CN108003850A - 油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂及其制法与应用 - Google Patents

油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂及其制法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂及其制备方法与应用。所述的聚酰胺类增粘提切剂是长链二元酸型聚酰胺，其包括来自多聚酸的结构单元和烷基胺的结构单元。所述的增粘提切剂由多聚酸和烷基二元胺在加热和氮气保护氛围的条件下反应而成，多聚酸的结构单元和烷基胺的结构单元比例为1:03‑1.5。反应温度控制在不低于160℃，加热直至无水生成后继续加热至少30min完成反应即得到增粘提切剂。使用本申请制备的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂在油基钻井液中悬浮性能好，体系的动塑比和切力有明显提高。

Description

油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂及其制法与应用
技术领域
本发明涉及钻井液领域中一种用于油基钻井液的聚酰胺类的增粘提切剂及其制备方法，可用作全油基钻井液体系以及油包水钻井液体系的增粘提切剂。
背景技术
随着我国石油勘探开发的日益深入，钻井施工中面临的技术难点和复杂情况越来越多，例如大斜度定向井、大位移水平井、超水敏地层等各种复杂井。
油基钻井液在稳定井壁、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆、快速钻进等方面具有明显优势，已成为钻探各种复杂井段和页岩气长水平段的重要手段。油基钻井液体系也存在着一些问题，如使用油水比较高的油基或全油基钻井液体系钻水平井水平段时，由于钻井液体系切力水平低，造成重晶石沉降以及钻屑携带困难，易形成岩屑床等问题。
提切剂作为油基钻井液的核心处理剂，其作用就是提升钻井液的切力，增强重晶石悬浮和携岩能力，因而研制新型高效的增粘提切剂就具有及其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用性强、耐温性能好，又可显著提升油基钻井液动切力、动塑比、静切力的聚酰胺类增粘提切剂及其制备方法与应用。
为此，本发明提供一种油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂，该聚酰胺类增粘提切剂是长链二元酸型聚酰胺，其包括来自多聚酸的结构单元和烷基胺的结构单元，所述的多聚酸为油酸二聚体或油酸三聚体以及其混合物，所述的烷基胺为C6-C12的伯胺基封端的二元胺中的一种或多种。
本发明所述的多聚酸的结构单元和烷基胺的结构单元比例为1:03-1.5。
为达上述目的，本发明提供了一种油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将多聚酸加入反应器中，开启搅拌，并通入惰性气体进行保护，然后开始加热；
（2）升温至温度不低于140℃时保持恒温，然后开始滴加烷基胺，滴加完全后，继续升温至温度不低于160℃，保持此温度至不在有水脱出后继续反应至少30min，完成反应；
（3）降温至温度不高于50℃，即得到增粘提切剂产品。
本发明还提供了上述油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂在油基钻井液中的应用，所述的油基钻井液包括柴油基钻井液、白油基钻井液或气制油基钻井液。
本发明制备的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂具有长链结构，油酸链在油相中具有较好的相容性，而通过长链二元胺改性后其疏水链进一步伸长，亲油性进一步增强，长链结构还有利于提切剂分子在油相中相互缠绕，形成网络空间结构，有利于提高体系的切力。
本发明提供的的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂可以提高油基钻井液的切力，能够解决钻探大位移水平井水平段过程中由于高油水比油基钻井液体系切力低造成的重晶石沉降和携岩能力差等问题。
具体实施方式
实施例1
在带有搅拌器、加热装置、温度计、滴液漏斗和脱水装置的500mL的四口烧瓶中，加入226g（含0.8mol羧基）二聚酸，开启搅拌并通入氮气，然后开始加热，加热至160℃时，把27.84g（含0.24mol胺基）的己二胺装入滴液漏斗中，在搅拌和160℃的温度下，将己二胺滴加至四口烧瓶中，待滴加完后，继续升温至180℃反应，保持这个温度直至不再有水生成后，继续反应30min，反应结束后降温至50℃，即得到油基钻井液用增粘提切剂。
实施例2
在带有搅拌器、加热装置、温度计、滴液漏斗和脱水装置的500mL的四口烧瓶中，加入113g（含0.4mol羧基）三聚酸，开启搅拌并通入氮气，然后开始加热，加热至160℃时，把80g（含0.4mol胺基）的1，12-二氨基十二烷装入滴液漏斗中，在搅拌和160℃的温度下，将1，12-二氨基十二烷滴加至四口烧瓶中，待滴加完后，继续升温至180℃反应，保持这个温度直至不再有水生成后，继续反应30min，反应结束后降温至50℃，即得到油基钻井液用增粘提切剂。
实施例3
在实施例1所述的四口烧瓶中加入113g（含0.4mol羧基）二聚酸和三聚酸的混合物（二者质量比为1：1），开启搅拌并通入氮气，然后开始加热，加热至140℃时，把86.4g（含0.6mol胺基）的1，8-二氨基辛烷装入滴液漏斗中，在搅拌和140℃的温度下，将1，8-二氨基辛烷滴加至四口烧瓶中，待滴加完后，继续升温至160℃反应，保持这个温度直至不再有水生成后，继续反应30min，反应结束后降温至50℃，即得到油基钻井液用增粘提切剂。
实施例4
在实施例1所述的四口烧瓶中加入113g（含0.4mol羧基）二聚酸，开启搅拌并通入氮气，然后开始加热，加热至160℃时，把41.6g（含0.32mol胺基）的己二胺和1，8-二氨基辛烷的混合物（摩尔比1:1）装入滴液漏斗中，在搅拌和160℃的温度下，将己二胺和1，8-二氨基辛烷的混合物滴加至四口烧瓶中，待滴加完后，继续保持在160℃下继续反应，保持这个温度直至不再有水生成后，继续反应30min，反应结束后降温至50℃，即得到油基钻井液用增粘提切剂。
应用例1
本应用例提供了白油基钻井液 ( 基准配方 ) 及添加了上述实施例 1 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的白油基钻井液(实验配方)，白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例 1 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的白油基钻井液 ( 实验配方 ) 的油水比均为 80:20，对白油基钻井液及添加了上述实施例 1 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的白油基钻井液分别在 120℃下高温老化16 小时后，分别测得二者的流变性能，具体数据见表1所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：基准配方(不添加提切剂)：80重量份5#白油+20重量份CaCl2水溶液 (浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土。
实验配方(添加实施例1的提切剂)：80重量份5#白油 +20重量份CaCl2 水溶液(浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例1中的提切剂。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例1的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例1的提切剂。
表1
表观粘度，mPas 塑性粘度，mPas 动切力，Pa 初、终切力，Pa 动塑比
基准配方 11.25 8.5 2.75 1.5/1.5 0.32
实验配方 15.0 9.0 6.0 2.0/3.25 0.66
应用例2
本应用例提供了柴油基钻井液 ( 基准配方 ) 及添加了上述实施例2 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的柴油基钻井液(实验配方)，柴油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例2的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的柴油基钻井液 ( 实验配方 ) 的油水比均为 80:20，对柴油基钻井液及添加了上述实施例2的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的柴油基钻井液分别在 120℃下高温老化16 小时后，分别测得二者的流变性能，具体数据见表2所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：基准配方(不添加提切剂)：80重量份5#柴油+20重量份CaCl2水溶液 (浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土。
实验配方(添加实施例2的提切剂)：80重量份5#柴油 +20重量份CaCl2 水溶液(浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例2中的提切剂。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例2的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例2的提切剂。
表2
表观粘度，mPas 塑性粘度，mPas 动切力，Pa 初、终切力，Pa 动塑比
基准配方 10.5 8 2.5 1.0/1.5 0.31
实验配方 14.0 8.5 5.5 2.5/3.0 0.65
应用例3
本应用例提供了气制油基钻井液 ( 基准配方 ) 及添加了上述实施例3 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的气制油基钻井液(实验配方)，气制油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例3的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的气制油基钻井液 ( 实验配方 )的油水比均为 80:20，对气制油基钻井液及添加了上述实施例3的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的气制油基钻井液分别在 120℃下高温老化16 小时后，分别测得二者的流变性能，具体数据见表3所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：基准配方(不添加提切剂)：80重量份气制油+20重量份CaCl2水溶液 (浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土。
实验配方(添加实施例3的提切剂)：80重量份气制油 +20重量份CaCl2 水溶液(浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例3中的提切剂。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例3的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例3的提切剂。
表3
表观粘度，mPas 塑性粘度，mPas 动切力，Pa 初、终切力，Pa 动塑比
基准配方 8.0 6.5 1.5 0.5/1.0 0.23
实验配方 11.5 7.5 4 2.0/2.5 0.53
应用例4
本应用例提供了白油基钻井液 ( 基准配方 ) 及添加了上述实施例4 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的白油基钻井液(实验配方)，白油基钻井液(基准配方)及添加了上述实施例 4 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的白油基钻井液 ( 实验配方 ) 的油水比均为 80:20，对白油基钻井液及添加了上述实施例 4 的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的白油基钻井液分别在 120℃下高温老化16 小时后，分别测得二者的流变性能，具体数据见表4所示。
上述基准配方及实验配方的组成如下：基准配方(不添加提切剂)：80重量份5#白油+20重量份CaCl2水溶液 (浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土。
实验配方(添加实施例4的提切剂)：80重量份5#白油 +20重量份CaCl2 水溶液(浓度25wt％)+4重量份的主乳化剂+1重量份的辅乳化剂+2重量份的有机土+2重量份的实施例4中的提切剂。
上述基准配方(不添加提切剂)与实验配方(添加实施例4的提切剂)的区别仅在于实验配方中添加了实施例4的提切剂。
表4
表观粘度，mPas 塑性粘度，mPas 动切力，Pa 初、终切力，Pa 动塑比
基准配方 11.25 8.5 2.75 1.5/1.5 0.32
实验配方 15.5 10 5.5 2.5/3.5 0.55
从试验结果可以看出：在不同的油基钻井液体系中加入本申请制备的增粘提切剂后，体系的切力值明显增大，即体系的悬浮能力增加，同时加入本申请制备的增粘提切剂后的油基钻井液体系的动塑比明显增大，说明本申请制备的增粘提切剂有着明显的增粘提切作用。

Claims (5)

1.一种油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂，其特征在于，所述的聚酰胺类增粘提切剂是长链二元酸型聚酰胺，其包括来自多聚酸的结构单元和烷基胺的结构单元，其中所述的多聚酸为油酸二聚体或油酸三聚体以及其混合物，所述的烷基胺为C6-C12的伯胺基封端的二元胺中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的多聚酸的结构单元和烷基胺的结构单元比例为1:03-1.5。
3.一种权利要求1所述的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将多聚酸加入反应器中，开启搅拌，并通入惰性气体进行保护，然后开始加热；（2）升温至温度不低于140℃时保持恒温，然后开始滴加烷基胺，滴加完全后，继续升温至温度不低于160℃，保持此温度至不在有水脱出后继续反应至少30min，完成反应；（3）降温至温度不高于50℃，即得到增粘提切剂产品。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的反应温度不低于160℃。
5.权利要求1所述的油基钻井液用聚酰胺类增粘提切剂在油基钻井液中的应用，其特征在于所述的油基钻井液包括柴油基钻井液、白油基钻井液或气制油基钻井液。
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