CN108456286A - 钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物及其制备方法 - Google Patents

钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯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，具体公开了一种钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物及其制备方法。该封堵防塌剂由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30～40份，丙烯酸酯20～30份，丙烯酸20～30份，盐酸多巴胺5～10份，助溶剂5～10份，引发剂1～5份。该聚合物能够通过增强岩石颗粒间的内聚力、胶结力来提高井壁岩石强度，从而提高钻井液的防塌性能；同时在水环境中，其具有良好的水下胶粘性能，可以在水基钻井液体系中起到胶粘岩石、加固井壁的作用。

Description

钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯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，涉及一种钻井液用封堵防塌剂，具体涉及一种钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯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很难有钻井液体系对泥页岩的水化膨胀达到完全的抑制，亦或完全阻止自由水的滤失，因而该方法只能一定程度上减轻井壁失稳所造成的影响，对极易坍塌或造浆的地层降低事故的发生率较为有限。因此，为了从根本上避免井壁失稳引起的的缩径卡钻，井壁坍塌等工程事故的发生，必须寻求一种新的方法，随钻将近井壁岩石直接加固起来，使井壁岩石在原来的基础上力学稳定性得到极大提高。
通过大量文献调研，申请人发现海洋生物分泌的足丝蛋白具有超强的粘附能力，能够在水环境下牢固地粘附在岩石表面。这种超强的粘附性能来源于其中包含的一种关键性的基团—仿生基团。如果能将仿生基团接枝到一个水溶性聚合物主链上，则这种接枝聚合物理应能够具备独特水下粘附能力。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，该聚合物能够通过增强岩石颗粒间的内聚力、胶结力来提高井壁岩石强度，从而提高钻井液的防塌性能；同时在水环境中，其具有良好的水下胶粘性能，可以在水基钻井液体系中起到胶粘岩石、加固井壁的作用。
所述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30～40份，丙烯酸酯20～30份，丙烯酸20～30份，盐酸多巴胺5～10份，助溶剂5～10份，引发剂1～5份。
优选的，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30份，丙烯酸酯20份，丙烯酸20份，盐酸多巴胺8份，助溶剂10份，引发剂2份。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物中，所述甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸十八碳酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物中，所述丙烯酸酯为丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的混合物。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物中，所述引发剂为偶氮类引发剂，例如偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸和偶氮二异丙基咪唑啉中的至少一种。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物中，所述助溶剂为乙二醇单丁醚和异丙醇中的至少一种。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法，该方法具体包括以下步骤：常温条件下，向反应釜中依次加入上述重量份数的甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸、盐酸多巴胺和助溶剂，搅拌30～60分钟，通入氮气除氧，通氮气完成，将反应釜升温至100～110℃，向釜内缓慢加入引发剂，保温聚合反应4～5小时，反应完成后降温至40℃以下，用碱液调节反应产物pH值至中性，加水稀释反应产物，取样检测，入库。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法中，所述常温指的是温度20～35℃。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法中，所述通入氮气的时间为10～20分钟。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法中，所述pH值至中性指的是pH在6～7之间。
与现有技术相比，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配方提供封堵防塌剂，提高了水基钻井液的流变性、滤失造壁性，尤其是封堵加固井壁的作用，且成本低、环保。
和普通的封堵剂相比，该封堵防塌剂的优势主要表现在：
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、具有良好的水下胶粘性能，在水基钻井液体系中起到胶粘岩石、加固井壁的作用；
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。
附图说明
图1是本发明所述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30～40份，丙烯酸酯20～30份，丙烯酸20～30份，盐酸多巴胺5～10份，助溶剂5～10份，引发剂1～5份；
所述甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸十八碳酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯或甲基丙烯酸甲酯；
所述丙烯酸酯为丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的混合物；
所述引发剂为偶氮类引发剂，例如偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉；
所述助溶剂为乙二醇单丁醚或异丙醇。
优选的，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30份，丙烯酸酯20份，丙烯酸20份，盐酸多巴胺8份，助溶剂10份，引发剂2份。
进一步的，本发明还提供了上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法，该方法具体包括以下步骤：常温条件下，向反应釜中依次加入上述重量份数的甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸、盐酸多巴胺和助溶剂，搅拌30～60分钟，通入氮气除氧，通氮气完成，将反应釜升温至100～110℃，向釜内缓慢加入引发剂，保温聚合反应4～5小时，反应完成后降温至40℃以下，用碱液调节反应产物pH值至中性，加水稀释反应产物，取样检测，入库。
其中，上述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法中，所述常温指的是温度20～35℃；所述通入氮气的时间为10～20分钟；所述pH值至中性指的是pH在6～7之间，优选pH＝7。
在钻井液中加入钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，可通过增强岩石颗粒间的内聚力、胶结力来提高井壁岩石强度，从而提高钻井液的防塌性能；同时在水环境中，钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物具有良好的水下胶粘性能，可以在水基钻井液体系中起到胶粘岩石、加固井壁的作用。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明，但并不因此限制本发明的保护范围。实施例中所用试剂无特殊说明，均为市售产品。
实施例1
本实施例提供的钻井液用封堵防塌剂-甲基丙烯酸酯共聚物XZ-GBJ，以重量份数计，包括：甲基丙烯酸酯30份(包括甲基丙烯酸十八碳酯10份、甲基丙烯酸聚乙二醇酯10份、甲基丙烯酸甲酯10份)，丙烯酸酯20份(丙烯酸丁酯10份，丙烯酸羟乙酯10份)，丙烯酸20份，盐酸多巴胺8份，助溶剂(乙二醇单丁醚)10份，引发剂(偶氮二异丁基脒盐酸盐)2份。
其由以下步骤制备得到：常温25℃条件下，向反应釜中依次加入上述重量份数的甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸、盐酸多巴胺和助溶剂，搅拌60分钟，通入氮气除氧10分钟，通氮气完成，将反应釜升温至100℃，向釜内缓慢加入引发剂，保温聚合反应5小时，反应完成后降温至30℃，用碱液调节反应产物pH值＝7，加水稀释反应产物，取样检测，入库。
按照生产工艺得到最终得到自由流动的液体，即为本实施例产品。经检测可知：在6wt％土浆中加入4wt％的样品，在150℃条件下老化16h，其低温低压滤失量降低率达到40％，岩心抗压强度提高率达到10％以上。在水环境中，其胶粘强度却达到了0.18Mpa，明显强于常规胶粘剂。
实施例2
本实施例提供的钻井液用封堵防塌剂-甲基丙烯酸酯共聚物XZ-GBJ，以重量份数计，包括：甲基丙烯酸酯30份(甲基丙烯酸十八碳酯15份、甲基丙烯酸聚乙二醇酯15份)，丙烯酸酯20份(丙烯酸丁酯10份，丙烯酸羟乙酯10份)，丙烯酸20份，盐酸多巴胺8份，助溶剂(异丙醇)10份，引发剂(偶氮二氰基戊酸)2份。
其由以下步骤制备得到：常温25℃条件下，向反应釜中依次加入上述重量份数的甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸、盐酸多巴胺和助溶剂，搅拌40分钟，通入氮气除氧20分钟，通氮气完成，将反应釜升温至110℃，向釜内缓慢加入引发剂，保温聚合反应4小时，反应完成后降温至25℃，用碱液调节反应产物pH值＝6，加水稀释反应产物，取样检测，入库。
按照生产工艺得到最终得到自由流动的液体，即为本实施例。经检测可知：在6wt％土浆中加入4wt％的样品，在150℃条件下老化16h，其低温低压滤失量降低率达到45％，岩心抗压强度提高率达到10％以上。在水环境中，其胶粘强度却达到了0.2Mpa，明显强于常规胶粘剂。
本发明作为封堵剂使用于XZ强抑制双疏型高性能水基钻井液体系中，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。
本发明提供的钻井液用封堵防塌剂-甲基丙烯酸酯共聚物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。且该封堵防塌剂具有优良的封堵防塌封堵能力，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.钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，其特征在于，该封堵防塌剂由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30～40份，丙烯酸酯20～30份，丙烯酸20～30份，盐酸多巴胺5～10份，助溶剂5～10份，引发剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，其特征在于，该封堵防塌剂由包含以下重量份数的组分制备得到：甲基丙烯酸酯30份，丙烯酸酯20份，丙烯酸20份，盐酸多巴胺8份，助溶剂10份，引发剂2份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸十八碳酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，其特征在于，所述丙烯酸酯为丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，其特征在于，所述引发剂为偶氮类引发剂，例如偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸和偶氮二异丙基咪唑啉中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物，其特征在于，所述助溶剂为乙二醇单丁醚和异丙醇中的至少一种。
7.权利要求1～6任一项所述钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法，该方法具体包括以下步骤：常温条件下，向反应釜中依次加入甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸、盐酸多巴胺和助溶剂，搅拌30～60分钟，通入氮气除氧，通氮气完成，将反应釜升温至100～110℃，向釜内缓慢加入引发剂，保温聚合反应4～5小时，反应完成后降温至40℃以下，用碱液调节反应产物pH值至中性，加水稀释反应产物，取样检测，入库。
8.根据权利要求7所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法，其特征在于，所述常温指的是温度20～35℃。
9.根据权利要求7所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法，其特征在于，所述通入氮气的时间为10～20分钟。
10.根据权利要求1所述的钻井液用封堵防塌剂甲基丙烯酸酯共聚物的制备方法，其特征在于，所述pH值至中性指的是pH在6～7之间。
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