CN108165243B - 魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液及其制备方法 - Google Patents

魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，它包括以下组分：魔芋胶2.0~6.0克；海藻酸钠2.0~8.0克；聚丙烯酰胺1.0~3.0克；去离子水950~1000毫升；它还公开了制备方法，即包括以下步骤：S1、物理混合；S2、搅拌溶解；S3、聚丙烯酰胺增粘；S4、高速搅拌；S5、低速搅拌至溶解。本发明的有益效果是：解决了现有钻井液原料成本高，现场使用工序繁琐，综合使用性能较差等问题，提供原料易得、成本便宜、使用方便、性能稳定、复配性能良好。

Description

魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合钻井液组分的技术领域，特别是魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液及其制备方法。
背景技术
砂卵石地层因其结构松散，遇水极易垮塌，导致取芯钻进难度较大，取芯质量较差。为了能够及时地排出钻孔内的泥沙，维护孔壁稳定，通常需采用高粘度的钻井液。目前提高粘度的办法一般是添加羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠等高分子增稠剂。上述增稠剂增粘效果明显，但在现场使用时，所需溶解时间较长，而且皆为高分子化学物质，不易天然降解，长期使用会带来一定的环境危害风险。因而，采用天然生物多糖物质配置钻井液，得到了广泛的研究与应用。目前常见的用作制备钻井液的天然物质主要有黄原胶、瓜尔胶、SM植物胶、SH植物胶和KL植物胶。上述天然物质不仅能够起到保护孔壁和岩芯的作用，还具备良好的流变性和稳定性，并且能够在使用之后较快地天然降解，从而减小对环境的影响，具备较好的综合使用性能和技术推广价值。
然而，上述天然多糖物质由于生产成本较高，导致所配钻井液价格昂贵，限制了其进一步的应用推广。而且，上述钻井液使用过程中，往往需要添加pH值调节助剂和增粘处理剂，增强胶液的分散和稳定性，以及调整其流变性和抗滤失性能，从而加大了现场施工难度。此外，单一的钻井液体系，还存在着稳定性较差的问题，遇到含沙量大的地层，其增粘护壁效果会明显降低。所以，亟需开发原料成本便宜、现场使用便捷的复配型钻井液，利用复配物质的协同互补作用，提高钻井液的综合物理化学性能，从而有望在砂卵石地层钻进、水文水井钻探、工程地质钻探和工程施工钻探等方面，获得显著的社会和经济效益。
发明内容
本发明解决了现有钻井液原料成本高，现场使用工序繁琐，综合使用性能较差等问题，提供原料易得、成本便宜、使用方便、性能稳定、复配性能良好的魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，它包括以下组分：
Figure BDA0001534959930000011
Figure BDA0001534959930000021
它包括以下组分：
Figure BDA0001534959930000022
它包括以下组分：
Figure BDA0001534959930000023
所述的魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液的制备方法，它包括以下步骤：
S1、物理混合：将2.0～6.0克魔芋胶和2.0～8.0克海藻酸钠依次倒入万能粉碎机中，利用万能粉碎机高速搅拌魔芋胶和海藻酸钠，搅拌时间至少15min，使其混合均匀以获得植物胶粉混合物；
S2、搅拌溶解：将步骤S1中的植物胶粉混合物缓慢倾倒入950～1000毫升去离子水中，添加过程中，使用无极调速电动搅拌机对植物胶粉混合物和去离子水进行搅拌；
S3、聚丙烯酰胺增粘：在步骤S2的搅拌的过程中，向去离子水中缓慢加入1.0～3.0克聚丙烯酰胺；
S4、高速搅拌：完成聚丙烯酰胺加量步骤后，继续高速搅拌15～20min；
S5、低速搅拌至溶解：高速搅拌后，进行低速搅拌10～15min，直到使植物胶粉混合物完全溶解，最终制备出植物胶复合钻井液。
本发明具有以下优点：(1)本发明制备的植物胶复合钻井液是将魔芋胶和海藻酸钠，按照一定的比例进行复配，通过其相互之间的协同效应，提高钻井液的综合使用性能。配置方法简单，现场使用方便，所获得的钻井液性能稳定，增粘效果优良，在钻进施工中，只需较小的加量就能达到满意的效果，大大减少了运输成本。(2)本发明使用的增粘体系，是以天然植物为原料进行加工而成，无毒无害易降解，环保性能显著。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，它包括以下组分：
魔芋胶 2.0～6.0克；所述的魔芋胶是由植物根茎研磨制成的粉体，具备优良吸水膨胀性和增稠性能。
海藻酸钠 2.0～8.0克。所述海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后产生的副产物，是天然多糖，具有良好的增稠性。
聚丙烯酰胺 1.0～3.0克。所述聚丙烯酰胺是常用的非离子型高分子絮凝剂，分子量通常为200万-1500万，本发明使用分子量为900万的聚丙烯酰胺。
去离子水 950～1000毫升。
优选的，魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，它包括以下组分：
Figure BDA0001534959930000031
优选的，魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，它包括以下组分：
Figure BDA0001534959930000032
所述的魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液的制备方法，它包括以下步骤：
S1、物理混合：将2.0～6.0克魔芋胶和2.0～8.0克海藻酸钠依次倒入万能粉碎机中，利用万能粉碎机高速搅拌魔芋胶和海藻酸钠，搅拌时间至少15min，使其混合均匀以获得植物胶粉混合物；
S2、搅拌溶解：将步骤S1中的植物胶粉混合物缓慢倾倒入950～1000毫升去离子水中，添加过程中，使用无极调速电动搅拌机对植物胶粉混合物和去离子水进行搅拌；所述魔芋胶和海藻酸钠按照一定的比例混合之后，钻井液增粘效果更好，性能亦更加稳定；
S3、聚丙烯酰胺增粘：在步骤S2的搅拌的过程中，向去离子水中缓慢加入1.0～3.0克聚丙烯酰胺；，添加少量的聚丙烯酰胺，可以进一步增强复合钻井液的粘弹性和流变性，使其更能满足钻进取芯的需要；
S4、高速搅拌：完成聚丙烯酰胺加量步骤后，继续高速搅拌15～20min；
S5、低速搅拌至溶解：高速搅拌后，进行低速搅拌10～15min，直到使植物胶粉混合物完全溶解，最终制备出植物胶复合钻井液，即魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液。
通过大量的室内试验，按照钻井液性能评价方法，对本发明所制备的无固相复合钻井液性能进行综合评价，检验的主要性能包括：粘度、失水量、流变性、润滑性、浆液稳定性以及抗盐抗钙污染能力。
1、漏斗粘度
本发明所配置的无固相复合钻井液的漏斗粘度测试数据，与传统的SM植物胶钻井液以及GH植物胶钻井液漏斗粘度的对比值，见表1。
表1钻井液漏斗粘度对比
Figure BDA0001534959930000041
试验结果表明，本发明所制备的无固相复合钻井液的漏斗粘度，能满足复杂地层、松散地层和砂卵石地层钻进，对钻井液的要求。此外，本发明的复合钻井液，组分简单，制备方便，添加量少，降低了运输成本和人工劳动强度。
2、失水量
失水量是评价钻井液最重要的指标之一。本发明根据无粘土钻井液试验常用的推荐方法，采用苏式1009型泥浆失水仪测量浆液30min的失水量，其试验数据如表2所示。
表2钻井液滤失水量对比
Figure BDA0001534959930000042
3、流变性
采用美国Bariod公司生产的Fann35型旋转粘度计，测得的不同类型钻井液的流变参数见表3。
表3钻井液的流变特性对比
Figure BDA0001534959930000051
从上表可知，本发明所制备的无固相复合钻井液的流变性能优于SM植物胶钻井液和GH植物胶钻井液，能够满足钻井过程对钻井液流变特性的要求。
4、润滑性
本发明采用DNR-1型钻井液润滑系数测定仪，按API标准试验方法，对GH植物胶液、SM植物胶液、去离子水和本发明制备的无固相钻井液，进行润滑系数对比实验，结果见表4。
表4钻井液的润滑系数比较
Figure BDA0001534959930000052
从试验数据可以看出，本发明所制备的无固相复合钻井液的润滑系数较低，降低水量百分率达到45.2％，表明其具有优良的润滑效果。
5、稳定性
本次试验通过测定不同放置时间后的钻井液的粘度，评价钻井液的稳定性能，结果见表5。
表5钻井液的稳定性
Figure BDA0001534959930000053
6、抗污染能力
将本发明所制备的无固相复合钻井液，分别与清水、钙水(CaCl2)和盐水(NaCl2)配置成溶液，测定其粘度和滤失水量等性能的变化情况，结果见表6。
表6不同溶剂配置的无固相复合钻井液的性能
Figure BDA0001534959930000061
从上表可以看出，本发明所制备的无固相复合钻井液具有显著的抗盐抗钙能力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及实施例内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，其特征在于：它由以下组分组成：
魔芋胶 2.0~6.0克；
海藻酸钠 2.0~8.0克；
聚丙烯酰胺 1.0~3.0克；
去离子水 950~1000毫升；
其制备包括以下步骤：
S1、物理混合：将2.0~6.0克魔芋胶和2.0~8.0克海藻酸钠依次倒入万能粉碎机中，利用万能粉碎机高速搅拌魔芋胶和海藻酸钠，搅拌时间至少15min，使其混合均匀以获得植物胶粉混合物；
S2、搅拌溶解：将步骤S1中的植物胶粉混合物缓慢倾倒入950~1000毫升去离子水中，添加过程中，使用无极调速电动搅拌机对植物胶粉混合物和去离子水进行搅拌；
S3、聚丙烯酰胺增粘：在步骤S2的搅拌的过程中，向去离子水中缓慢加入1.0~3.0克聚丙烯酰胺；
S4、高速搅拌：完成聚丙烯酰胺加量步骤后，继续高速搅拌15~20min；
S5、低速搅拌至溶解：高速搅拌后，进行低速搅拌10~15min，直到使植物胶粉混合物完全溶解，最终制备出植物胶复合钻井液。
2.根据权利要求1所述的魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，其特征在于：它由以下组分组成：
魔芋胶 2.0克；
海藻酸钠 2.0克；
聚丙烯酰胺 1.0克；
去离子水 950毫升。
3.根据权利要求1所述的魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液，其特征在于：它由以下组分组成：
魔芋胶 6.0克；
海藻酸钠 8.0克；
聚丙烯酰胺 3.0克；
去离子水 1000毫升。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的魔芋胶/海藻酸钠无固相复合钻井液的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、物理混合：将2.0~6.0克魔芋胶和2.0~8.0克海藻酸钠依次倒入万能粉碎机中，利用万能粉碎机高速搅拌魔芋胶和海藻酸钠，搅拌时间至少15min，使其混合均匀以获得植物胶粉混合物；
S2、搅拌溶解：将步骤S1中的植物胶粉混合物缓慢倾倒入950~1000毫升去离子水中，添加过程中，使用无极调速电动搅拌机对植物胶粉混合物和去离子水进行搅拌；
S3、聚丙烯酰胺增粘：在步骤S2的搅拌的过程中，向去离子水中缓慢加入1.0~3.0克聚丙烯酰胺；
S4、高速搅拌：完成聚丙烯酰胺加量步骤后，继续高速搅拌15~20min；
S5、低速搅拌至溶解：高速搅拌后，进行低速搅拌10~15min，直到使植物胶粉混合物完全溶解，最终制备出植物胶复合钻井液。
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