CN109096439B - 钻井液用增粘剂仿生天然凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶及其制备方法，增粘剂仿生天然凝胶是由下述原料制成的：清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠、引发剂、黄原胶。制备方法：水溶液聚合，制备共聚物粉末，制备增粘剂仿生天然凝胶。增粘剂仿生天然凝胶性能为：烘失量≤10.0％，淡水浆常温表观粘度≥25.0mPa·s，动切力≥13.0Pa，100℃热滚16h后表观粘度≥20.0mPa·s，动切力≥7.0Pa，盐水浆常温表观粘度≥25mPa·s，动切力≥13.0Pa，100℃热滚16h后表观粘度≥20.0mPa·s，动切力≥10.0Pa。本发明解决了现在钻井过程中增粘剂耐温抗盐性能差、生产成本高、工艺复杂的问题，同时它具有较强的生物降解性，有效降低了对储层的污染。

Description

钻井液用增粘剂仿生天然凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种石油钻井液助剂，具体是一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。本发明还涉及所述钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法。

背景技术

随着工业发展对石油需求量的不断增加，需要开发储藏在地层深处的油气资源，这对钻井技术提出了更高的要求。深井、超深井、水平井、大位移井作业中由于增粘剂抗温及耐盐性能不好所导致的钻井液体系粘度切力下降，岩屑悬浮稳定性差而可能造成井下复杂情况发生。而目前市面常用增粘剂在井中效果不显著，难以满足钻井需要；传统钻井液材料难以降解，会对储层造成很大程度的污染，影响后期油气井的开采产量。

发明人检索到以下相关专利文献：CN102127401A公开了一种钻井液用抗高温增粘剂及其制备方法,该钻井液用抗高温增粘剂的各组成成分的质量比为：淀粉∶瓜尔胶∶碱性氢氧化物∶环氧化物∶醇类溶剂＝1∶0.05～5∶0.01～2∶0.02～6∶0～9。制备上述钻井液用抗高温增粘剂的方法：在容器中加入淀粉、瓜尔胶，然后加入环氧化物和醇类溶剂进行搅拌，搅拌10～30分钟后，再加入碱性氢氧化物的水溶液，继续搅拌在0℃～120℃下反应20分钟～3小时，然后出料、烘干、粉碎即为成品。CN106243266A公开了一种钻井液用增粘剂及其制备方法、应用,其特征在于：是由四种烯类单体聚合形成的四元聚合物,所述四种烯类单体选自抗温耐盐单体、水化单体以及吸附单体；所述抗温耐盐单体选自烯基磺酸类单体,所述水化单体选自烯基羧酸、烯基烷酮和含有双键的季铵盐类化合物,所述吸附单体选自烯基酰胺类单体。CN106608974A公开了一种钻井液用增粘剂共聚缔合物,所述共聚缔合物含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单位D,所述结构单元A为丙烯酰胺,所述结构单元B为两性离子单体N-甲基二烯丙基丙磺酸盐(MAPS),所述结构单元C为结构单元B与阳离子聚胺的离子缔合体,所述结构单元D为淀粉,以所述共聚缔合物的总量为基准,所述丙烯酰胺的含量为6-45％,优选为10-40％；所述两性离子单体N-甲基二烯丙基丙磺酸盐的总含量为5-35％,优选为10-32％；所述阳离子聚胺的含量为2-30％,优选为5-28％；所述淀粉的含量为5-35％,优选为10-32％。CN102336867A公开了一种钻井液用增粘剂的制备方法,它包括以下步骤：步骤一,将71kg丙烯酰胺和700kg水加入聚合釜,搅拌至丙烯酰胺溶解,配成20％的丙烯酰胺水溶液,通氮除氧一段时间后加入0.1kg引发剂,恒温反应一段时间后得凝胶状聚丙烯酰胺；步骤二,将凝胶状聚丙烯酰胺取出造粒,加入水,在搅拌作用下配制成2％的聚丙烯酰胺水溶液；步骤三,先用氢氧化钠溶液将体系pH调至11,再加入85kg甲醛和100kg亚硫酸氢钠水溶液,搅拌反应一段时间后得磺甲基化聚丙烯酰胺胶体；步骤四,将反应物冷却至室温,出料,用95％乙醇沉淀分离,乙醇水溶液经回收、精馏后循环使用；步骤五,取出沉淀出的聚合物,通热风除去乙醇后,真空干燥、粉碎后得产品。CN 106608975A公开了一种一种接枝淀粉增粘剂共聚缔合物及其制备方法,所述共聚缔合物含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单元D,所述结构单元A为丙烯酰胺,所述结构单元B为两性离子单体甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸盐(DMAPS),所述结构单元C为结构单元B与阳离子聚胺的离子缔合体,所述结构单元D为淀粉,以所述共聚缔合物的总量为基准,所述丙烯酰胺的含量为6-45％,所述两性离子单体甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸盐的总含量为5-35％,所述阳离子聚胺的含量为2-30％,所述淀粉的含量为5-35％。

以上这些技术对于如何使钻井液用增粘剂能够解决现在钻井过程中增粘剂耐温抗盐性能差的问题，同时该增粘剂能有效降低对储层的污染，并未给出具体的指导方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，它具有良好的增粘及调节流型的能力，能在高温、高盐条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好，能适应复杂的钻井条件，有利于井壁的稳定，从而解决现在钻井过程中增粘剂耐温抗盐性能差的问题，同时该增粘剂仿生天然凝胶具有较强的生物降解性，能有效降低对储层的污染。

为此，本发明所要解决的另一个技术问题在于，提供一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其技术方案在于它是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(即甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，DMA)、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至80℃～90℃，开启搅拌，再加入引发剂进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2～3h(2～3小时)，温度为80℃～90℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在70℃～80℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

上述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氢钠中的一种或几种原料的组合(组合物，混合物)，几种原料组合时其配比是任意的。

上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的步骤①中搅拌速率最好为50～100r/min，步骤③中搅拌速率最好为50～100r/min。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶是由下述重量配比的原料制成的：

所述的引发剂为过硫酸铵与过硫酸钾两种原料的组合，过硫酸铵与过硫酸钾的重量之比为1∶2。

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(即甲基丙烯酸二甲胺基乙酯)、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至90℃，开启搅拌，再加入1份过硫酸铵、2份过硫酸钾进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2h，温度为90℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在80℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶是由下述重量配比的原料制成的：

所述的引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠两种原料的组合，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的重量之比为1∶0.5。

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至80℃，开启搅拌，再加入1.4份过硫酸铵、0.7份亚硫酸氢钠进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2.5h，温度为80℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在70℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶是由下述重量配比的原料制成的：

所述的引发剂为过硫酸钾。

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至85℃，开启搅拌，再加入引发剂进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为3h，温度为85℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在75℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

本发明的增粘剂仿生天然凝胶达到了良好的性能效果，参见本说明书后面的表1，本发明的增粘剂仿生天然凝胶性能为：烘失量≤10.0％，淡水浆常温表观粘度≥25.0mPa·s，动切力≥13.0Pa，100℃热滚16h后表观粘度≥20.0mPa·s，动切力≥7.0Pa，盐水浆常温表观粘度≥25mPa·s，动切力≥13.0Pa，100℃热滚16h后表观粘度≥20.0mPa·s，动切力≥10.0Pa。本发明在经过150℃高温老化后仍能较好地保持钻井液的粘度,体现出了良好的抗温和抗盐性能，能适应复杂的钻井条件，具有良好的耐温抗盐性能。

本发明的增粘剂仿生天然凝胶与现有技术比较具有以下有益效果：(1)所述增粘剂仿生天然凝胶，具有良好的增粘及调节流型的能力，能在高温、高盐、高钙镁离子等苛刻条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好，能适应复杂的钻井条件，有利于井壁的稳定。(2)所述增粘剂仿生天然凝胶制备过程简单，易于实施，生产成本低。(3)所述增粘剂仿生天然凝胶无毒、无害，自然条件下能自然缓慢降解，能很好的保护油气层。

综上所述，本发明具有良好的增粘及调节流型的能力，能在高温、高盐条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好，能适应复杂的钻井条件，有利于井壁的稳定。本发明解决了现在钻井过程中增粘剂耐温抗盐性能差、生产成本高、工艺复杂的问题，同时该增粘剂仿生天然凝胶具有较强的生物降解性，有效降低了对储层的污染。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，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。

实施例1：本发明所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶是由下述重量配比的原料制成的：

所述的引发剂为过硫酸铵与过硫酸钾两种原料的组合，过硫酸铵与过硫酸钾的重量之比为1∶2。

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(即甲基丙烯酸二甲胺基乙酯)、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至90℃，开启搅拌(搅拌速率为75～90r/min)，再加入1份过硫酸铵、2份过硫酸钾进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2h，温度为90℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在80℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀(搅拌速率为75～90r/min)，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

实施例2：本发明所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶是由下述重量配比的原料制成的：

所述的引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠两种原料的组合，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的重量之比为1∶0.5。

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至80℃，开启搅拌(搅拌速率为70～80r/min)，再加入1.4份过硫酸铵、0.7份亚硫酸氢钠进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2.5h，温度为80℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在70℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀(搅拌速率为70～80r/min)，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

实施例3：本发明所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶是由下述重量配比的原料制成的：

所述的引发剂为过硫酸钾。

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至85℃，开启搅拌(搅拌速率为50～65r/min)，再加入引发剂进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为3h，温度为85℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在75℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀(搅拌速率为50～65r/min)，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

本发明所述的仿生天然凝胶中的“仿生”一词，其含义就是模仿生物的一些东西，天然的，具体到本发明(本产品)是模仿的贝壳类生物的分泌物，就是贝壳上发黏的那些东西(那些物质)。

以下为本发明的试验部分：本发明的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶可适用不同工况的油田开采钻井液体系。在钻井液体系中的用量(加量)根据实际的钻井地质条件而定，不同区块的地质条件决定了增粘剂仿生天然凝胶加量的不同，如在我国鄂尔多斯盆地东缘煤层气钻井过程中，增粘剂仿生天然凝胶的加量一般为1％～4％(重量百分比)。实施例1、2、3中增粘剂仿生天然凝胶的加量为2％。表1为(以上)各实施例制备的增粘剂仿生天然凝胶性能测定结果。

表1各实施例制备的增粘剂仿生天然凝胶性能测定结果

由表1可知：本发明各实施例制备的增粘剂仿生天然凝胶均能达到良好的性能效果。与已有相关的增粘剂相比，本发明(以上各实施例)的制造成本皆降低了20％以上。

本发明的增粘剂仿生天然凝胶在经过150℃高温老化后仍能较好地保持钻井液的粘度,体现出了良好的抗温和抗盐性能，能适应复杂的钻井条件，具有良好的耐温抗盐性能(标准上检测是100℃，但实际上本发明的增粘剂仿生天然凝胶抗温可以达到150℃)。

本发明的增粘剂仿生天然凝胶与现有技术比较具有以下有益效果：(1)所述增粘剂仿生天然凝胶，具有良好的增粘及调节流型的能力，能在高温、高盐、高钙镁离子等苛刻条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好，能适应复杂的钻井条件，有利于井壁的稳定；(2)所述增粘剂仿生天然凝胶制备过程简单，易于实施，生产成本低；(3)所述增粘剂仿生天然凝胶无毒、无害，自然条件下能自然缓慢降解，能很好的保护油气层。

综上所述，本发明解决了现在钻井过程中增粘剂耐温抗盐性能差、生产成本高、工艺复杂的问题，同时该增粘剂仿生天然凝胶具有较强的生物降解性，有效降低了对储层的污染。

Claims (6)

1.一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

清水 50份

丙烯酰胺 10份

甲基丙烯酸二甲胺基乙酯 10份

丙烯腈 15份

氢氧化钠 5份

引发剂 3份

黄原胶 20份

所述的引发剂为过硫酸铵与过硫酸钾两种原料的组合，过硫酸铵与过硫酸钾的重量之比为1∶2；

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至90℃，开启搅拌，再加入1份过硫酸铵、2份过硫酸钾进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2h，温度为90℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在80℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

2.根据权利要求1所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其特征在于上述的步骤①中搅拌速率为50~100r/min，步骤③中搅拌速率为50~100r/min。

3.一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

清水 45份

丙烯酰胺 15份

甲基丙烯酸二甲胺基乙酯 15份

丙烯腈 20份

氢氧化钠 10份

引发剂 2.1份

黄原胶 15份

所述的引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠两种原料的组合，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的重量之比为1∶0.5；

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至80℃，开启搅拌，再加入1.4份过硫酸铵、0.7份亚硫酸氢钠进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2.5h，温度为80℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在70℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

4.根据权利要求3所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其特征在于上述的步骤①中搅拌速率为50~100r/min，步骤③中搅拌速率为50~100r/min。

5.一种钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

清水 40份

丙烯酰胺 20份

甲基丙烯酸二甲胺基乙酯 20份

丙烯腈 25份

氢氧化钠 15份

引发剂 1份

黄原胶 10份

所述的引发剂为过硫酸钾；

所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶的制备方法包括如下工艺步骤：①水溶液聚合：按上述重量配比在反应釜内加入清水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯腈、氢氧化钠，缓慢加热至85℃，开启搅拌，再加入引发剂进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为3h，温度为85℃，得到共聚物溶液；②制备共聚物粉末：将步骤①得到的共聚物溶液放于烘箱内，在75℃温度下烘干，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末；③制备增粘剂仿生天然凝胶：将上述重量配比的黄原胶加入到所述共聚物粉末中，然后混合搅拌均匀，所得产物即为钻井液用增粘剂仿生天然凝胶。

6.根据权利要求5所述的钻井液用增粘剂仿生天然凝胶，其特征在于上述的步骤①中搅拌速率为50~100r/min，步骤③中搅拌速率为50~100r/min。