CN108441178A - 一种钻井液用封堵剂nvp-dmam共聚物及其制备方法 - Google Patents

一种钻井液用封堵剂nvp-dmam共聚物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于深井、超深井技术领域，公开了钻井液用封堵剂NVP‑DMAM共聚物及其制备方法。所述封堵剂由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)20～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～40份，丙烯酰胺10～20份，乳化剂2～10份，溶剂油22～35份，引发剂1～5份。该封堵剂具有良好的抗温性能，单剂抗温120℃以上，加入钻井液体系也可抗温120℃以；具有良好的抗盐性能，单剂抗盐达14％以上；具有良好的配伍性，适用于淡浆和盐水浆，应用更加广泛；具有良好的封堵降失水性能，在盐水中加入有很好的成膜降滤失作用。

Description

一种钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物及其制备方法
技术领域
本发明属于深井、超深井技术领域，涉及钻井液用添加剂，具体涉及一种钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物及其制备方法。
背景技术
准噶尔盆地腹部和南缘的深井、超深井及大位移水平井的勘探。这些地区储层埋藏相对深、地层压力变化大、岩性复杂，所以钻探困难，成本高，时效低。在钻探过程中，钻井液面临的技术难题很多，如：井壁稳定、井漏、井眼净化、环境污染、高成本等。尤其是南缘山前构造，地质情况异常复杂，特别是安集海河组地层的强水敏泥页岩、超高压地层流体、高构造应力、高陡地层倾角以及上部巨厚砾石层、地质破碎带等引起的井壁失稳，造成该区钻井速度低，事故、复杂时率居高不下。
目前采用的水基钻井液存在井壁稳定性差、纳-微米孔隙和微裂缝封堵能力不足等，难以满足安全快速钻探要求。因此，有必要研发出一种环保型封堵材料。从提高水基钻井液的井壁稳定性、膜效率来增强井壁强化等方面入手，研究出实现深井超深井安全、高效、环保钻探的新型封堵材料。
发明内容
本发明提供的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，不仅能够吸附在粘土表面抑制其水化，还可以吸附在岩石表面自发聚合形成一层聚合物膜，起到封堵泥页岩微孔隙和微裂缝，降低次生裂缝发育以及钻井液压力传递的作用，阻止水/油进入、控制井壁失稳问题。本产品具有良好的封堵能力，在盐水中具有良好的成膜封堵降滤失作用。
所述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)20～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～40份，丙烯酰胺10～20份，乳化剂2～10份，溶剂油22～35份，引发剂1～5份。
优选地，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)25～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～35份，丙烯酰胺10～15份，乳化剂2～5份，溶剂油22～30份，引发剂1～3份。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物中，所述溶剂油为有机溶剂，例如白油、乙二醇和乙醇中的至少一种。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物中，所述乳化剂为山梨酸醇脂肪酸酯类、磷脂类和司盘类中的至少一种；
优选地，所述山梨酸醇脂肪酸酯类乳化剂选自聚山梨醇酯-80或聚山梨醇酯-85，磷脂乳化剂选自磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺，司盘类乳化剂选自司盘80或司盘85。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物中，所述引发剂由三种引发剂构成：强氧化剂类、强还原剂和偶氮类；
优选地，所述强氧化剂为过硫酸铵，强还原剂为亚硫酸氢钠，偶氮类为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
本发明还提供上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，该方法包括以下步骤：
常温条件下，向反应釜中加入溶剂油，于搅拌条件下按配比缓慢加入NVP、DMAM、丙烯酰胺和乳化剂，搅拌30～60分钟，通入氮气除氧，然后将釜内物料升温至30～35℃，加入引发剂，待釜内物料升温至55～65℃后，反应4～5小时，即得到终产品。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法中，氮气除氧的时间为10～20分钟。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，还包括将终产品分装、取样检测、入库。
本发明的有益效果是：
本发明是专门针对准噶尔盆地深井、超深井技术领域设计性能优良的新型高性能水基钻井液材料，提高了水基钻井液的滤失造壁性，尤其是封堵防塌能力，且成本低、环保。
该产品是一种钻井液用封堵剂NVP DMAM共聚物XZ-CMJ，和普通的封堵剂相比，主要表现在：
1、具有良好的抗温性能，单剂抗温120℃以上，加入钻井液体系也可抗温120℃以上。
2、具有良好的抗盐性能，单剂抗盐达14％以上。
3、具有良好的配伍性，适用于淡浆和盐水浆，应用更加广泛。
4、具有良好的封堵降失水性能，在盐水中加入有很好的成膜降滤失作用。
附图说明
图1是实施例3中不同浓度XZ-CMJ成膜后泥页岩孔径分布图。
具体实施方式
本发明提供了钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)20～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～40份，丙烯酰胺10～20份，乳化剂2～10份，溶剂油22～35份，引发剂1～5份；
所述溶剂油为有机溶剂，例如白油、乙二醇或乙醇；
所述乳化剂为山梨酸醇脂肪酸酯类、磷脂类或司盘类；例如山梨酸醇脂肪酸酯类选自聚山梨醇酯-80或聚山梨醇酯-85，磷脂类选自磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺，司盘类选自司盘80或司盘85。
所述引发剂由三种引发剂构成：强氧化剂类、强还原剂和偶氮类，例如：强氧化剂为过硫酸铵，强还原剂为亚硫酸氢钠，偶氮类为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
优选地，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)25～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～35份，丙烯酰胺10～15份，乳化剂2～5份，溶剂油22～30份，引发剂1～3份。
本发明还提供上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，该方法包括以下步骤：
常温条件下，向反应釜中加入溶剂油，于搅拌条件下按配比缓慢加入NVP、DMAM、丙烯酰胺和乳化剂，搅拌30～60分钟，通入氮气除氧，然后将釜内物料升温至30～35℃，加入引发剂，待釜内物料升温至55～65℃后，反应4～5小时，即得到终产品。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法中，氮气除氧的时间为10～20分钟。
其中，上述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，还包括将终产品分装、取样检测、入库。
由于钻井液用封堵剂NVP DMAM共聚物XZ-CMJ基团能够自发氧化交联，因此XZ-CMJ不仅能够吸附在粘土表面抑制其水化，还可以吸附在岩石表面自发聚合形成一层聚合物膜，起到封堵泥页岩微孔隙和微裂缝，降低次生裂缝发育以及钻井液压力传递的作用。
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
本实施例提供的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物XZ-CMJ，以重量份数计，包括：NVP 25份，DMAM 33份，丙烯酰胺14份，聚山梨醇酯-80：2份，溶剂油27份，过硫酸铵：0.5份，亚硫酸氢钠：0.5份，偶氮二异丁腈：0.5份。
制备方法：在常温条件下，在反应釜中分别加入溶剂油，打开搅拌，缓慢加入计量好的NVP、DMAM、丙烯酰胺、聚山梨醇酯-80搅拌40分钟，通入氮气除氧，大约通氮气20分钟，通氮气完成，反应釜物料温度在30℃左右，分别依次加入引发剂：过硫酸铵：0.5份，亚硫酸氢钠：0.5份，偶氮二异丁腈：0.5份，由于聚合时放热反应，随着引发剂的加入，物料温度在慢慢上升，当温度上升到60℃，在60℃聚合反应4小时，最终得到乳白色自由流动的液体，即为终产品。然后计量装入25公斤的桶中，取样检测，入库。
对本实施例生产的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物XZ-CMJ进行检测，检测结果见表1。
表1.
项目 技术指标 检验结果
外观 粘稠状液体 粘稠状液体
水分散性 均匀分散、或有细小颗粒 均匀分散
盐水基浆 全失 全失
盐水滤失量，mL ≤35 28.6
备注：盐水为7％的氯化钠水溶液。
实施例2
本实施例提供的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物XZ-CMJ，以重量份数计，包括：NVP 25份，DMAM 33份，丙烯酰胺15份，聚山梨醇酯-80：4份，溶剂油25份，过硫酸铵：1份，亚硫酸氢钠：0.5份，偶氮二异丁腈：0.5份。
制备方法：在常温条件下，在反应釜中分别加入溶剂油，打开搅拌，缓慢加入计量好的NVP、DMAM、丙烯酰胺、聚山梨醇酯-80搅拌60分钟，通入氮气除氧，大约通氮气15分钟，通氮气完成，反应釜物料温度在30℃左右，分别依次加入引发剂：过硫酸铵：1份，亚硫酸氢钠：0.5份，偶氮二异丁腈：0.5份，由于聚合时放热反应，随着引发剂的加入，物料温度在慢慢上升，当温度上升到65℃，在65℃聚合反应5小时，最终得到乳白色自由流动的液体，即为终产品。然后计量装入25公斤的桶中，取样检测，入库。
对本实施例生产的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物XZ-CMJ进行检测，检测结果见表2。
表2.
项目 技术指标 检验结果
外观 粘稠状液体 粘稠状液体
水分散性 均匀分散、或有细小颗粒 均匀分散
盐水基浆 全失 全失
盐水滤失量，mL ≤35 26.6
备注：盐水为7％的氯化钠水溶液。
实施例3：现场应用
本发明作为封堵剂(采用不同浓度)使用于XZ强抑制双疏型高性能水基钻井液体系中(成膜效果见图1)，在克拉玛依西泉区块完成了定向井XQD3020井、XQD3044井，吉木萨尔县致密油区块JHW023水平井钻井施工，XQD3020、XQD3044试验井电测成功率100％，西泉区块定向井平均电测成功率为71％；井径扩大率分别为1.78％和1.26％，西泉区块定向井平均井径扩大率为3.09％；复杂时率0％，西泉区块定向井平均复杂时率为1.29％；节省了钻井时间。
本发明封堵剂解决了以前未解决的技术难题(易漏、易垮塌等)，钻井液性能稳定、起下钻正常、无掉块垮塌现象等，达到了预期目标。XZ-CMJ具有优良的防塌封堵能力，成本低、对环境无污染，满足了安全、高效、环保钻井的需要，具有很好的推广应用前景。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，其由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)20～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～40份，丙烯酰胺10～20份，乳化剂2～10份，溶剂油22～35份，引发剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，其由包含以下重量份数的原料制备得到：乙烯基吡咯烷酮(NVP)25～30份，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)30～35份，丙烯酰胺10～15份，乳化剂2～5份，溶剂油22～30份，引发剂1～3份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，所述溶剂油为有机溶剂，例如白油、乙二醇和乙醇中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，所述乳化剂为山梨酸醇脂肪酸酯类、磷脂类和司盘类中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，所述山梨酸醇脂肪酸酯类乳化剂选自聚山梨醇酯-80或聚山梨醇酯-85，磷脂乳化剂选自磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺，司盘类乳化剂选自司盘80或司盘85。
6.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，所述引发剂由三种引发剂构成：强氧化剂类、强还原剂和偶氮类。
7.根据权利要求6所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物，其特征在于，所述强氧化剂为过硫酸铵，强还原剂为亚硫酸氢钠，偶氮类为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
8.权利要求1～7任一项所述钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，该方法包括以下步骤：
常温条件下，向反应釜中加入溶剂油，于搅拌条件下按配比缓慢加入NVP、DMAM、丙烯酰胺和乳化剂，搅拌30～60分钟，通入氮气除氧，然后将釜内物料升温至30～35℃，加入引发剂，待釜内物料升温至55～65℃后，反应4～5小时，即得到终产品。
9.根据权利要求8所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，其特征在于，氮气除氧的时间为10～20分钟。
10.根据权利要求8所述的钻井液用封堵剂NVP-DMAM共聚物的制备方法，其特征在于，该方法还包括将终产品分装、取样检测、入库。
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