CN110819316A - 一种钻井液处理剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液处理剂及制备方法。所述钻井液处理剂是由包括以下组分的原料制备而得：水100重量份；单体1 5‑25重量份；单体2 2‑12重量份；单体3 3‑35重量份；单体4 2.0‑7.0重量份；引发剂1 0.05‑0.35重量份；引发剂2 0.025‑0.15重量份；pH调节剂2.0‑5.0重量份。本发明的钻井液处理剂具有良好的降滤失、润滑和包被泥页岩膨胀的效果，耐温能力达到130℃，具有加量少，降低滤失量、润滑和包被高效的特点，能够满足地层温度130℃以内井段钻进的需要。

Description

一种钻井液处理剂及制备方法

技术领域

本发明涉及油田钻井技术领域，进一步地说，是涉及一种钻井液处理剂及制备方法。

背景技术

为保证井下安全以及满足钻井的需求，水基钻井液体系中实际加入的处理剂种类往往较多，分子结构及类型复杂，在一种体系中通常包含十几种甚至几十种处理剂。为克服钻井液处理剂存在的上述问题，自二十世纪九十年代开始以降滤失为核心功能通过扩展其它功能形成了少量具有多种应用效果的多功能钻井液处理剂产品，如降滤失剂兼具抑制以及流型控制等功能。体系的逐渐简化是钻井液的发展趋势之一。国外已经进行了多功能钻井液处理剂的研究，其中以美国FLC2000、英国Pure-bore处理剂和Baroid公司PERFORMADRIL产品最为典型。其中，美国环保科技公司研发出一种井壁稳定剂FLC2000具有良好的耐温和控制动滤失性能，该产品实际为聚合物与不溶金属氧化物的复配产物，具有封堵、降滤失功能；2004年英国MGS公司报道出Pure-Bore^TM钻井液具备一剂三效功能，具备抑制、降滤失及流型调节功能，该体系为纳米颗粒与聚合物复配物；而Baroid公司生产的PERFORMADRIL同样为一种复配产品，具备抑制、降滤失、流型调节功能。国内张建国等采用乳液聚合方法合成出多功能处理剂ARJ，ARJ具有较好的增粘、降滤失、抑制以及润滑性能，是一种AM/AMPS/AA-白油的复配产品。与基浆相比，1.0％ARJ滤失量、抑制效果的降低率分别达到60.8％、59.1％，而且1.0％ARJ的膨胀抑制性能与0.5％包被剂FA367效果相近。马启睿采用氧化还原引发体系,合成了丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯氰(AN)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)五元共聚物钻井液降滤失剂。其合成原理是以AM为主链，通过引入磺酸基、羧酸基、阳离子等增强降滤失、抑制性能。该降滤失剂加量1％时在淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆的滤失量降低率分别为61.2％、59.5％、52.9％。滚动回收率有清水的14％提高至79.4％。

中国专利CN 104694088 A公开了一种多功能钻井液助剂，由以下质量百分比的原料配方组分组成:50-100份双丙酮丙烯酰胺、50-100份甲基丙烯酰胺、10-15份过硫酸铵、20-30份乙二醇、50-80份对甲苯磺酸、100-120份三氟甲磺酸、1-3份氢氧化铜、1-3份硝酸铵、2-3份高硫酸铵、3-5份亚氯酸钠。

中国专利CN 101735776 B公开了一种低毒或无毒的多功能钻井液处理剂，该多功能钻井液处理剂为复配产品，由分散剂OP-10、MV-CMC和护胶剂JT888以及液体石蜡组成；该多功能钻井液处理剂对环境无污染、无毒，具有防塌、封堵、降失水、保护井壁和油气层的功能，具有防卡、润滑、防塌、封堵的作用。

中国专利CN 105199057 A公开了一种多功能抗高温钻井液处理剂的制备方法。其特征及效果如下：1.该处理剂以AMPS、DMC以及腐植酸为原料，通过接枝共聚及复分解反应制备；2.该处理剂具有优良的降滤失效果和抑制性能，室内效果评价表明，在产品加量为0.5％时的常温常压滤失量为0.4mL，高温高压降滤失量为2.2mL，防膨率达到了46.86％，其降滤失性及抑制性能不亚于甚至优于国内外单独的降滤失剂及抑制剂，而且产品能耐160℃高温。

中国专利CN 102925121 B公开了一种多功能钻井液处理剂及其制备方法。其特征及效果如下：1.该多功能钻井液处理剂按以下方法制得：将水升温至35～70℃，搅拌条件下分别加入阳离子氟碳表面活性剂、醇胺类化合物、非离子表面活性剂，全部加完后继续搅拌0.5～2h，降温至30～34℃，加入消泡剂搅拌、放料即得。本发明工艺简单，成本低廉，所的产品具有润滑、降滤失及降低表面张力等多种功能，抗温能力达180℃，可用于深井及超深井，与钻井液配伍性良好；2.该处理剂为复配型多功能产品。

中国专利CN 102277140 B公开了一种钻井液用多功能固体润滑剂。其特征及效果如下：1.钻井液用处理剂；生产配方及工艺：膨化鳞片石墨60-80％、腐植酸钾25-35％、白油5-10％、含有4个乙氧基的辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-4乳化剂)，先将石墨和腐植酸钾混匀后加入白油和含有4个乙氧基的辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-4乳化剂)充分搅拌即得；主要用途：具有降低钻井液极压润滑系数的功能，同时兼有防塌和稀释作用；2.该固体润滑剂为复配产品。

中国专利CN 103897094 A公开了一种钻井液用无荧光纳米处理剂及其制备方法。其特征及效果如下：1.该处理剂采用至少一种非水溶性单体和至少一种水溶性单体在非氧气环境下采用乳液聚合的方法合成，纳米处理剂的纳米级别分别为10-5000nm，其表面含油具有羧酸基或羧酸根亲水基团，具有核壳结构。本发明涉及到羧酸根改性的具有核壳结构的水溶性纳米粒子，纳米球粒径均一，能够稳定分散在钻井液中形成纳米处理剂添加的钻井液；2.该纳米处理剂无荧光，对录井不产生干扰，抗高温降滤失、极压润滑和抑制页岩膨胀的效果，且能对钻井液流变无显著影响，达到一剂多功能的目的；3.极压润滑系数降低率达74％，API滤失量7.5mL；4.该处理剂为复配型多功能产品。

中国专利CN105542730 A公开了一种钻井液处理剂及其体系。其特征及效果如下：1.该钻井液处理剂由5～15份阳离子抑制剂CPI，4～8份阳离子包被剂CPH-2，5～10份阳离子降滤失剂CPF-1，1～3份阳离子降滤失剂CPF和1～2份阳离子堵塞剂CPA组成，能够增加电势、稳定井壁和良好的耐盐性能；2.该处理剂为复配型多功能产品。

文献《AEDMAC_AM_AA两性共聚物降滤失剂的合成与性能》(精细石油化工进展,2002.12)该文介绍了一种AEDMAC_AM_AA两性共聚物降滤失剂的合成与性能，研究成果及结论主要有如下几方面内容：1.合成了丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵/丙烯酰胺/丙烯酸(AEDMAC/AM/AA)共聚物钻井液降滤失剂,评价了此共聚物钻井液性能。结果表明,AEDMAC/AM/AA共聚物具有良好的降滤失、防塌、保护油气层性能,抗温、抗盐污染能力强；2.具有良好的降滤失性能、较强的抑制、抗温(＞150℃)、抗盐(达饱和)和抗高价金属离子(抗CaCl₂＞0.5％)污染能力。

文献《AM/AN/AA/淀粉四元接枝共聚物的合成与钻井液性能》(山东科学,2008.6)该文介绍了一种AM/AN/AA/淀粉四元接枝共聚物，研究成果及结论主要有如下几方面内容：1.采用丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸为单体,在一定温度和引发剂作用下,与淀粉接枝共聚制得AM/AN/AA/淀粉四元接枝共聚物,初步评价了其钻井液性能。结果表明,AM/AN/AA/淀粉四元接枝共聚物在淡水钻井液、饱和盐水钻井液和复合盐水钻井液中均具有优良的降滤失作用和较好的耐温(抗温≥150℃)、抗盐(抗NaCl至饱和)和抗钙(≥20％)离子污染的能力,并对泥页岩具有较强的抑制包被性；2.AM/AN/AA/淀粉四元接枝共聚物加量0.7％时的包被抑制性达到82％。

以上专利和文献中多功能钻井液处理剂通常具备2～4种其它辅助功能，其主功能效果良好，但副功能效果不理想，远没有达到高效、简化钻井液体系、降低现场钻井液维护难度的目的。而且多数产品为复配物，为“一袋化”而非“一剂化”产品，缺乏使用一剂就能高效实现多种功能和效果的处理剂产品。

发明内容

为解决现有钻井液存在体系复杂、处理剂种类多、现场钻井液维护难度大差等问题，本发明提出一种钻井液处理剂及其制备方法。通过制备一种同时具备降滤失、润滑和包被作用的高效钻井液处理剂，提高钻井液处理剂的使用效能，达到简化钻井液体系、减少处理剂用量、降低现场钻井液维护处理难度的目的。本发明的钻井液处理剂具有良好的降滤失、润滑和包被泥页岩膨胀的效果，耐温能力达到130℃，具有加量少，降低滤失量、润滑和包被高效的特点，能够满足地层温度130℃以内井段钻进的需要。

本发明的目的之一是提供一种钻井液处理剂。

是由包括以下组分的原料制备而得：

各组分按重量份数计，

所述单体1为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸盐、2,2-二羟甲基丁酸-3'-磺酸钠丙酯或丙烯酰胺基苯基乙磺酸；甲基丙烯磺酸盐优选为甲基丙烯磺酸钠；

所述单体2为丙烯酸、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸酯；

所述单体3为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、烷基琥珀酰胺(烷基优选C6～C16)或N-丁氧基甲基丙烯酰胺；

所述单体4为二烯丙基二甲基氯化铵、三甲基环氧丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵；

所述引发剂1为过氧化氢、过硫酸盐或高氯酸钠；其中过硫酸盐优选为过硫酸钠；

所述引发剂2为亚硫酸氢钠、四乙烯亚胺或硫代硫酸钠；

所述pH调节剂为氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化镁。

其中单体1用于提高目标分子在钻屑表面的吸附性能，有助于提高对钻屑的包覆能力，单体2用于提高分子耐温和水化能力，单体3功能为提高分子耐温能力和降滤失效果，单体4用于提高分子在粘土表面吸附能力和改变吸附后固相表面的润湿性能，有助于增强润滑性能。

本发明的目的之二是提供一种钻井液处理剂的制备方法。

包括：

首先向水中按所述用量加入单体1、单体2，调节pH值后加入单体3和单体4，加引发剂进行反应，粉碎、烘干，制得所述钻井液处理剂。

其中，优选：

常温下向水中加入单体1、单体2，搅拌至完全溶解后用pH调节剂将溶液pH值调整至6.5～9.0。

调节pH值后向溶液中加入单体3和单体4，将溶液温度降至30～40℃后向溶液中充氮气15～30分钟。充氮气后，在搅拌状态下先后向混合溶液中滴加引发剂1和引发剂2，搅拌均匀后密封、保持溶液温度在35～50℃，恒温反应3～8小时后得到凝胶状产物。

凝胶状产物经剪切、100～110℃下烘干4～8小时，粉碎后制得所述钻井液处理剂。

优选地，本发明可采用以下技术方案：

通过以下的原料配方组分实现：

1)一种钻井液处理剂，按重量百分比组份如下：单体1 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或甲基丙烯磺酸盐或2,2-二羟甲基丁酸-3'-磺酸钠丙酯或丙烯酰胺基苯基乙磺酸6-23份，单体2丙烯酸或丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酸酯2.5-11份，单体3N,N-亚甲基双丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺或烷基琥珀酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺3.5-33份，单体4二烯丙基二甲基氯化铵或三甲基环氧丙基氯化铵或三甲基烯丙基氯化铵2.5-6.0份，引发剂1过氧化氢或过硫酸盐或高氯酸钠0.06-0.3份，引发剂2亚硫酸氢钠或四乙烯亚胺或硫代硫酸钠0.03-0.14份，pH调节剂氢氧化钙或氢氧化钠或氢氧化镁2.5-4.0份，水100份。

2)钻井液处理剂制备方法及步骤如下：

首先向水中加入单体1、单体2，调节pH值后加入单体3和单体4，加引发剂恒温反应2～5小时后进行粉碎、烘干，制得多功能钻井液处理剂产品。具体步骤为：常温下向100份水中加入单体1、单体2，搅拌至完全溶解后用pH调节剂将溶液pH值调整至6.5～9.0，再向溶液中加入单体3和单体4，将溶液温度降至30～40℃后向溶液中充氮气15～30分钟，在搅拌状态下先后向混合溶液中滴加引发剂1和引发剂2，搅拌均匀后密封、保持溶液温度在35～50℃，恒温反应3～8小时后将凝胶状产物，经剪切、100～110℃下烘干4～8小时，粉碎后即制得多功能钻井液处理剂产品。

发明的效果

本发明涉及的一种多功能钻井液处理剂具有良好的降滤失、润滑和抑制泥页岩水化膨胀的效果。其降滤失、包被及润滑性能分别达到降滤失剂、泥岩包被剂及润滑剂单剂主性能的85％以上，耐温能力达到130℃。该多功能钻井液处理剂具有加量少、高效的特点，具有良好的降滤失、润滑和包被等效果，与其它处理剂配伍性好，能够满足温度在130℃以内地层钻进的需要。

附图说明

图1为本发明实施例1的钻井液处理剂与不同处理剂的降滤失对比图；

图2为本发明实施例1的钻井液处理剂与不同处理剂的润滑性对比图；

图3为本发明实施例1的钻井液处理剂与不同处理剂的抑制性对比图。

附图中的多功能即为本发明实施例1制备的钻井液处理剂，

空白是指基浆(4％膨润土浆)，与之对比的处理剂配方为基浆+1％处理剂。API和HTHP失水为按照《GB/T16783-1997水基钻井液现场测试程序》中3.2.2和3.3.2测试程序分别测试API滤失量和HTHP滤失量。

附图中作为与本发明的钻井液处理剂效果对比的降滤失剂、润滑剂、抑制剂均为目前钻井液体系中正在广泛应用、产品获得市场公认、而且室内优选出的效果良好的处理剂产品。其中降滤失剂为聚阴离子纤维素LV-PAC，润滑剂为机油/柴油复配类润滑剂，抑制剂为氯化钾KCl。上述优选处理剂均为规模应用的市售产品。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例所述单体1～单体4、引发剂1和2、pH调节剂均为市售产品。

实施例1：

本实施例的多功能钻井液处理剂通过以下方法制备得到：

首先向水中加入单体1 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、单体2丙烯酸，调节溶液pH值后加入单体3N,N-亚甲基双丙烯酰胺和单体4二烯丙基二甲基氯化铵，加引发剂1过氧化氢和引发剂2亚硫酸氢钠恒温反应4小时后进行剪切、烘干、粉碎，制得多功能钻井液处理剂产品。具体步骤为：常温下向100份水中加入单体1 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸7份、单体2丙烯酸3份，搅拌至完全溶解后用pH调节剂氢氧化钠2.5份将溶液pH调整至9.0，向溶液中加入单体3N,N-亚甲基双丙烯酰胺4份、单体4二烯丙基二甲基氯化铵3份，将溶液温度降至40℃后向溶液中充氮气15分钟，在搅拌状态下先后向混合溶液中滴加引发剂1过氧化氢0.06份和引发剂2亚硫酸氢钠0.03份，搅拌均匀后密封、保持溶液温度在35℃，恒温反应8小时后将凝胶状产物，经剪切、100℃下烘干8小时，粉碎后即制得多功能钻井液处理剂产品。

一剂多能钻井液处理剂滤失量、润滑性及包被性分别按照《SY/T 5660-1995钻井液用包被剂PAC141、降滤失剂PAC142、降滤失剂PAC143》、《Q/SHCG 4-2011水基钻井液用润滑剂技术要求》、《SY/T 6335-1997钻井液用页岩包被剂评价方法》中规定的方法进行测试。实施例1制备的多功能钻井液处理剂在4％土浆中经130℃老化16h中压滤失量6.2mL，HTHP滤失量18.4mL，粘滞系数为0.0349，泥岩相对膨胀率为65.4％。

实施例2：

本实施例的多功能钻井液处理剂通过以下方法制备得到：

首先向水中加入单体1甲基丙烯磺酸钠、单体2丙烯酸叔丁酯，调节溶液pH值后加入单体3N-羟甲基丙烯酰胺和单体4三甲基环氧丙基氯化铵，加引发剂1过硫酸铵和引发剂2四乙烯亚胺恒温反应4小时后进行剪切、烘干、粉碎，制得多功能钻井液处理剂产品。具体步骤为：常温下向100份水中加入单体1甲基丙烯磺酸钠21份、单体2丙烯酸叔丁酯10.5份，搅拌至完全溶解后用pH调节剂氢氧化钙4份将溶液pH调整至8.0，向溶液中加入单体3N-羟甲基丙烯酰胺32份、单体4三甲基环氧丙基氯化铵5.5份，将溶液温度降至35℃后向溶液中充氮气20分钟，在搅拌状态下先后向混合溶液中滴加引发剂1过硫酸铵0.26份和引发剂2四乙烯亚胺0.13份，搅拌均匀后密封、保持溶液温度在40℃，恒温反应5小时后将凝胶状产物，经剪切、105℃下烘干8小时，粉碎后即制得多功能钻井液处理剂产品。

一剂多能钻井液处理剂滤失量、润滑性及包被性分别按照《SY/T 5660-1995钻井液用包被剂PAC141、降滤失剂PAC142、降滤失剂PAC143》、《Q/SHCG 4-2011水基钻井液用润滑剂技术要求》、《SY/T 6335-1997钻井液用页岩包被剂评价方法》中规定的方法进行测试。实施例1制备的多功能钻井液处理剂在4％土浆中经130℃老化16h中压滤失量6.8mL，HTHP滤失量19.8mL，粘滞系数为0.0524，泥岩相对膨胀率为71.2％。

实施例3：

本实施例的多功能钻井液处理剂通过以下方法制备得到：

首先向水中加入单体1丙烯酰胺基苯基乙磺酸、单体2甲基丙烯酸酯，调节溶液pH值后加入单体3N-丁氧基甲基丙烯酰胺和单体4三甲基烯丙基氯化铵，加引发剂1高氯酸钠和引发剂2硫代硫酸钠恒温反应4小时后进行剪切、烘干、粉碎，制得多功能钻井液处理剂产品。具体步骤为：常温下向100份水中加入单体1丙烯酰胺基苯基乙磺酸14份、单体2甲基丙烯酸酯6份，搅拌至完全溶解后用pH调节剂氢氧化镁2.5份将溶液pH调整至7.0，向溶液中加入单体3N-丁氧基甲基丙烯酰胺21份、单体4三甲基烯丙基氯化铵4.2份，将溶液温度降至30℃后向溶液中充氮气25分钟，在搅拌状态下先后向混合溶液中滴加引发剂1高氯酸钠0.15份和引发剂2硫代硫酸钠0.08份，搅拌均匀后密封、保持溶液温度在50℃，恒温反应4小时后将凝胶状产物，经剪切、110℃下烘干4小时，粉碎后即制得多功能钻井液处理剂产品。

一剂多能钻井液处理剂滤失量、润滑性及包被性分别按照《SY/T 5660-1995钻井液用包被剂PAC141、降滤失剂PAC142、降滤失剂PAC143》、《Q/SHCG 4-2011水基钻井液用润滑剂技术要求》、《SY/T 6335-1997钻井液用页岩包被剂评价方法》中规定的方法进行测试。实施例1制备的多功能钻井液处理剂在4％土浆中经130℃老化16h中压滤失量5.6mL，HTHP滤失量17.0mL，粘滞系数为0.0262，泥岩相对膨胀率为64.8％。

图1为本发明的钻井液处理剂与优选降滤失剂、润滑剂、抑制剂三种处理剂降滤失效果对比图。降滤失效果用滤失量大小进行表征。由图1可知，本发明的钻井液处理剂API降滤失效果接近优选降滤失剂的降滤失效果，HTHP滤失效果好于优选降滤失剂的效果。同时本发明的钻井液处理剂明显优于润滑剂和抑制剂的降滤失效果。

图2为本发明的钻井液处理剂与优选降滤失剂、润滑剂、抑制剂三种处理剂润滑效果对比图。润滑效果用粘滞系数进行表征。由图2可知，本发明的钻井液处理剂的润滑效果优于优选润滑剂的润滑效果，同时明显优于降滤失剂和抑制剂的润滑效果。

图3为本发明的钻井液处理剂与优选降滤失剂、润滑剂、抑制剂三种处理剂抑制效果对比图。抑制效果用页岩回收率进行表征。由图3可知，本发明的钻井液处理剂抑制效果接近优选抑制剂的抑制效果，同时明显优于降滤失剂和润滑剂的抑制性能。

从图1-图3可以得出，本发明的钻井液处理剂具有良好的降滤失、润滑和抑制效果，其综合效果明显优于所述优选的单一功能处理剂的使用效果。

Claims (8)

1.一种钻井液处理剂，其特征在于所述钻井液处理剂是由包含以下组分的原料制备而得：

各组分按重量份数计，

所述单体1为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸盐、2,2-二羟甲基丁酸-3'-磺酸钠丙酯或丙烯酰胺基苯基乙磺酸；

所述单体2为丙烯酸、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸酯；

所述单体3为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、烷基琥珀酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺；

所述单体4为二烯丙基二甲基氯化铵、三甲基环氧丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵；

所述引发剂1为过氧化氢、过硫酸盐或高氯酸钠；

所述引发剂2为亚硫酸氢钠、四乙烯亚胺或硫代硫酸钠。

2.如权利要求1所述的钻井液处理剂，其特征在于：

各组分按重量份数计，

3.如权利要求1所述的钻井液处理剂，其特征在于：

所述甲基丙烯磺酸盐为甲基丙烯磺酸钠；

所述过硫酸盐为过硫酸钠；

所述烷基琥珀酰胺为C6～C16烷基琥珀酰胺；

所述pH调节剂为氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化镁。

4.一种如权利要求1～3之任一项所述的钻井液处理剂的制备方法，其特征在于所述方法包括：

首先向水中按所述用量加入单体1、单体2，调节pH值后加入单体3和单体4，加引发剂进行反应，粉碎、烘干，制得所述钻井液处理剂。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

常温下向水中加入单体1、单体2，搅拌至完全溶解后用pH调节剂将溶液pH值调整至6.5～9.0。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

调节pH值后向溶液中加入单体3和单体4，将溶液温度降至30～40℃后向溶液中充氮气15～30分钟。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

充氮气后，在搅拌状态下先后向混合溶液中滴加引发剂1和引发剂2，搅拌均匀后密封、保持溶液温度在35～50℃，恒温反应3～8小时后得到凝胶状产物。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：

凝胶状产物经剪切、100～110℃下烘干4～8小时，粉碎后制得所述钻井液处理剂。

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