃,更优选为60~100℃,更优选为70~90℃,最优选为80℃。在本发明中,所述步骤(B1)中的反应时间优选为0.5~4小时,更优选为1~3小时,最优选为2小时。在本发明中,所述步骤(B1)中的反应压力优选为3~10MPa,更优选为4~9MPa,最优选为5~8MPa。
本发明对所述有机胺的具体种类没有特殊的限制,本领域技术人员可根据预得到的聚醚胺基烷基糖苷的结构进行选择,优选为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。在本发明中,所述中间产物和有机胺的摩尔比优选为1:(0.8~1.2),更优选为1:(0.9~1.1),最优选为1:1。在本发明中,所述步骤(B2)中的反应温度优选为40~90℃,更优选为50~80℃,最优选为60~70℃。在本发明中,所述步骤(B2)中的反应时间优选为3~10小时,更优选为4~9小时,最优选为5~8小时。在本发明中,所述步骤(B2)中反应的pH值优选为6~9,更优选为7~8。
本发明提供的钻井液包括处理剂,所述处理剂在钻井液中的浓度优选为10g/100mL~30g/100mL,更优选为15g/100mL~25g/100mL,最优选为20g/100mL。在本发明中,所述处理剂优选包括增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、稳定剂、封堵剂、增强剂和pH值调节剂中的一种或几种,更优选包括增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、稳定剂、封堵剂、增强剂和pH值调节剂。在本发明中,每100mL钻井液中优选包括:
0.5g~1.5g的增粘剂;
1.0g~3.0g的流型调节剂;
0.8g~1.2g的降滤失剂;
2.0g~4.0g的稳定剂;
2.0g~4.0g的封堵剂;
10g~24g的增强剂;
2.0g~4.0g的pH调节剂。
在本发明中,每100mL钻井液中优选包括0.8~1.2g的增稠剂,更优选包括1g的增稠剂。在本发明中,所述增稠剂优选包括黄原胶、聚阴离子纤维素钠盐、高粘度羧甲基纤维素钠盐和聚丙烯酰胺钾盐中的一种或几种,更优选包括黄原胶、聚阴离子纤维素钠盐、高粘度羧甲基纤维素钠盐和聚丙烯酰胺钾盐。在本发明中,所述黄原胶、聚阴离子纤维素钠盐、高粘度羧甲基纤维素钠盐和聚丙烯酰胺钾盐的质量比优选为(2~4):(2~4):(2~4):(1~3),更优选为(2.5~3.5):(2.5~3.5):(2.5~3.5):(1.5~2.5),最优选为3:3:3:2。
在本发明中,所述黄原胶的粘度优选为1200~1600cps,更优选为1400~1500cps。在本发明中,所述黄原胶的pH值优选为6.5~8,更优选为7~7.5。在本发明中,所述黄原胶中的水分含量优选≤13%。在本发明中,所述黄原胶中的灰分含量优选≤13%。在本发明中,所述黄原胶的粒度优选为180~355微米,更优选为200~300微米,最优选为240~260微米。本发明对所述黄原胶的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的黄原胶即可,可由市场购买获得。
在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐优选由天然棉花短纤维经一系列的复杂化学反应而制得的纤维素醚类衍生物,为一种高粘度的聚阴离子纤维素钠盐。在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐2%水溶液的粘度优选≥1000mPa.s。在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐的含水量优选≤10%。在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐的纯度优选≥95%。在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐的取代度优选≥0.8%。在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐的pH值优选为6.5~8,更优选为7~7.5。在本发明中,所述聚阴离子纤维素钠盐中的氯化钠含量优选≤5%。本发明对所述聚阴离子纤维素钠盐的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的聚阴离子纤维素钠盐即可,可由市场购买获得。
在本发明,所述高粘度羧甲基纤维素钠盐优选由棉花纤维和氯乙酸反应而成。在本发明中,所述高粘度羧甲基纤维素钠盐的含水量优选≤10%。在本发明中,所述高粘度所甲基纤维素钠盐的纯度优选≥95%。在本发明中,所述高粘度羧甲基纤维素钠盐的取代度优选≥0.8%。在本发明中,所述高粘度羧甲基纤维素钠盐的pH值优选为6.5~8,更优选为7~7.5。在本发明中,所述高粘度羧甲基纤维素钠盐的氯化钠含量优选≤5%。在本发明中,所述高粘度羧甲基纤维素钠盐2%水溶液的粘度优选≥1000mPa.s。本发明对所述高粘度羧甲基纤维素钠盐的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的高粘度羧甲基纤维素钠盐即可,可由市场购买获得。
在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐的水分含量优选≤10%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐的筛余物优选≤10%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐的纯度优选≥80%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐中的钾含量优选为11%~16%,更优选为12~13%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐的水解度优选为27%~35%,更优选为30~32%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐中氯离子含量优选≤1%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺钾盐的特性粘度优选≥6100mL/g。本发明对所述聚丙烯酰胺钾盐的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的聚丙烯酰胺钾盐即可,可由市场购买获得。
在本发明中,每100mL钻井液中优选包括1.5~2.5g的流型调节剂,更优选包括2g的流型调节剂。在本发明中,所述流型调节剂优选包括膨润土和糊精中的一种或两种,更优选为膨润土或糊精。在本发明中,所述膨润土优选为钠膨润土。在本发明中,所述钠膨润土中的水分含量优选≤10%。在本发明中,所述钠膨润土的纯度优选≥80%。在本发明中,所述钠膨润土的代替度优选≥0.8%。在本发明中,所述钠膨润土的pH值优选为7~9,更优选为8。在本发明中,所述钠膨润土中的氯化物含量优选≤20%。在本发明中,所述钠膨润土2%的水溶液的粘度优选<200mPa.s。
在本发明中,所述糊精的纯度优选≥80%。在本发明中,所述糊精的代替度优选≥0.8%。在本发明中,所述糊精的pH值优选为7~9,更优选为8。在本发明中,所述糊精中氯化物的含量优选≤20%。在本发明中,所述糊精2%水溶液的粘度优选<400mPa.s。
本发明对所述流型调节剂的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的上述种类的流型调节剂即可,可由市场购买获得。
在本发明中,每100mL钻井液中优选包括0.9~1.1g的降滤失剂,更优选包括1g的降滤失剂。在本发明中,所述降滤失剂优选包括低粘度羧甲基纤维素钠盐和羧甲基淀粉钠中的一种或两种,更优选为低粘度羧甲基纤维素钠盐或羧甲基淀粉钠。在本发明中,所述低粘度羧甲基纤维素钠盐中的水分含量优选≤10%。在本发明,所述低粘度羧甲基纤维素钠盐的纯度优选≥80%。在本发明中,所述低粘度羧甲基纤维素钠盐的代替度优选≥0.8%。在本发明中,所述低粘度羧甲基纤维素钠盐的pH值优选为7~9,更优选为8。在本发明中,所述低粘度羧甲基纤维素钠盐中氯化物的含量优选≤20%。在本发明中,所述低粘度羧甲基纤维素钠盐2%水溶液的粘度优选<200mPa.s。
在本发明中,所述羧甲基淀粉钠的粒度优选为90目~110目,更优选为100目。在本发明中,所述羧甲基淀粉钠中氯化钠含量优选<7%。在本发明中,所述羧甲基淀粉钠的取代度优选>0.2%。在本发明中,所述羧甲基淀粉钠的pH值优选为8~9,更优选为8.5。在本发明中,所述羧甲基淀粉钠的水分含量优选<10%。在本发明中,所述羧甲基淀粉钠2%的水溶液粘度优选为80mpa.s~120mpa.s,更优选为90mpa.s~110mpa.s,最优选为100mpa.s。
本发明对所述降滤失剂的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的上述种类的降滤失剂即可,可由市场购买获得。
在本发明中,每100mL的钻井液中优选包括2~4g的稳定剂,更优选包括3g的稳定剂。在本发明中,所述稳定剂优选包括磺化酚醛树脂和磺化褐煤中的一种或两种,更优选为磺化酚醛树脂或磺化褐煤。在本发明中,所述磺化酚醛树脂中的水分含量优选≤10%。在本发明中,所述磺化酚醛树脂的纯度优选≥80%。在本发明中,所述磺化酚醛树脂的代替度优选≥0.8%。在本发明中,所述磺化酚醛树脂的pH值优选为7~9,更优选为8。在本发明中,所述磺化酚醛树脂中氯化物的含量优选≤20%。在本发明中,所述磺化酚醛树脂2%水溶液的粘度优选<300mPa.s。在本发明中,所述磺化褐煤中的水分含量优选≤10%。在本发明中,所述磺化褐煤的纯度优选≥80%。在本发明中,所述磺化褐煤的代替度优选≥0.8%。在本发明中,所述磺化褐煤的pH值优选为7~9,更优选为8。在本发明中,所述磺化褐煤中氯化物的含量优选≤20%。在本发明中,所述磺化褐煤2%水溶液的粘度优选<200mPa.s。本发明对所述稳定剂的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的上述种类的稳定剂即可,可由市场购买获得。
在本发明中,每100mL的钻井液中优选包括2~4g的封堵剂,更优选包括3g的封堵剂。在本发明中,所述封堵剂优选包括碳酸钙、油溶树脂和磺化沥青中的一种或几种。在本发明中,所述封堵剂优选为无渗透封堵剂。在本发明中,所述碳酸钙的粒度优选为800~1200目,更优选为900~1100目,最优选为1000目。在本发明中,所述碳酸钙中的水分含量优选≤10%。在本发明中,所述碳酸钙中酸不溶物含量优选≤1%。在本发明中,所述磺化沥青的pH值优选为8~9,更优选为8.5。在本发明中,所述磺化沥青中的水分含量优选≤8%。在本发明中,所述磺化沥青中磺酸钠含量优选≥10%。在本发明中,所述磺化沥青中的水溶物优选≥70%。在本发明中,所述磺化沥青中油溶物优选≥25%。在本发明中,所述磺化沥青的HTHP滤失量优选≤25mL/30min。
本发明对所述封堵剂的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的上述种类的可作为钻井液封堵剂的碳酸钙、油溶树脂、无渗透封堵和磺化沥青即可,可由市场购买获得。
在本发明中,每100mL钻井液中优选包括12~20g增强剂,更优选包括14~16g增强剂。在本发明中,所述增强剂优选包括金属氯化盐和甲酸钾中的一种或几种。在本发明中,所述金属氯化盐优选包括氯化钠、氯化钾和氯化钙中的一种或几种。本发明对所述增强剂的来源没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的上述可作为钻井液增强剂的物质即可,可由市场购买获得。
在本发明中,每100mL钻井液中优选包括2~4g pH值调节剂,更优选包括3g pH值调节剂。在本发明中,所述pH值调节剂优选为碱性化合物,更优选为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾中的一种或几种。
本发明提供的钻井液为水基钻井液,主要成分为阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷和水。在本发明中,所述阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的质量比优选为1:(1~5),更优选为1:(2~4),最优选为1:3。在本发明中,所述阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的总质量和水的质量比优选为1:(1~3),更优选为1:(1.5~2.5),最优选为1:2。
本发明对上述技术方案所述的钻井液的制备方法没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的钻井液的制备方法将上述钻井液原料混合后老化即可制备得到。在本发明中,所述钻井液的制备方法优选为:
将阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷、处理剂和水混合后老化,得到钻井液。
在本发明中,所述阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷、处理剂和水以及它们的用量与上述技术方案所述的阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷、处理剂和水的用量一致,在此不再赘述。本发明对所述混合的方法没有特殊的限制,优选在搅拌的条件下进行所述混合。在本发明中,所述搅拌的速度优选为5000~10000r/min,更优选为6000~9000r/min,最优选为7000~8000r/min。在本发明中,所述混合的时间优选为30~50分钟,更优选为35~45分钟,最优选为40分钟。在本发明中,所述老化的温度优选为130~170℃,更优选为140~160℃,最优选为145~155℃。在本发明中,所述老化的时间优选为15~20小时,更优选为16~18小时。
在本发明中,所述钻井液的制备方法优选为:
将阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷、水、增稠剂、流型调节剂和降滤失剂混合,得到混合物;
将所述混合物和稳定剂、封堵剂、增强剂、pH调节剂混合后老化,得到钻井液。
本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品:
甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷和丁基糖苷均来源于中石化中原石油工程公司钻井工程技术研究院;
聚阴离子纤维素钠盐为濮阳中原三力实业有限公司提供的高粘度聚阴离子纤维素钠盐HV-PAC;
高粘度羧甲基纤维素钠盐为濮阳中原三力实业有限公司提供的高粘度羧甲基纤维素钠盐HV-CMC;
黄原胶为濮阳中原三力实业有限公司提供的黄原胶XC;
低粘度羧甲基纤维素钠盐为濮阳中原三力实业有限公司提供的低粘度羧甲基纤维素钠盐LV-CMC;
羧甲基淀粉钠为濮阳中原三力实业有限公司提供的羧甲基淀粉钠CMS-Na;
碳酸钙为濮阳三力实业有限公司提供的粒度为1000目的碳酸钙;
油溶树脂为郑州三祥科技有限公司提供的2420型号的油溶树脂;
无渗透封堵剂为山东得顺源石油科技有限公司提供的无渗透封堵剂WLP;
聚丙烯酰胺钾盐为濮阳诚信钻采助剂有限公司提供的聚丙烯酰胺钾盐KPAM;
钠膨润土为潍坊市龙凤膨润土有限公司提供的钠膨润土;
糊精为巩义永洪糊精厂提供的糊精;
磺化酚醛树脂为濮阳濮中化工有限公司提供的磺化酚醛树脂;
磺化褐煤为濮阳濮中化工有限公司提供的磺化褐煤;
磺化沥青为新乡市第七化工有限公司提供的磺化沥青。
实施例1
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入0.2moL环氧氯丙烷、2.4moL蒸馏水和0.004moL对甲苯磺酸,在常压下、60℃下反应3小时,得到3-氯-1-2-丙二醇水溶液;
将所述3-氯-1-2-丙二醇水溶液降温至常温,向其中加入0.4moL甲基糖苷,在常压80℃下反应0.5小时,得到氯代醇糖苷溶液;
将所述氯代醇糖苷溶液用饱和氢氧化钠水溶液中和到pH值为7,然后将0.04moL浓度为33.3%的三甲胺水溶液加入到氯代醇糖苷溶液底部,控制在1小时内加料完毕,在40℃下反应3小时,得到阳离子甲基葡萄糖苷,产品的收率为95.25%。
将本发明实施例1制备得到的阳离子甲基葡萄糖苷进行红外检测,检测结果如图1所示,图1为本发明实施例1制备得到的阳离子甲基葡萄糖苷的红外图谱,由图1可知,3100~3600cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,1480cm-1为亚甲基的对称变角振动峰,1350cm-1为甲基的对称变角振动峰,1151cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,1419cm-1为C-N键的吸收峰,1196cm-1为C-N键的弯曲振动峰,可确定含有季铵盐的结构。本发明实施例1提供的方法能够制备得到式I结构的目标产物。
实施例2
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入0.2moL环氧氯丙烷、3.2moL蒸馏水和0.014moL对氨基磺酸,在常压下、80℃下反应6小时,得到3-氯-1-2-丙二醇水溶液;
将所述3-氯-1-2-丙二醇水溶液降温至常温,向其中加入0.22moL乙基糖苷,在常压90℃下反应3小时,得到氯代醇糖苷溶液;
将所述氯代醇糖苷溶液用饱和氢氧化钾水溶液中和到pH值为7,然后将0.2moL三甲胺水溶液加入到氯代醇糖苷溶液底部,控制在1小时内加料完毕,在60℃下反应7小时,得到阳离子乙基葡萄糖苷,产品的收率为93.57%。
将本发明实施例2制备得到的阳离子乙基葡萄糖苷进行红外检测,检测结果如图2所示,图2为本发明实施例2制备得到的阳离子乙基葡萄糖苷的红外图谱,由图2可知,3100~3600cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,1481cm-1为亚甲基的对称变角振动峰,1351cm-1为甲基的对称变角振动峰,1152cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,1417cm-1为C-N键的吸收峰,1191cm-1为C-N键的弯曲振动峰,可确定含有季铵盐的结构。本发明实施例2提供的方法能够制备得到式I结构的目标产物。
实施例3
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入0.2moL环氧氯丙烷、3.2moL蒸馏水和0.014moL浓硫酸,在常压下、70℃下反应4小时,得到3-氯-1-2-丙二醇水溶液;
将所述3-氯-1-2-丙二醇水溶液降温至常温,向其中加入0.22moL丙基糖苷,在常压100℃下反应4小时,得到氯代醇糖苷溶液;
将所述氯代醇糖苷溶液用饱和碳酸钠中和到pH值为8,然后将0.2moL三丙胺加入到氯代醇糖苷溶液底部,控制在1小时内加料完毕,在50℃下反应4小时,得到阳离子丙基葡萄糖苷,产品的收率为94.03%。
将本发明实施例3制备得到的阳离子丙基葡萄糖苷进行红外检测,检测结果如图3所示,图3为本发明实施例3制备得到的阳离子丙基葡萄糖苷的红外图谱,由图3可知,3100~3600cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,1480cm-1为亚甲基的对称变角振动峰,1352cm-1为甲基的对称变角振动峰,1151cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,1419cm-1为C-N键的吸收峰,1190cm-1为C-N键的弯曲振动峰,可确定含有季铵盐的结构。本发明实施例3提供的方法能够制备得到式I结构的目标产物。
实施例4
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入0.2moL环氧氯丙烷、3.2moL蒸馏水和0.014moL浓磷酸,在常压下、80℃下反应5小时,得到3-氯-1-2-丙二醇水溶液;
将所述3-氯-1-2-丙二醇水溶液降温至常温,向其中加入0.22moL丁基糖苷,在常压90℃下反应3小时,得到氯代醇糖苷溶液;
将所述氯代醇糖苷溶液用饱和氢氧化钠中和到pH值为9,然后将0.2moL三丁胺加入到氯代醇糖苷溶液底部,控制在1小时内加料完毕,在80℃下反应8小时,得到阳离子丁基葡萄糖苷,产品的收率为94.4%。
将本发明实施例4制备得到的阳离子丁基葡萄糖苷进行红外检测,检测结果如图4所示,图4为本发明实施例4制备得到的阳离子丁基葡萄糖苷的红外图谱,由图4可知,3100~3600cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2951cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,1483cm-1为亚甲基的对称变角振动峰,1350cm-1为甲基的对称变角振动峰,1152cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,1419cm-1为C-N键的吸收峰,1191cm-1为C-N键的弯曲振动峰,可确定含有季铵盐的结构。本发明实施例4提供的方法能够制备得到式I结构的目标产物。
实施例5
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入44.05g的环氧乙烷、97g的甲基糖苷、72g的蒸馏水和1.72g的对甲苯磺酸,在3MPa、50℃下反应0.5小时,得到中间产物;
将所述中间产物用中和剂NaOH中和到pH值为6,加入24g的乙二胺,在温度为40℃、常压下反应3小时,将得到的反应产物除水后得到聚醚胺基甲基糖苷。
将本发明实施例5制备得到的聚醚胺基甲基糖苷进行红外检测,检测结果如图5所示,图5为本发明实施例5制备得到的聚醚胺基甲基糖苷红外图谱,由图5可知,波数3380cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构;波数1151cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,可确定含有聚醚结构;1419cm-1为C-N键的吸收峰,1196cm-1为C-N键的弯曲振动峰,3380cm-1为N-H的吸收峰,可确定含有胺的结构。本发明实施例5提供的方法能够制备得到式II结构的目标产物。
实施例6
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入44.05g的环氧乙烷、104g的乙基糖苷、90g的蒸馏水和1.96g的硫酸,在4MPa、60℃下反应1小时,得到中间产物;
将所述中间产物用中和剂NaOH中和到pH值为6,加入51.59g的二乙烯三胺,在温度为50℃、常压下反应4小时,将得到的反应产物除水后得到聚醚胺基乙基糖苷。
将本发明实施例6制备得到的聚醚胺基乙基糖苷进行红外检测,检测结果如图6所示,图6为本发明实施例6制备得到的聚醚胺基乙基糖苷红外图谱,由图6可知,波数3381cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构;波数1150cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,可确定含有聚醚结构;1419cm-1为C-N键的吸收峰,1195cm-1为C-N键的弯曲振动峰,3381cm-1为N-H的吸收峰,可确定含有胺的结构。本发明实施例6提供的方法能够制备得到式II结构的目标产物。
实施例7
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入44.05g的环氧乙烷、133g的丙基糖苷、108g的蒸馏水和1.89g的硝酸,在5MPa、70℃下反应1.5小时,得到中间产物;
将所述中间产物用中和剂KOH中和到pH值为7,加入87.74g的三乙烯四胺,在温度为60℃、常压下反应5小时,将得到的反应产物除水后得到聚醚胺基丙基糖苷。
将本发明实施例7制备得到的聚醚胺基丙基糖苷进行红外检测,检测结果如图7所示,图7为本发明实施例7制备得到的聚醚胺基丙基糖苷红外图谱,由图7可知,波数3380cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构;波数1151cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,可确定含有聚醚结构;1417cm-1为C-N键的吸收峰,1192cm-1为C-N键的弯曲振动峰,3383cm-1为N-H的吸收峰,可确定含有胺的结构。本发明实施例7提供的方法能够制备得到式II结构的目标产物。
实施例8
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的高压反应釜中加入58.08g的环氧乙烷、165g的丁基糖苷、126g的蒸馏水和3.92g的磷钨酸,在7MPa、80℃下反应2小时,得到中间产物;
将所述中间产物用中和剂碳酸钠中和到pH值为8,加入132.52g的四乙烯五胺,在温度为70℃、常压下反应7小时,将得到的反应产物除水后得到聚醚胺基丁基糖苷。
将本发明实施例8制备得到的聚醚胺基丁基糖苷进行红外检测,检测结果如图8所示,图8为本发明实施例8制备得到的聚醚胺基丁基糖苷红外图谱,由图8可知,波数3381cm-1为O-H键的伸缩振动峰,2830~2950cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰,可确定有糖苷结构;波数1152cm-1为C-O-C的伸缩振动峰,1050~1100cm-1为羟基中C-O键的伸缩振动峰,可确定含有聚醚结构;1419cm-1为C-N键的吸收峰,1191cm-1为C-N键的弯曲振动峰,3380cm-1为N-H的吸收峰,可确定含有胺的结构。本发明实施例8提供的方法能够制备得到式II结构的目标产物。
实施例9
将80g的实施例1制备得到的阳离子烷基糖苷和160g的实施例5制备得到的聚醚胺基甲基糖苷和560g的水配制质量分数为30%的烷基糖苷衍生物水溶液;
在400mL上述烷基糖苷衍生物水溶液中加入0.4g的黄原胶XC、0.4g高粘度聚阴离子纤维素钠盐HV-PAC、0.4g的高粘度羧甲基纤维素钠盐HV-CMC,0.8g的聚丙烯酰胺钾盐KPAM、4.0g的钠膨润土,3.2g的低粘度羧甲基纤维素钠盐LV-CMC,在5000r/min的条件下高速搅拌20分钟,再加入8.0g磺化酚醛树脂、8.0g碳酸钙、40g氯化钠、8.0g氢氧化钠,在5000r/min的条件下高速搅拌20分钟,将得到的混合物装入老化罐内经160℃滚动16h,得到以烷基糖苷衍生物为主体的水基钻井液。
实施例10
将120g的实施例2制备得到的阳离子烷基糖苷和200g的实施例6制备得到的聚醚胺基甲基糖苷和480g的水配制质量分数为40%的烷基糖苷衍生物水溶液;
在400mL上述烷基糖苷衍生物水溶液中加入0.8g的黄原胶XC、0.8g高粘度聚阴离子纤维素钠盐HV-PAC、0.8g的高粘度羧甲基纤维素钠盐HV-CMC,1.6g的聚丙烯酰胺钾盐KPAM、8.0g的糊精,4.0g的低粘度羧甲基纤维素钠盐LV-CMC,在7000r/min的条件下高速搅拌20分钟,再加入12g磺化褐煤、12g油溶树脂、60g氯化钾、12g氢氧化钾,在7000r/min的条件下高速搅拌20分钟,将得到的混合物装入老化罐内经160℃滚动16h,得到以烷基糖苷衍生物为主体的水基钻井液。
实施例11
将160g的实施例3制备得到的阳离子烷基糖苷和240g的实施例7制备得到的聚醚胺基甲基糖苷和400g的水配制质量分数为50%的烷基糖苷衍生物水溶液;
在400mL上述烷基糖苷衍生物水溶液中加入1.6g的黄原胶XC、1.6g高粘度聚阴离子纤维素钠盐HV-PAC、1.6g的高粘度羧甲基纤维素钠盐HV-CMC,1.2g的聚丙烯酰胺钾盐KPAM、12g的糊精,4.8g的羧甲基淀粉钠,在8000r/min的条件下高速搅拌20分钟,再加入16g磺化褐煤、16g无渗透封堵剂、80g氯化钙、16g碳酸钠,在8000r/min的条件下高速搅拌20分钟,将得到的混合物装入老化罐内经160℃滚动16h,得到以烷基糖苷衍生物为主体的水基钻井液。
实施例12
将160g的实施例4制备得到的阳离子烷基糖苷和240g的实施例8制备得到的聚醚胺基甲基糖苷和400g的水配制质量分数为50%的烷基糖苷衍生物水溶液;
在400mL上述烷基糖苷衍生物水溶液中加入1.6g的黄原胶XC、1.6g高粘度聚阴离子纤维素钠盐HV-PAC、1.6g的高粘度羧甲基纤维素钠盐HV-CMC,1.2g的聚丙烯酰胺钾盐KPAM、12g的糊精,4.8g的羧甲基淀粉钠,在10000r/min的条件下高速搅拌20分钟,再加入16g磺化褐煤、16g磺化沥青、96g甲酸钾、16g碳酸钾,在10000r/min的条件下高速搅拌20分钟,将得到的混合物装入老化罐内经160℃滚动16h,得到以烷基糖苷衍生物为主体的水基钻井液。
实施例13
对本发明实施例9~12制备得到的钻井液的性能进行检测:
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分:水基钻井液》的标准,测试本发明实施例提供的钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力、中压滤失量、高温高压滤失量、抗盐性能、抗钙性能、抗膨润土性能、抗水浸性能、抗原油性能和抗温性能。
将本发明实施例提供的水基钻井液在160℃下滚动16h后测试其抑制性能、润滑性能、储层保护性能及生物毒性EC50值。按照钻井液岩心回收率测试方法,测试本发明实施例提供的水基钻井液的岩心一次回收率和相对回收率,具体操作如下:
量取350mL本发明实施例提供的水基钻井液于高搅杯中,在7000r/min的速度下搅拌5min后,将钻井液倒入老化罐中备用;取2.0mm~5.0mm的岩屑于103℃下干燥4h,降至室温,称取G0g岩屑放入老化罐与老化罐中的钻井液于180℃下滚动16h,降温后取出,用孔径为0.42mm筛回收岩屑,于103℃下干燥4h,降至室温称量回收岩屑质量记为G1;然后将已称过重的回收岩屑放入清水中于180℃下滚动2h,降温后取出,用孔径为0.42mm的筛回收岩屑,于103℃下干燥4h,冷却至室温称量回收岩屑质量记为G2。分别计算一次页岩回收率R1、二次页岩回收率R2和相对页岩回收率R:
R1=G1/G0×100%;
R2=G2/G0×100%;
R=R2/R1×100%。
按照下述方法测试本发明实施例提供的水基钻井液的极压润滑系数:
采用郑州南北仪器设计有限公司提供的EP型号的极压润滑仪,设定仪器在300r/min下运转15min,然后调节转速为60r/min;
将仪器中的滑块浸入本发明提供的水基钻井液中,调扭力扳手值为16.95N/m,仪器运转5min,读出本发明提供的钻井液浸泡滑块时仪器上显示的数值,极压润滑系数计算公式为:
上式中:K为极压润滑系数;X为本发明提供的水基钻井液浸泡滑块时仪器上显示的数值。
按照下述方法测试本发明实施例提供的水基钻井液的储层保护性:
采用北京中慧天诚科技有限公司提供的Fann-389AP型号的全自动渗透率封堵装置;将全自动渗透率封堵装置温度升到120℃,装入岩心,用煤油进行渗透,记录初始压力、最高压力、稳定压力,围压要比流动压力大2MPa;
采用本发明实施例提供的水基钻井液进行反向动态或静态污染,用量筒接收液体并记录所用时间及体积;
再用煤油进行正向渗透,记录初始压力、最高压力、稳定压力;
污染前的稳定压力与污染后的稳定压力的比值即为渗透率恢复值,反映了本发明提供的钻井液对地层岩石的伤害程度。
将本发明实施例提供的水基钻井液加入到质量浓度为3%氯化钠溶液中,分别配制成0mg.dm-3、5000mg.dm-3、10000mg.dm-3、25000mg.dm-3、50000mg.dm-3、100000mg.dm-3的待测样品溶液各10mL,静置60min。
向上述待测样品溶液中依次加入发光细菌T3粉末10mg充分震荡混匀后,以质量浓度为3%的氯化钠溶液作为对比分别测定发光菌与待测样品溶液接触15min后的生物毒性EC50。
上述性能的测试结果如表1所示,表1为本发明实施例制备得到的钻井液的性能测试结果。
表1本发明实施例制备得到的钻井液的性能测试结果
由表1可知,本发明实施例制备得到的水基钻井液具有较好的抗温性,降滤失性能及抗污染性能优异;钻井液抗温可达160℃,中压滤失量<0.5mL,高温高压滤失量<5mL,抗盐达饱和,抗钙20%,抗土20%,抗水侵50%,抗原油30%;而且本发明提供的钻井液还具有优异的抑制性能,良好的润滑性能和储层保护性能,无生物毒性,钻井液对岩心的一次回收率>99%,相对回收率>99%;钻井液极压润滑系数<0.06;静态渗透率恢复值>94%,动态渗透率恢复值>92%;水基钻井液生物毒性EC50值>500000mg/L(EC50值>30000mg/L为无毒)。
由以上实施例可知,本发明提供了一种钻井液,包括:阳离子烷基糖苷,所述阳离子烷基糖苷具有式I所示的结构;聚醚胺基烷基糖苷,所述聚醚胺基烷基糖苷具有式II所示的结构;处理剂;水。与现有技术相比,本发明提供的钻井液的主要成分为具有特定结构的阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷,在阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的共同作用下,使得到的钻井液具有较好的抑制性、润滑性、抗温性以及储层保护性,这种钻井液不仅适用于强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平钻井,而且适用于对储层保护性要求较好的地层。本发明提供的钻井液为水基钻井液,这种钻井液成本较低、安全环保,能够直接排放,可用于对环保要求较高的地层。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钻井液,包括:
阳离子烷基糖苷,所述阳离子烷基糖苷具有式I所示的结构:
式I中,R1和R2独立地选自碳原子数为1~10的烷基,m为1~3,n为1~5;
聚醚胺基烷基糖苷,所述聚醚胺基烷基糖苷具有式II所示的结构:
式II中,R选自碳原子数为1~10的烷基,p为1~3,q为0~3;
处理剂;
水。
2.根据权利要求1所述的钻井液,其特征在于,所述阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷的质量比为1:(1~5)。
3.根据权利要求1所述的钻井液,其特征在于,所述处理剂在钻井液中的浓度为10g/100mL~30g/100mL。
4.根据权利要求1所述的钻井液,其特征在于,所述处理剂包括增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、稳定剂、封堵剂、增强剂和pH值调节剂中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的钻井液,其特征在于,所述增粘剂包括黄原胶、聚阴离子纤维素钠盐、高粘度羧甲基纤维素钠盐和聚丙烯酰胺钾盐中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的钻井液,其特征在于,所述流型调节剂包括膨润土和糊精中的一种或两种。
7.根据权利要求4所述的钻井液,其特征在于,所述降滤失剂包括低粘度羧甲基纤维素钠盐和羧甲基淀粉钠中的一种或两种。
8.根据权利要求4所述的钻井液,其特征在于,所述稳定剂包括磺化酚醛树脂和磺化褐煤中的一种或两种。
9.根据权利要求4所述的钻井液,其特征在于,所述封堵剂包括碳酸钙、油溶树脂和磺化沥青中的一种或几种。
10.根据权利要求4所述的钻井液,其特征在于,所述增强剂包括金属氯化盐和甲酸钾中的一种或几种。
Priority Applications (1)
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