CN108559464A - 一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法，该流型调节剂是由复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂按照一定的比例复配制备而成。其中复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成；改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成。与现有技术相比，本发明提供的油基钻井液用流型调节剂，不仅能够在不显著增加塑性粘度的前提下，提高油基钻井液的动切力，改善油基钻井液的流变性能，还能够增强油基钻井液的悬浮、携带岩屑性能。

Description

一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油基钻井液用化学品技术领域，尤其涉及一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法。

背景技术

随着世界各国对能源需求的不断增大，油气勘探的地层及钻井工艺难度日益复杂，深井及超深井、非常规油藏的勘探与开发所占比例也不断增加。随之引发的井壁稳定、抗高温等井下复杂情况也随之不断出现。这些问题的提出对钻井液也提出了越来越高的要求。

油基钻井液是以油作为连续相的钻井液。与水基钻井液相比较，油基钻井液的主要特点是能抗高温，具有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力，润滑性能好，并可有效的减轻对油气储层的损害等。因此油基钻井液常用于深井、超深井、大位移井、水平井以及水敏性粘土层等的钻探。油基钻井液已经成为钻探高难度井、特殊工艺井和各种复杂地层作业的重要选择。

为了能够有效的破岩和携带岩屑，油基钻井液必须提高其动切力、静切力及动塑比。这就要求在钻井液流体内部形成较为稳定的网状结构。以防止在钻进过程中和泥浆泵停止工作后，较大颗粒的岩屑下沉而造成卡钻。油基钻井液中动、静切力的提高主要依靠于流型调节剂的研发。目前，国外常用的流型调节剂主要成分是大分子量的聚酰胺，提切效果好，对油基钻井液的粘度影响较小，但是价格高，来源有限，国内产品与国外差距较大，在提切的同时伴随着粘度的大幅度上升，无法满足油基钻井液的流型调节需求。

因此，研发一种价性能优良的油基钻井液用流型调节剂是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法，该流型调节剂是由复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂按照一定的比例复配制备而成，通过本发明制得的流型调节剂能够在不显著增加塑性粘度的前提下，提高油基钻井液的动切力，而且在改善油基钻井液流变性能的同时，还能够增强油基钻井液的悬浮、携带岩屑性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，按质量份数计，由以下原料配比制成：复合改性有机土0.1～2.0％、改性热塑性弹性树脂0.1～1.0％。

优选的，一种油基钻井液用流型调节剂，由以下原料配比制成：复合改性有机土0.5～1.5％、改性热塑性弹性树脂0.5～1.0％。

优选的，一种油基钻井液用流型调节剂，由以下原料配比制成：复合改性有机土1.5％、改性热塑性弹性树脂0.5％。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

目前油基钻井液使用的有机土大部分都是无机膨润土的单一改性，其在基油中成胶性能差，本发明针对此问题，进行了复合改性有机土的研制工作。通过利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行一次复合改性得到复合改性有机土。

其次，本发明通过在热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA，提高热塑性弹性树脂在油基钻井液中的增粘提切效果的同时，又能降低热塑性弹性树脂的溶解温度。

优选的，所述复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成。

其中，所述季铵盐类阳离子表面活性剂包括十二烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。

所述磺酸盐类阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基二苯醚二磺酸盐、琥珀酸双酯磺酸钠中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

本发明进行钠膨润土复合改性的目的是利用阳离子表面活性剂与粘土晶层间阳离子的交换能力，增加粘土的晶间距，提高膨润土在液相中的悬浮能力；利用磺酸盐类阴离子表面活性剂改性的目的是改变粘土颗粒表面的亲油性，使之更好的分散在油相中。

优选的，所述改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成。

其中，采用乳液聚合法制备丙烯腈-丁二烯-(α-甲基苯乙烯)接枝共聚物(ABMS)和α-甲基苯乙烯-丙烯腈共聚物(α-MSAN)，再将ABMS与α-MSAN熔融共混得到ABMS树脂。

另外，热塑性弹性树脂接枝改性产物不仅具有较明显的增粘提切作用，而且具有良好的悬浮能力。

本发明的另一个目的在于提供一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，所述流型调节剂是由复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂按照一定的比例复配制备而成。

优选的，所述复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成，具体包括如下步骤：

步骤一：将膨润土经粉碎、水洗、烘干得到提纯土；

步骤二：将提纯土粉碎，并向其中加入蒸馏水，搅拌至浆状后，加入碳酸钠反应25～40min，烘干、研磨、过筛得到钠膨润土；

步骤三：利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂，将钠膨润土经过复合改性成有机土；

步骤四：搅拌均匀，经烘干、粉碎得到复合改性有机土。

步骤三中，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为5～10mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为2～10mmol，反应时间为1～3h。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果如下：

利用季铵盐类阳离子表面活性剂作为插层剂，与膨润土层间的阳离子发生置换反应，由于在层间引进了有机链，从而将蒙脱石的层间结构撑开，晶层间距加大，使得膨润土与有机相之间有更好的相容性，最终有利于聚合物或其单体进入层间；磺酸盐类表面活性剂进一步插层、进入膨润土的晶层间，还可以通过氢键吸附在粘土矿物表面，从而提高其油溶性。

优选的，所述改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成，具体包括如下步骤：

步骤一：准备称量AMBS、GMA、引发剂BPO，以及量取甲苯；

步骤二：将GMA与BPO混合均匀、溶解，并用甲苯溶解热塑性弹性树脂AMBS；

步骤三：将GMA与BPO的混合液加入AMBS中，恒温反应得到反应物；

步骤四：将反应物边搅拌边加入异丙醇，沉淀、抽滤，烘干得到产物。

优选的，GMA与热塑性弹性树脂AMBS的质量比为1：(5～10)，反应温度为80～100℃。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果如下：

热塑性弹性树脂AMBS是一种以聚苯乙烯为末端段，乙烯-丁烯共聚物的线性三嵌段共聚物，分子链柔性好，是一种饱和非结晶树脂，通过在热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA，可提高其在油基钻井液中的增粘提切效果，同时降低其溶解温度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法，该流型调节剂是由复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂按照一定的比例复配制备而成。其中复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行一次复合改性而成；改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成。

本发明提供的油基钻井液用流型调节剂，不仅能够在不显著增加塑性粘度的前提下，提高油基钻井液的动切力，而且改善油基钻井液流变性能的同时，又能增强油基钻井液的悬浮、携带岩屑性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种油基钻井液用流型调节剂及其制备方法，该制备方法不仅工艺简单，而且所制备的流型调节剂能够有效地提高油基钻井液对加重材料及钻屑的悬浮和携带能力，满足复杂油气钻探开发需求。

为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种油基钻井液用流型调节剂，按质量份数计，由以下原料配比制成：复合改性有机土0.1～2.0％、改性热塑性弹性树脂0.1～1.0％。

为了进一步实现本发明的技术效果，所述复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成。

为了进一步实现本发明的技术效果，所述改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成。

本发明还公开一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，所述流型调节剂是由复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂按照一定的比例复配制备而成。

为了进一步实现本发明的技术效果，所述复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成，具体包括如下步骤：

步骤一：将膨润土经粉碎、水洗、烘干得到提纯土；

步骤二：将提纯土粉碎，并向其中加入蒸馏水，搅拌至浆状后，加入碳酸钠反应25～40min，烘干、研磨、过筛得到钠膨润土；

步骤三：利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂，将钠膨润土经过一次复合改性成有机土；

步骤四：搅拌均匀，经烘干、粉碎得到复合改性有机土。

为了进一步实现本发明的技术效果，步骤三中，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为5～10mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为2～10mmol，反应时间为1～3h。

为了进一步实现本发明的技术效果，所述改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成，具体包括如下步骤：

步骤一：准备称量AMBS、GMA、引发剂BPO，以及量取甲苯；

步骤二：将GMA与BPO混合均匀、溶解，并用甲苯溶解热塑性弹性树脂AMBS；

步骤三：将GMA与BPO的混合液加入AMBS中，恒温反应得到反应物；

步骤四：将反应物边搅拌边加入异丙醇，沉淀、抽滤，烘干得到产物。

为了进一步实现本发明的技术效果，GMA与热塑性弹性树脂AMBS的质量比为1：(5～10)，反应温度为80～100℃。

下面，将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行进一步的说明。

一、复合改性有机土

实施例1：

称取6g膨润土，并将膨润土在粉碎机(2000rpm)下粉碎2min，依次经水洗、烘干得到提纯土；将提纯土粉碎，并向其中加入80mL水，搅拌制成稳定悬浊液，加入碳酸钠反应30min，烘干、研磨、过筛得到钠膨润土；选用季铵盐类阳离子表面活性剂和磺酸盐类阴离子表面活性剂分别对钠膨润土进行一次复合改性得到有机土，其中限定改性温度为75℃，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为6mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为4mmol，复合改性的反应时间为1.5h；搅拌均匀，经烘干、粉碎得到复合改性有机土。

实施例2：

称取6g膨润土，并将膨润土在粉碎机(2000rpm)下粉碎2min，依次经水洗、烘干得到提纯土；将提纯土粉碎，并向其中加入80mL水，搅拌制成稳定悬浊液，加入碳酸钠反应30min，烘干、研磨、过筛得到钠膨润土；选用季铵盐类阳离子表面活性剂和磺酸盐类阴离子表面活性剂分别对钠膨润土进行一次复合改性得到有机土，其中限定改性温度为85℃，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为8mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为6mmol，复合改性的反应时间为2h；搅拌均匀，经烘干、粉碎得到复合改性有机土。

实施例3：

称取6g膨润土，并将膨润土在粉碎机(2000rpm)下粉碎2min，依次经水洗、烘干得到提纯土；将提纯土粉碎，并向其中加入80mL水，搅拌制成稳定悬浊液，加入碳酸钠反应30min，烘干、研磨、过筛得到钠膨润土；选用季铵盐类阳离子表面活性剂和磺酸盐类阴离子表面活性剂分别对钠膨润土进行一次复合改性得到有机土，其中限定改性温度为95℃，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为10mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为8mmol，复合改性的反应时间为2.5h；搅拌均匀，经烘干、粉碎得到复合改性有机土。

上述各例的具体配方如下表1所示：

表1 实验合成反应条件

通过观察实施例1～3得到的复合改性有机土的形状及反应难易程度，得到以下结论：实施例2得到的产物形状最好，实施反应条件简便，不仅易抽滤，而且易烘干及粉碎，并且经优化最终确定最优反应条件为：改性温度为85℃，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为8mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为6mmol，复合改性的反应时间为2h。

二、改性热塑性弹性树脂

准确称量GMA、AMBS和BPO，并用移液管准确量取甲苯；将GMA与BPO在干燥的烧杯中混合均匀、溶解，并把称量好的AMBS放入三口烧瓶中，利用甲苯溶解热塑性弹性树脂AMBS；将GMA与BPO的混合液加入三口烧瓶中，并使GMA与BPO的混合物充分进入三口烧瓶中，按实验计划将三口烧瓶置于一定温度下恒温水浴一定时间得到反应物；将反应物边搅拌边加入异丙醇，沉淀、抽滤，重复2-3次，取滤渣；最后将滤渣置于烘箱中，干燥4h得到产物—改性热塑性弹性树脂。

通过单因素评价实验，最优反应条件为GMA与热塑性弹性树脂AMBS的质量比为1：6，反应温度为90℃，该条件下所制备的热塑性弹性树脂接枝改性产物具有较明显的增粘提切作用，这主要是由于改性热塑性弹性树脂可在油基钻井液中，通过“物理缠结”形成了明显的网络结构，使其具有良好的增粘提切性能。

三、复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂的复配

为了进一步验证本发明制备得到的复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂二者在油基钻井液体系中混合后的增粘提切作用，做了以下实验。其中复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂的复配加量情况见表2。

表2 复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂复配

根据二者复配加量的不同，将钻井液体系分为6组进行基本性能测试。油基钻井液基本性能测试见表3。其中，基础配方为：270ml 3号白油+30ml氯化钙盐水(20％wt)+3％主乳+4％辅乳+2％增粘剂+3％降滤失剂+4％氧化钙；实施例配方为：基础配方+2％复配配方A～F；对比例配方为：基础配方+2％市售流型调节剂。

从表3可以发现，与市售流型调节剂相比，加入本发明提供的流型调节剂后，能够有效地改善油基钻井液的流变性能，可在不显著增加塑性粘度的前提下，提高油基钻井液的动切力，而且在改善油基钻井液流变性能的同时，还能够增强油基钻井液的悬浮、携带岩屑性能，其中，依据流变性参数以及滤失量参数，确定油基钻井液流型调节剂的最优组成为：1.5％复合改性有机土+0.5％改性热塑性弹性树脂。

综上所述，本发明提供的油基钻井液流型调节剂的增粘提切性能，优于目前市售流型调节剂。

表3 油基钻井液的流变滤失基本性能

注：热滚条件为：150℃×16h，测试温度为：50℃，HTHP测试条件为：150℃×3MPa。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，按质量份数计，由以下原料配比制成：复合改性有机土0.1～2.0％、改性热塑性弹性树脂0.1～1.0％。

2.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，按质量份数计，由以下原料配比制成：复合改性有机土0.5～1.5％、改性热塑性弹性树脂0.5～1.0％。

3.根据权利要求2所述的一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，按质量份数计，由以下原料配比制成：复合改性有机土1.5％、改性热塑性弹性树脂0.5％。

4.根据权利要求1～3任一所述的一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，所述复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，所述改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成。

6.一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于，所述流型调节剂是由复合改性有机土与改性热塑性弹性树脂按照一定的比例复配制备而成。

7.根据权利要求6所述的一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于，所述复合改性有机土是利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂对钠膨润土进行复合改性而成，具体包括如下步骤：

步骤一：将膨润土经粉碎、水洗、烘干得到提纯土；

步骤二：将提纯土粉碎，并向其中加入蒸馏水，搅拌至浆状后，加入碳酸钠反应25～40min，烘干、研磨、过筛得到钠膨润土；

步骤三：利用季铵盐类阳离子表面活性剂、磺酸盐类阴离子表面活性剂，将钠膨润土经过复合改性成有机土；

步骤四：搅拌均匀，经烘干、粉碎得到复合改性有机土。

8.根据权利要求7所述的一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于，步骤三中，季铵盐类阳离子表面活性剂的用量为5～10mmol，磺酸盐类阴离子表面活性剂的用量为2～10mmol，反应时间为1～3h。

9.根据权利要求7所述的一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于，所述改性热塑性弹性树脂则是由热塑性弹性树脂ABMS上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA而成，具体包括如下步骤：

步骤一：准备称量AMBS、GMA、引发剂BPO，以及量取甲苯；

步骤二：将GMA与BPO混合均匀、溶解，并用甲苯溶解热塑性弹性树脂AMBS；

步骤三：将GMA与BPO的混合液加入AMBS中，恒温反应得到反应物；

步骤四：将反应物边搅拌边加入异丙醇，沉淀、抽滤，烘干得到产物。

10.根据权利要求9所述的一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于，GMA与热塑性弹性树脂AMBS的质量比为1：(5～10)，反应温度为80～100℃。