CN109943300A

CN109943300A - 硅胺基钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN109943300A
Application number: CN201910285902.7A
Authority: CN
Inventors: 刘亚东; 孙晓东; 王良超; 陈琰
Original assignee: BEIJING DADE GUANGYUAN PETROLEUM TECHNOLOGY SERVICE Co Ltd
Current assignee: BEIJING DADE GUANGYUAN PETROLEUM TECHNOLOGY SERVICE Co Ltd
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2019-06-28

Abstract

本发明公开了一种硅胺基钻井液及其制备方法，包括：钠基膨润土、包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、加重剂、硼砂、碳酸钠和高温阻聚剂；所述高温阻聚剂包括阻离子剂和聚有机氟硅氧烷；本发明提供的硅胺基钻井液的有益效果在于，通过添加高温降粘剂使得现有的硅胺基钻井液在较高的温度下在含有金属离子的矿井内也能够顺利的使用不发生缩聚，并保持优异的抑制能力，扩大了现有的硅胺基钻井液的使用范围。

Description

硅胺基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油天然气技术领域。更具体地说，本发明涉及一种硅胺基钻井液及其制备方法。

背景技术

现有的油井开采技术中，钻井液会根据不同的地形以及需求进行调整和更改，因此对钻井液的要求越来越多，现有胺基硅醇钻井液的有效成分包括胺基硅醇，胺基硅醇分子中的Si-OH与黏土上Si-OH缩聚成Si-O-Si，形成牢固的化学吸附层，使黏土表面发生润湿反转，阻止和减缓黏土表面的水化作用，有效防止泥页岩水化膨胀，因此胺基硅醇钻井液具有良好的抑制性能，此外胺基通过电荷吸附在黏土颗粒表面，同时形成牢固的化学吸附；硅羟基在黏土表面形成疏水层，阻止了胺基对黏土颗粒的影响。因此，胺基硅醇的加入对钻井液体系的流变性和滤失量影响较小；胺基硅醇在黏土表面形成的吸附层能阻止和减缓黏土表面的水化作用，进一步增强了体系的抑制能力，见中国专利CN105670578B；

现有的胺基硅醇化合物虽然具有众多优点，但是在实际运用中，胺基硅醇化合物在高温条件下容易缩水得到硅醚；特别是在含有金属离子的油井内，金属离子会部分溶解到钻井液中，在高温的作用下，金属离子起到催化作用，致使钻井液中的胺基硅醇还未与黏土层作用就自身发生缩聚，影响了硅胺基钻井液的使用效果；胺基硅醇自身缩聚，会导致动切力增大、粘附性下降，降低了了钻井液的流动性，附着能力随着自身缩聚反应的进行而降低，大大影响了使用效果，钻井液的粘附性无法将钻孔产生的废料带出油井，加大了对钻孔的钻头的消耗，因此高温限制了硅胺基钻井液的使用范围。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供一种硅胺基钻井液及其制备方法，该钻井液通过添加高温阻聚剂使得现有的硅胺基钻井液在较高的温度下在含有金属离子的矿井内也能够顺利的使用，减少缩聚反应的发生，并保持了现有的硅胺基钻井液优异的抑制能力，扩大了现有的硅胺基钻井液的使用范围。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种硅胺基钻井液，包括：钠基膨润土、包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、加重剂、硼砂、碳酸钠和高温阻聚剂；

所述高温阻聚剂包括阻离子剂和聚有机氟硅氧烷，所述阻离子剂和聚有机氟硅氧烷的重量份比为6:94，其中阻离子剂为葡萄糖酸、聚丙烯酸、马来酸、胺基三亚甲基膦酸、1-羟乙叉-1,1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸中的一种或多种。

优选的是，所述聚有机氟硅氧烷的具体合成方法为：

S1、将重量份计的三氟丙基甲基环三硅氧烷100份和重量份计的八甲基环四硅氧烷50份在10L反应釜中脱水，脱水条件为负压3.5kPa～6.0kPa，温度为78℃，脱水1～3h；

S2、将S1脱好水的三氟丙基甲基环三硅氧烷和八甲基环四硅氧烷在65℃～75℃油浴中加热，加入重量份计的硅醇铵盐4份，常压搅拌混合均匀，反应25分钟，反应过程中通持续通入干燥氮气，氮气流速为10L/min；

S3、S2的反应停止后，将混合物快速升至160℃，搅拌，通干燥氮气，保持该温度01h，冷却至室温。

优选的是，按照重量份计，具体的重量份数为：钠基膨润土3～5份、包被剂0.1～0.5份、降滤失剂0.5～2份、封堵剂1～5份、胺基硅醇0.5～1.5份、加重剂20～30份、硼砂0.2～0.3份、碳酸钠0.5～0.6份和高温阻聚剂0.1～0.2份。

优选的是，所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，为KPAM、FA367、PAC141中的一种或多种。

优选的是，降滤失剂为OSM-K、磺化褐煤树脂、磺化改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或多种。

优选的是，所述封堵剂为乳化沥青、阳离子沥青粉、乳化石蜡中的一种或多种。

优选的是，还包括加重剂，所述加重剂选自重晶石、碳酸钙、甲酸钾中的一种或多种。

硅胺基钻井液的制备方法，将上述重量份的钠基膨润土与重量份计的水30份搅拌混合均匀，在28℃下密闭养护28h，再加入硼砂、碳酸钠、重量份计的水70份，混合均匀，调节pH值在8-10之间，加入包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、高温阻聚剂，最后加入加重剂调至所需要的泥浆密度，混合搅拌均匀得到。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、通过添加高温阻聚剂，使得油井内的金属离子形成螯合物，降低在高温环境下金属离子催化胺基硅醇的反应速率，并减少胺基硅醇分子间的相互碰撞，保证了硅胺基钻井液在高温金属油井内的抑制性的稳定性，延长了硅胺基钻井液在金属离子含量较高的油井内的使用循环使用寿命；另外添加的阻离子剂抗高温、易降解，不会使硅胺基钻井液变得不易处理；

第二、通过添加高温阻聚剂，使得油井内的胺基硅醇和聚有机氟硅氧烷相互复配使用，聚有机氟硅氧烷在一定程度上稳定了胺基硅醇，限制了胺基硅醇分子间的碰撞，促使胺基硅醇与黏土上的硅羟基作用而不是自聚；其中，聚有机氟硅氧烷是一种长链大分子结构，其分子空间结构为螺旋形，螺旋的中间是硅-氧主链，包括氟碳基团在内的侧基包围在主链四周，大分子主链和侧基均无不饱和双键，主链硅氧键可自由旋转，并可在分子间力作用下在一定范围内变化键角，侧基在主链的四周形成了对主链的保护壁垒，对外部环境和介质影响有多层的抵御作用，提高了聚合物的稳定性；间接提升了硅胺基钻井液的高温稳定性，扩宽了硅胺基钻井液的使用温度范围；

第三、通过本技术方案采取的方法制备的聚有机氟硅氧烷聚合度大小适中，粘度合适，空间结构稳定，能够与硅胺基钻井液中的胺基硅醇有效的协助配合使用，一方面既能作为高温抗粘剂，另一方面又能够作为胺基硅醇的空间分散剂，防止胺基硅醇分子间的缩合。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

<实施例1>

一种硅胺基钻井液，包括：钠基膨润土、包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、加重剂、硼砂、碳酸钠和高温阻聚剂；

其中，所述高温阻聚剂包括阻离子剂和聚有机氟硅氧烷，所述阻离子剂和聚有机氟硅氧烷的重量份比为6:94；

包被剂为FA367、降滤失剂为OSM-K、封堵剂为乳化沥青、加重剂为重晶石；

制备方法为：

首先将高温阻聚剂按照重量份比例进行配置，所述阻离子剂选择胺基三亚甲基膦酸和聚丙烯酸按照重量份比1:3进行配制搅拌得到；

然后，将重量份计的以下原料：钠基膨润土3.5份、增粘剂0.2份、FA367 0.4份、OSM-K0.8份、乳化沥青2份、胺基硅醇0.8份、重晶石24份、硼砂0.26份、碳酸钠0.58份和高温阻聚剂0.15份，搅拌均匀。

<实施例2>

一种硅胺基钻井液，包括钠基膨润土、包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、加重剂、硼砂、碳酸钠和高温阻聚剂；

所述高温阻聚剂包括阻离子剂和聚有机氟硅氧烷；

其中，聚有机氟硅氧烷的具体合成方法为：

S3、S2的反应停止后，将混合物快速升至160℃，搅拌，通干燥氮气，保持该温度01h，冷却至室温；

硅胺基钻井液的制备方法为：

将聚有机氟硅氧和阻离子剂按照重量份比94:6的比例混合得到高温阻聚剂；其中阻离子剂选择马来酸和二乙烯三胺五甲叉膦酸，其按照重量份比为1:3的比例进行混合；

包被剂为PAC141、降滤失剂为磺化褐煤树脂、封堵剂为阳离子沥青粉、加重剂为重晶石；

然后，将重量份计的以下原料：钠基膨润土3.5份、PAC141 0.4份、磺化褐煤树脂0.8份、阳离子沥青粉2份、胺基硅醇0.8份、重晶石24份、硼砂0.26份、碳酸钠0.58份和高温阻聚剂0.15份，搅拌均匀。

<实施例3>

一种硅胺基钻井液，包括重量份计的原料：

钠基膨润土3份、包被剂0.1份、降滤失剂0.5份、封堵剂1份、胺基硅醇0.5份、加重剂20份、硼砂0.2份、碳酸钠0.5份和高温阻聚剂0.1份；

其中，聚有机氟硅氧烷的具体合成方法为：

将聚有机氟硅氧和阻离子剂按照重量份比94:6的比例混合，其中阻离子剂选择马来酸和二乙烯三胺五甲叉膦酸，按照重量份比为1:3的比例进行混合；

其中，所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，为KPAM和FA367按照重量份比为1:2的比例混合得到；

降滤失剂为OSM-K；封堵剂为乳化沥青；加重剂为重晶石；

<实施例4>

一种硅胺基钻井液，包括重量份计的原料：

钠基膨润土5份、包被剂0.5份、降滤失剂2份、封堵剂5份、胺基硅醇1.5份、加重剂30份、硼砂0.3份、碳酸钠0.6份和高温阻聚剂0.2份；

其中，聚有机氟硅氧烷的具体合成方法为：

将聚有机氟硅氧和阻离子剂按照重量份比94:6的比例混合，其中阻离子剂选择胺基三亚甲基膦酸和1-羟乙叉-1,1-二膦酸，按照重量份比为1:3的比例进行混合；

其中，包被剂为PAC141；降滤失剂为磺化褐煤树脂和聚丙烯酰胺按照重量份比1:2配制得到；封堵剂为乳化石蜡；加重剂为碳酸钙；

硅胺基钻井液的制备方法，将上述重量份的钠基膨润土与重量份计的水30份搅拌混合均匀，在28℃下密闭养护28h，再加入硼砂、碳酸钠、重量份计的水70份，混合均匀，调节pH值在8-10之间，加入PAC141、降滤失剂、乳化石蜡、胺基硅醇、高温阻聚剂，最后加入碳酸钙调至所需要的泥浆密度，混合搅拌均匀得到。

<实施例5>

一种硅胺基钻井液，包括重量份计的原料：

钠基膨润土4份、包被剂0.3份、降滤失剂2.6份、封堵剂3份、胺基硅醇1.2份、加重剂24份、硼砂0.27份、碳酸钠0.57份和高温阻聚剂0.16份；

其中，高温阻聚剂中的聚有机氟硅氧烷的具体合成方法为：

将聚有机氟硅氧和阻离子剂按照重量份比94:6的比例混合，其中阻离子剂选择葡萄糖酸和马来酸，按照重量份比为1:3的比例进行混合；

其中，包被剂为FA367和PAC141按照重量份比1:4配制得到；降滤失剂为聚丙烯酸钠；封堵剂为阳离子沥青粉；加重剂为甲酸钾和碳酸钙按照重量份比为1:2的比例配制；

<对比例1>

根据现有专利CN105670578B的方法进行制备：

硅胺基钻井液，由以下质量百分数的组分组成：钠基膨润土4％。羧甲基纤维素钠(CMC)0.2％，水解聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)0.3％，有机硅腐植酸钾OSAM-K2％，乳化沥青SFT3％，胺基硅醇抑制剂1％，NaOH0.2％，BaSO₄20％,余量为水；其中，胺基硅醇抑制剂的结构为：

R₁为氢，m为1，R₂为n取1。

<对比例2>

同实施例5的技术方案，不同之处在于实施例5中的高温阻聚剂不包括聚有机氟硅氧烷。

试验例

1、胺基硅醇钻井液及其有效成分抑制性评价

分别取实施例1～5、对比例2中的胺基硅醇和高温阻聚剂的混合物以及对比例1中的胺基硅醇抑制剂，进行相对抑制率的评价，方法如下：

1)基浆的配置

在400mL蒸馏水中加入1.2g(精确至0.01g)碳酸钠，在10000r/min下搅拌5min后，缓慢加入44.0g(精确至0.01g)钠基膨润土，在10000r/min下搅拌20min，再在24±3℃下按SY/T5624-1993的规定测定基浆的Φ100值。

2)泥浆的配置

分别取实施例1～5、对比例2中的胺基硅醇和高温阻聚剂的混合物12.0mL以及对比例1中的胺基硅醇抑制剂12.0mL，溶于400mL蒸馏水中，搅拌均匀，再加入1.20g(精确至0.01g)碳酸钠，在10000r/min下搅拌5min后，缓慢加入44.00g(精确至0.01g)钠基膨润土，在10000r/min下搅拌20min，再在24±3℃下按SY/T5624-1993的规定测定泥浆的Φ100值。

根据测定结果，计算胺基硅醇抑制剂的相对抑制率，结果见表1；相对抑制率计算公式为：

其中，X为相对抑制率(％)，Φ₁₀₀为泥浆在100r/min的读值(格)，为基浆在100r/min的读值(格)。

表1实施例1～5以及对比例1和对比例2中的有效成分抑制性评价数据

从表1可知，实施例1～5中在原有的胺基硅醇抑制剂中加入高温阻聚剂后对原来的胺基硅醇抑制剂的相对抑制率的影响基本可忽略不计，且抑制率均超过80％，对比对比例1而言，虽然抑制率稍有下降但基本可忽略，对黏土水化分散的抑制能力较强。

2、硅胺基钻井液的流变性评价

分别取实施例1～5和对比例1～2中的硅胺基钻井液进行流变性测试，方法为：在120℃下，用高温滚子加热炉老化16h，再按照GB/T16783.1-2006测试并记录其流变性能，结果见表2。

表2

注1：密度1.20g/cm³，测试温度50℃；

注2：AV为表观粘度，PV为塑性粘度，单位为mPa·s；YP为动切力，单位为Pa；

FL_API为API滤失量，为钻井液体系在0.69MPa压力下，在30min时间内测得的滤失量，FL_HTHP高温高压降滤失量，条件为3.5MPa×120℃。

从表2可知，实施例1～5中硅胺基钻井液经热滚后流变性仍较好，滤失量小，可以明显看出实施例1的粘度对比实施例2-5而言要偏大，采用实施例2的比例制备得到的聚有机氟硅氧烷粘度合适，相较于实施例1而言流动性更好，虽然实施例1的粘度大流动性较低但是其动切力较大，能够较好的带出钻屑，且滤失量较小，抑制性好，也能够作为硅胺基钻井液使用。

不同温度的老化试验测试

方法为：为验证抗高温性能，因此分别在120℃、180℃和230℃下，用高温滚子加热炉老化16h，再按照GB/T16783.1-2006测试并记录其流变性能，此处只列举实施例1和对比例1的实验数据，其它组的数据省略，结果见表3；

表3

从表3可以看出，随着老化温度的升高，实施例1的钻井液的各方面性能基本变化不大，当温度升至230℃后，FL_HTHP也仅有12.1mL，而现有的胺基硅醇抑制剂在高温条件随着温度的升高胺基硅醇逐渐脱水缩合，表观粘度和塑性粘度变大，而其动切力却逐渐降低，滤失量变大，因此在高温条件下，其抑制性降低，流动性减弱且携带钻屑的能力下降，功能减弱，不再适合当做高温钻井液使用，适用范围受到限制。

3、抗缩聚性试验

分别取实施例1～5、对比例2中的胺基硅醇和高温阻聚剂的混合物以及对比例1中的胺基硅醇抑制剂，进行缩聚性的评价，方法如下：

试验液的配置

实验样品：取实施例1-5的高温阻聚剂各1.000g和对比例2的高温阻聚剂0.060g，然后每份样品中加入7.500g胺基硅醇抑制剂和1mg的SnCl₂，常温常压搅拌；

空白对照样品：取一份7.500g胺基硅醇抑制剂加入1mg的SnCl₂，搅拌均匀，作为空白对照；

步骤：分别检测7组样品在100℃，180℃和230℃时的脱水情况，冷却称重；

根据测定结果，计算胺基硅醇缩水率，结果见表4；

缩水率计算公式为：

其中，X为脱水率(％)，M₀为混合物原始重量，M₁为加热后的混合物重量；

具体结果见表4和表5：

表4

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

对比例2

空白对照

100℃

12％

3％

4％

1％

3％

1％

3％

180℃

15％

14％

12％

11％

14％

85％

100％

230℃

23％

22％

21％

22％

23％

98％

100％

注：加热时间为24h；

表5

	对比例2	空白对照
			达到50％脱水率	8.4h	3.6h
达到100％脱水率	26.8h	16.2h

注：反应温度为230℃

根据表4和表5可知，在含有金属离子存在的情况下，胺基硅醇在高温状态下容易脱水聚合，当温度达到230℃时，脱水率达到了100％，当钻井液体系中不含有聚有机氟硅氧烷仅含有阻离子剂时仅能减缓胺基硅醇的脱水速度，不能够完全抑制胺基硅醇脱水，既含有聚有机氟硅氧烷又含有阻离子剂的钻井液体系能够基本抑制大部分胺基硅醇的高温脱水，保证了硅胺基钻井液在高温环境下也能够良好的使用，并保证优异的抑制性能。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.硅胺基钻井液，包括钠基膨润土、包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、加重剂，其特征在于，还包括以下组分：硼砂、碳酸钠和高温阻聚剂；

2.如权利要求1所述的硅胺基钻井液，其特征在于，所述聚有机氟硅氧烷的具体合成方法为：

S1、按重量组份计，将三氟丙基甲基环三硅氧烷100份和八甲基环四硅氧烷50份在反应釜中脱水，脱水条件为负压3.5kPa～6.0kPa，温度为78℃，脱水1～3h；

S3、S2的反应停止后，将混合物快速升至160℃，搅拌，通干燥氮气，保持该温度1h，冷却至室温。

3.如权利要求1所述的硅胺基钻井液，其特征在于，按照重量份计，硅胺基钻井液包括：钠基膨润土3～5份、包被剂0.1～0.5份、降滤失剂0.5～2份、封堵剂1～5份、胺基硅醇0.5～1.5份、加重剂20～30份、硼砂0.2～0.3份、碳酸钠0.5～0.6份和高温阻聚剂0.1～0.2份。

4.如权利要求3所述的硅胺基钻井液，其特征在于，所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，为KPAM、FA367、PAC141中的一种或多种。

5.如权利要求3所述的硅胺基钻井液，其特征在于，降滤失剂为OSM-K、磺化褐煤树脂、磺化改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或多种。

6.如权利要求3所述的硅胺基钻井液，其特征在于，所述封堵剂为乳化沥青、阳离子沥青粉、乳化石蜡中的一种或多种。

7.如权利要求3所述的硅胺基钻井液，其特征在于，所述加重剂为重晶石、碳酸钙、甲酸钾中的一种或多种。

8.如权利要求3所述的硅胺基钻井液的制备方法，其特征在于，将上述重量份的钠基膨润土与重量份计的水30份搅拌混合均匀，在28℃下密闭养护28h，再加入硼砂、碳酸钠、重量份计的水70份，混合均匀，调节pH值在8-10之间，加入包被剂、降滤失剂、封堵剂、胺基硅醇、高温阻聚剂，最后加入加重剂调至所需要的泥浆密度，混合搅拌均匀得到。