CN108485617A - 一种钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于深井、超深井开采技术领域，公开了一种钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺及其制备方法。该抑制剂由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺30～40份、环氧丙烷(PO)30～40份、环氧丁烷(BO)20～30份、活性基团化合物20～30份。本发明所述页岩抑制剂在粘土层间以单分子排列，抑制剂与粘土层间除了静电作用力外，同时与粘土晶面硅氧烷基原子形成氢键，且该抑制剂还可与其它处理剂形成协同效应，结合物理封堵和化学封堵法，有效提高井壁周围岩层的强度，解决泥页岩的膨胀问题。其具有良好的粘土抑制造浆能力，单剂粘土造浆抑制降低率可达70％以上。

Description

一种钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺及其制备方法
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，具体涉及一种集絮凝、抑制、控制造浆率低的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺及其制备方法。
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。
泥页岩的水化膨胀是影响井壁稳定的一个很重要的因素，粘土膨胀在钻井过程中对钻井作业有着巨大的负面影响。由于粘土膨胀致使体积增大，阻碍了岩屑从井底往地面的运移，增加了钻具与井眼之间的摩擦，抑制了用以封堵地层水的薄泥饼的形成。粘土膨胀还容易造成一些其它的钻井问题，诸如：井漏、卡钻等，因此，考虑到在钻井过程中遇到泥页岩的频繁性，对抑制泥页岩膨胀的材料和方法的研发在油气勘探工业中依然存在着巨大挑战。
发明内容
本发明提供一种钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，该抑制剂应用于钻井液中，有效利用抑制剂与各种处理剂之间的协同效应，结合物理封堵和化学封堵法，封堵地层孔喉和缝隙，减小孔隙压力传递及泥饼的渗透率，阻止钻井液的滤液侵入地层，提高井壁周围岩层的有效强度。还可抑制粘土的水化分散膨胀，同时阻止其他物质进入粘土层，提高钻井液的防塌性能。
所述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺聚氧乙烯醚30～40份、环氧丙烷(PO)30～40份、环氧丁烷(BO)20～30份、活性基团化合物20～30份。
优选地，所述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺聚氧乙烯醚30～35份、环氧丙烷(PO)30～35份、环氧丁烷(BO)20～25份、活性基团化合物20～25份。
其中，上述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺中，所述活性基团化合物为硝基化合物，例如为1-苯基-2硝基丙烯和1-(4-氯笨基)-2硝基丙烯中的至少一种。
本发明还提供了上述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)聚合反应：在常温条件下，按配比向反应釜中加入环氧丙烷、环氧丁烷和脂肪胺聚氧乙烯醚，升温至80～90℃，保持温度不变，反应2～4h；
(2)接枝聚合反应：待步骤(1)反应完成后，再加入活性基团化合物进行接枝聚合反应，在80～90℃条件下反应2～4h，得到终产品。
其中，上述制备方法，还包括步骤(2)将反应釜内终产品放料、计量、包装、检测、入库。
本发明的有益效果是：该抑制剂应用于钻井液中，有效利用抑制剂与各种处理剂之间的协同效应，结合物理封堵和化学封堵法，封堵地层孔喉和缝隙，减小孔隙压力传递及泥饼的渗透率，阻止钻井液的滤液侵入地层，提高井壁周围岩层的有效强度。还可抑制粘土的水化分散膨胀，同时阻止其他物质进入粘土层，提高钻井液的防塌性能。
和普通的抑制剂相比，其优势主要表现在：
1、具有良好的粘土抑制造浆能力，单剂粘土造浆抑制降低率可达70％以上。
2、具有良好的抗温性能，在体系中抗温120℃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、对体系没有增粘作用，不会影响体系的流变，同时，加入体系中体系的失水不会由于抑制剂的加入而增加失水。
具体实施方式
本发明提供一种所述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺聚氧乙烯醚30～40份、环氧丙烷(PO)30～40份、环氧丁烷(BO)20～30份、活性基团化合物20～30份；
所述活性基团化合物为硝基化合物，例如为1-苯基-2硝基丙烯或1-(4-氯笨基)-2硝基丙烯。
优选地，所述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺聚氧乙烯醚30～35份、环氧丙烷(PO)30～35份、环氧丁烷(BO)20～25份、活性基团化合物20～25份。
本发明还提供了上述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)聚合反应：在常温条件下，按配比向反应釜中加入环氧丙烷、环氧丁烷和脂肪胺聚氧乙烯醚，升温至80～90℃，保持温度不变，反应2～4h；
(2)接枝聚合反应：待步骤(1)反应完成后，再加入活性基团化合物进行接枝聚合反应，在80～90℃条件下反应2～4h，得到终产品；
(3)将反应釜内终产品放料、计量、包装、检测、入库。
所述钻井液用页岩抑制剂-多枝化聚胺XZ-YZJ在粘土层间为单分子排列，抑制剂与粘土层间除了静电作用力外，同时与粘土晶面硅氧烷基原子形成氢键，阻止抑制剂进一步进入粘土层，随着抑制剂的增加，层间距不再增加，因此抑制剂不会影响体系的流变。该产品可在淡水、硬水、盐水中均可使用；并适用于水敏性地层(高岭土、蒙脱土)，具有效能高、配制简单、成本低等优点。本产品具有良好的抑制粘土造浆，粘土造浆抑制降低率可到70％以上。
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页岩抑制剂多枝化聚胺XZ-YZJ，以重量份数计，包括：脂肪胺聚氧乙烯醚30份，环氧丙烷(PO)30份、环氧丁烷(BO)20份、1-苯基-2硝基丙烯20份。
制备步骤：(1)聚合反应：在常温条件下，按配比向反应釜中加入环氧丙烷、环氧丁烷和脂肪胺聚氧乙烯醚，升温至80℃，保持温度不变，反应3h；
(2)接枝聚合反应：待步骤(1)反应完成后，再加入硝基化合物-1-苯基-2硝基丙烯进行接枝聚合反应，在80℃条件下反应3h，得到终产品；
(3)将反应釜内终产品放料、计量、包装、检测、入库。
对本实施例生产的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺XZ-YZJ进行检测，检测结果见表1。同时，该产品在体系中加入对体系的粘度增加不大，且体系的失水变化不大。
表1.
项目 指标 检验结果
外观 自由流动的液体 自由流动的液体
粘土造浆降低率(％) ≥75 82
实施例2
本实施例提供的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺XZ-YZJ，以重量份数计，包括：脂肪胺聚氧乙烯醚30份，环氧丙烷(PO)25份、环氧丁烷(BO)25份、1-苯基-2硝基丙烯10份、1-(4-氯笨基)-2硝基丙烯10份。
制备步骤：(1)聚合反应：在常温条件下，按配比向反应釜中加入环氧丙烷、环氧丁烷和脂肪胺聚氧乙烯醚，升温至80℃，保持温度不变，反应2h；
(2)接枝聚合反应：待步骤(1)反应完成后，再加入硝基化合物-1-(4-氯笨基)-2硝基丙烯进行接枝聚合反应，在90℃条件下反应2h，得到终产品；
(3)将反应釜内终产品放料、计量、包装、检测、入库。
对本实施例生产的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺XZ-YZJ进行检测，检测结果见表2。同时，该产品在体系中加入对体系的粘度增加不大，且体系的失水变化不大。
表2.
项目 指标 检验结果
外观 自由流动的液体 自由流动的液体
粘土造浆降低率，％ ≥75 85
现场应用
本发明作为抑制剂使用于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-YZJ具有优良的防塌抑制能力，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 (7)

1.一种钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，其特征在于，该抑制剂由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺30～40份、环氧丙烷(PO)30～40份、环氧丁烷(BO)20～30份、活性基团化合物20～30份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，其特征在于，该抑制剂由包含以下重量份数的原料制备得到：脂肪胺30～35份、环氧丙烷(PO)30～35份、环氧丁烷(BO)20～25份、活性基团化合物20～25份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，其特征在于，所述脂肪胺为脂肪胺聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求1或2所述的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，其特征在于，所述活性基团化合物为硝基化合物。
5.根据权利要求4所述的钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺，其特征在于，所述硝基化合物为1-苯基-2硝基丙烯和1-(4-氯笨基)-2硝基丙烯中的至少一种。
6.权利要求1～5任一项所述钻井液用页岩抑制剂多枝化聚胺的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)聚合反应：在常温条件下，按配比向反应釜中加入环氧丙烷、环氧丁烷和脂肪胺，升温至80～90℃，保持温度不变，反应2～4h；
(2)接枝聚合反应：待步骤(1)反应完成后，再加入活性基团化合物进行接枝聚合反应，在80～90℃条件下反应2～4h，得到终产品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括步骤(3)将反应釜内终产品放料、计量、包装、检测、入库。
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