CN107987810B - 一种油基交联封堵剂及其制备方法 - Google Patents

一种油基交联封堵剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油田钻井中钻井液处理剂技术领域，特别涉及一种油基交联封堵剂及其制备方法。该封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al‑Fe‑Mg纳米材料20份，α‑十六烷基三甲基甜菜碱40～60份。本发明实现了能够较好的改善油基钻井液封堵能力，单独使用可有效地封堵微裂缝，与其它堵漏材料复配使用，可提高堵漏成功率，在油基钻井液中加入本油基交联封堵剂不仅可以有效地降低钻井液API滤失量、HTHP滤失量和岩心封堵率，还可以进一步提高油基钻井液的抑制性。

Description

一种油基交联封堵剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及油田钻井中钻井液处理剂技术领域，特别涉及一种油基交联封堵剂及其制备方法。
背景技术：
油基钻井液具有高温稳定性、强抑制性、润滑性优良及水敏储层保护效果好等诸多优点。然而，随着石油勘探开发的不断深入，井漏问题日益突出，油基钻井液漏失会给钻井工程造成巨大的损失，成为油基钻井液进一步推广应用的制约因素。水润湿封堵剂在油基钻井液随钻堵漏过程中沉降问题难以克服，现有的油基堵漏材料在发生漏失的裂缝或者孔洞处滞留能力较差，很难在井筒周围形成足够强度的堆积体，导致封堵效果差，堵漏成功率低。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种油基交联封堵剂及其制备方法，该油基交联封堵剂实现了能够较好的改善油基钻井液封堵能力，单独使用可有效地封堵微裂缝，与其它堵漏材料复配使用，可提高堵漏成功率，在油基钻井液中加入本油基交联封堵剂不仅可以有效地降低钻井液API滤失量、HTHP滤失量和岩心封堵率，还可以进一步提高油基钻井液的抑制性。克服了现有油基堵漏材料在发生漏失的裂缝或者孔洞处滞留能力较差，很难在井筒周围形成足够强度的堆积体，导致封堵效果差，堵漏成功率低的不足。
本发明所采取的技术方案是：一种油基交联封堵剂，该封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al-Fe-Mg纳米材料20份，α-十六烷基三甲基甜菜碱40～60份。
优选的封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al-Fe-Mg纳米材料20份，α-十六烷基三甲基甜菜碱50份。
一种油基交联封堵剂的制备方法，该方法步骤如下：将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到三口烧瓶中，调节浆料pH值为5.0～7.0，加热至60～80℃，保温0.5h，然后加入40～60个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min～4000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂。
优选的的油基交联封堵剂的制备方法，该方法中将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入50个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在3000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂。
本发明的有益效果是：本发明实现了能够较好的改善油基钻井液封堵能力，单独使用可有效地封堵微裂缝，与其它堵漏材料复配使用，可提高堵漏成功率，在油基钻井液中加入本油基交联封堵剂不仅可以有效地降低钻井液API滤失量、HTHP滤失量和岩心封堵率，还可以进一步提高油基钻井液的抑制性。
具体实施方式：
一种油基交联封堵剂，该封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al-Fe-Mg纳米材料20份，α-十六烷基三甲基甜菜碱40～60份。
优选的封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al-Fe-Mg纳米材料20份，α-十六烷基三甲基甜菜碱50份。
一种油基交联封堵剂的制备方法，该方法步骤如下：将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到三口烧瓶中，调节浆料pH值为5.0～7.0，加热至60～80℃，保温0.5h，然后加入40～60个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min～4000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂。
优选的的油基交联封堵剂的制备方法，该方法中将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入50个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在3000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂。
裂缝或孔洞的粘土表面带有负电荷，如果在钻井液浆中加入带正电荷的化学剂，与地层接触后，带正电荷的化学剂与带负电荷的粘土矿物之间，由于存在正负电荷的吸引作用，快速结合交联，使其在漏失裂缝的端面形成静电吸附滞留层，增大流动阻力，扩大堵漏浆的波及面积，就能较大程度地提高对漏失层的封堵率。
采用表面活性剂对交联封堵剂进行表面改性，不仅可以使封堵剂表面由亲水性变为亲油性，提高封堵剂在油基钻井液中的分散度，保证钻井液悬浮稳定性及良好的流变性，还有利于裂缝充填。
Al-Fe-Mg是一种带永久正电荷且质地致密、坚硬的纳米材料，在工业上有广阔的应用范围，具有许多特殊性能，在改变温度、压力时，胶体粒子的电性能并不会产生大的波动，具有良好的高温稳定性。
α-十六烷基三甲基甜菜碱是一种两性离子聚合物，高温下仍具有良好的表面活性，在酸性及碱性条件下均具有优良的稳定性，配伍性良好。
甜菜碱在pH>4(即高于等电点)的介质中，呈现阴离子表面活性剂的特征，由于静电吸引作用，带负电荷的羧酸基牢牢地吸附在带正电荷的Al-Fe-Mg纳米材料表面，而提供正电荷的铵离子与亲油基团十六烷基指向油相，纳米材料的表面活性发生变化，由亲水变为亲油。由于铵离子的存在，改性后的纳米材料仍然带有正电荷，与裂缝处的粘土表面快速吸附交联，不仅有利于提高封堵效率，还具有抑制钻屑分散和稳定井壁的作用。
实施例1
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为5.0，加热至60℃，保温0.5h，然后加入40个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品1。
实施例2
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至60℃，保温0.5h，然后加入40个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品2。
实施例3
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为7.0，加热至60℃，保温0.5h，然后加入40个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品3。
实施例4
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至70℃，保温0.5h，然后加入40个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品4。
实施例5
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入40个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品5。
实施例6
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入50个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品6。
实施例7
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入60个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品7。
实施例8
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入50个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在3000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品8。
实施例9
将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到250mL三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入50个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在4000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂样品9。
一、分别测试实施例1～实施例9提供的油基交联封堵剂样品1～样品9对油基钻井液的流变性及稳定性影响。
将密度为1.50g/cm3的油基钻井液(80％5#白油+2％有机土+2％降滤失剂+3％有机褐煤+2.5％高温乳化剂+1％辅乳化剂+20％CaCl2溶液+0.5％氧化钙+0.5％润湿剂+2％油基交联封堵剂+重晶石)，以11000r/min高速搅拌20min后，65℃下测试流变性及破乳电压。
表1油基钻井液性能测试评价
Figure GDA0002488689490000061
由表1可知，添加了油基交联封堵剂后，油基钻井液的流变性变化不大，破乳电压有所提高，那是因为纳米级固体微粒加入到乳状液中后，会被结合到油水界面以防止小水滴聚并，从而使乳状液更加稳定，说明油基交联封堵剂配伍性好，并且有助于提高油包水乳状液的稳定性。
二、分别对实施例1～实施例9提供的油基交联封堵剂样品1～样品9封堵性能进行评价。
配制密度为1.50g/cm3的油基钻井液(80％5#白油+2％有机土+2％降滤失剂+3％有机褐煤+2.5％高温乳化剂+1％辅乳化剂+20％CaCl2溶液+0.5％氧化钙+0.5％润湿剂+2％油基交联封堵剂+重晶石)，采用71型高温高压滤失量测定仪，分别测定30min内150℃/3.5MPa高温高压滤失量(FLHTHP)、高温高压渗透失水(FL’HTHP)、高温高压砂床滤失量(FL砂床)和高温高压砂床渗透失水(FL’砂床)。
表2油基钻井液封堵性能测试对比
Figure GDA0002488689490000071
由表2中可以看出，添加了油基交联封堵剂后，油基钻井液的封堵性能得到明显改善，尤其是使用样品8后，油基钻井液的滤失量和砂床渗透失水量最小。
三、检验封堵大尺寸裂缝时油基交联封堵剂对常规堵漏材料堵漏效果的提升程度。
采用高温高压封堵及返吐模拟评价装置，测试密度为1.50g/cm3油基钻井液(80％5#白油+2％有机土+2％降滤失剂+3％有机褐煤+2.5％高温乳化剂+1％辅乳化剂+20％CaCl2溶液+0.5％氧化钙+0.5％润湿剂+重晶石)在150℃下封堵尺寸为3mm裂缝岩心的正向承压和抗返排效果。
表3油基钻井液堵漏效果测试对比
Figure GDA0002488689490000081
由表3中可以看出，添加了油基交联封堵剂后，油基钻井液的封堵大尺寸裂缝效果得到明显改善，尤其是使用样品8后，正向承压与抗返排能力提升幅度最大，可有效提高堵漏成功率。
综上所述，本发明提供的油基交联封堵剂配伍性好，封堵效果优良，有利于井壁稳定和降低井漏事故发生率，为油基钻井液技术的推广应用提供了技术保障。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，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之内。

Claims (4)

1.一种油基交联封堵剂，其特征在于：该封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al-Fe-Mg纳米材料20份，α-十六烷基三甲基甜菜碱40～60份；其中所述的Al-Fe-Mg纳米材料是一种带永久正电荷且质地致密、坚硬的纳米材料。
2.按照权利要求1所述的油基交联封堵剂，其特征在于：所述封堵剂的各组成成分及其质量份数为：Al-Fe-Mg纳米材料20份，α-十六烷基三甲基甜菜碱50份。
3.一种按照权利要求1所述的油基交联封堵剂的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到三口烧瓶中，调节浆料pH值为5.0～7.0，加热至60～80℃，保温0.5h，然后加入40～60个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在2000r/min～4000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂。
4.按照权利要求3所述的油基交联封堵剂的制备方法，其特征在于：所述该方法中将20个质量份数的Al-Fe-Mg纳米材料与100个质量份数的去离子水加入到三口烧瓶中，调节浆料pH值为6.0，加热至80℃，保温0.5h，然后加入50个质量份数的α-十六烷基三甲基甜菜碱，在3000r/min的转速下反应0.5h，抽滤，烘干，研磨后制得油基交联封堵剂。
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