CN111087981B - 钻井液用抑制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井液用抑制剂及其制备方法，属于钻井技术领域。所述抑制剂加入到钻井液体系中没有增粘作用、不会影响体系的流变，同时保持较高的造浆抑制降低率。所述抑制剂包括如下重量份的组分：烯丙基磺酸钠1‑5份、对苯乙烯基磺酸2‑4份、二甲基二烯丙基氯化铵5‑25份、氢氧化钾1‑8份、氯化钠3‑6份、过硫酸钾0.1‑0.5份、水50‑80份。所述抑制剂用于钻井过程。

Description

钻井液用抑制剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种钻井液用抑制剂及其制备方法。

背景技术

泥页岩是阻止油气逸散的良好盖层。泥页岩一般由非黏土矿物(如石英、长石、方解石、白云石等)、晶体黏土矿物(如蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石等)和非晶体黏土矿物(如蛋白石等)组成。对泥页岩稳定性产生影响的主要成分是晶体黏土矿物和非晶体黏土矿物。

在钻井过程中，泥页岩的水化膨胀(吸水后体积增大)是影响井壁稳定的一个很重要的因素，黏土膨胀在钻井过程中对钻井作业有着巨大的负面影响。因而在泥页岩地层的钻井过程中，通常添加抑制剂来抑制泥页岩的水化膨化。

常用的抑制剂包括小阳离子和氨基聚合物等，在钻井过程中通过吸附作用吸附在黏土表面或晶层间，起到抑制水化膨胀作用，然而在高温下易于出现絮凝增粘同时增失水增大(滤失量增大)，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，容易造成一些其它的钻井问题。因此，考虑到在钻井过程中遇到泥页岩的频繁性，研发一种抑制泥页岩膨胀的抑制剂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抑制剂，加入到钻井液体系中没有增粘作用、不会影响体系的流变，同时保持较高的造浆抑制降低率。

本发明提供一种钻井液用抑制剂，包括如下重量份的组分：

烯丙基磺酸钠(ALS)1-5份、对苯乙烯基磺酸2-4份、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)5-25份、氢氧化钾1-8份、氯化钠3-6份、过硫酸钾0.1-0.5份、水50-80份。

进一步地，所述钻井液抑制剂包括如下重量份的组分：

烯丙基磺酸钠1-2份、对苯乙烯基磺酸2-4份、二甲基二烯丙基氯化铵19-23份、氢氧化钾1-5份、氯化钠5份、过硫酸钾0.1-0.2份、水50-70份。

本发明上述任一钻井液用抑制剂用于水基钻井液。

本发明还提供上述任一钻井液用抑制剂的制备方法，包括如下步骤：

在常温条件下，分别将水、烯丙基磺酸钠、对苯乙烯基磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、氢氧化钾、氯化钠混合制备水溶液，搅拌均匀后充氮并加入过硫酸钾作为引发剂进行反应，在60～80℃下恒温进行20h～50h，冷却后即可得到所述钻井液用抑制剂。

进一步地，所述反应在70℃下恒温进行20h。

本发明具有的优点的积极效果：

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90％以上。

2、具有良好的抗温性能，在体系中抗温120℃以上。

3、有良好的配伍性，适用于淡浆和盐水浆，应用更加广泛。

4、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。

5、本产品为液状产品，分散性良好，现场使用方便，且制备容易，反应条件温和。

与现有技术相比，如小阳离子和氨基聚合物等，通过静电相互作用吸附在带负电荷的粘土表面或晶层间，起到抑制粘土水化膨胀的作用，然而这种吸附作用在高温下很容易因脱附而失效，同时出现粘土瞬间聚集后导致体系粘度增大，同时滤失量增大。而本发明提供的抑制剂，由苯环阴离子单体与阳离子单体共聚制备的反相乳液状产品，产品在黏土层间为单子分排列，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。

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的一部分实施例，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。

本发明实施例提供一种钻井液用抑制剂，包括如下重量份的组分：

烯丙基磺酸钠(ALS)1-5份、对苯乙烯基磺酸2-4份、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)5-25份、氢氧化钾1-8份、氯化钠3-6份、过硫酸钾0.1-0.5份、水50-80份。

进一步地，所述钻井液用抑制剂包括如下重量份的组分：

烯丙基磺酸钠1-2份、对苯乙烯基磺酸2-4份、二甲基二烯丙基氯化铵19-23份、氢氧化钾1-5份、氯化钠5份、过硫酸钾0.1-0.2份、水50-70份。

本发明实施例提供的钻井液用抑制剂，由苯环阴离子单体与阳离子单体共聚制备的反相乳液状产品，产品在黏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，进而抑制剂不会影响体系的流变。

本发明实施例的钻井液用抑制剂，组分简单，配制简单，成本低，具有较高的抑制黏土造浆能力。

本发明实施例提供的钻井液用抑制剂可用于水基钻井液，如可在淡水、硬水、盐水中使用，并适用于水敏性地层(高岭土、蒙脱土)。

本发明实施例提供的钻井液用抑制剂，为液状产品，分散性良好，现场使用方便。

本发明实施例提供的钻井液用抑制剂，用于钻井过程中泥页岩的水化膨胀。对泥页岩稳定性产生影响的主要成分是晶体黏土矿物和非晶体黏土矿物。黏土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。现有抑制剂加入钻井液体系中会增加失水，本发明实施例的抑制剂，通过与粘土层间的静电作用以及与粘土晶面硅氧烷基原子的氢键作用，共同阻止抑制剂进一步进入粘土层，加入钻井液体系后层间距不再增加，进而不会影响体系的流变，同时不会增加失水。

本发明实施例提供的钻井液用抑制剂，添加量可以为1％～5％(w/v，g/mL)，例如可以为1％、2％、2.5％、3％等。添加量为1％～5％(w/v，g/mL)指的是，每100mL泥浆(钻井液)中添加有1-5g的抑制剂。

本发明又一实施例提供一种上述任一抑制剂的制备方法，具体可以包括以下步骤：

在常温条件下，分别将水、烯丙基磺酸钠、对苯乙烯基磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、氢氧化钾、氯化钠混合制备水溶液，搅拌均匀后充氮并加入过硫酸钾作为引发剂进行反应，在60～80℃下恒温进行20h～50h，冷却后即可得到所述钻井液用抑制剂。

进一步地，所述反应在70℃下恒温进行20h。

本发明实施例所述方法，反应条件温和，制备过程简单。所得产品为液状抑制剂，溶解速度快，现场使用方便。所得抑制剂为小分子有机物，能够使嵌入到粘土片层间的抑制剂分子与粘土表面形成远高于普通氢键强度的强氢键，使其牢固的吸附于粘土内表面并钳住相邻两片层，从而起到一种微观的加固作用，抑制了粘土的水化分散。不会影响体系的粘度，不会出现滤失量的增加。

下文结合具体实施例进一步详细描述本发明实施例所述的抑制剂及其制备方法。

所用原料如ALS、DMDAAC、过硫酸钾等等可通过购买得到。

实施例1

一种钻井液用抑制剂，以重量份数计，包括：烯丙基磺酸钠2份；对苯乙烯基磺酸2份、二甲基二烯丙基氯化铵20份，氢氧化钾3份，氯化钠5份，过硫酸钾0.2份，水70份。

其由以下步骤制备得到：常温25℃条件下，向反应釜中依次加入上述重量份数将水、烯丙基磺酸钠、对苯乙烯基磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、氢氧化钾、氯化钠混合，制备水溶液，搅拌均匀后充氮并加入引发剂过硫酸钾，在70℃下恒温反应20h；冷却后即可得到产品，取样检测，入库。

按照生产工艺得到最终得到自由流动的液体，即为本实施例产品。

其中，粘土造浆降低率加量为2％，相对页岩回收率加量为3％。

在同等条件下，对比抑制剂

基础配方：400ml 2％膨润土浆+0.5％片碱+0.15％包被剂+0.8％PAC-LV+0.8％复合降滤失剂+2％成膜剂+3％封堵剂+1.5％润滑剂+3％高粘抗钙降滤失剂+7％KCl+470g重晶石

1#：基础配方

2#：1#+2％本发明抑制剂

3#：1#+2％常用抑制剂

备注：老化条件：120℃×16h密度：1.7g/cm³

由数据可知：本发明抑制剂在体系中可抗温120℃，加入后粘度变化不大，失水变化不大。

实施例2

一种钻井液用抑制剂，以重量份数计，包括：烯丙基磺酸钠2份、对苯乙烯基磺酸3份、二甲基二烯丙基氯化铵22份，氢氧化钾1份，氯化钠5份，过硫酸钾0.2份，水70份。

其由以下步骤制备得到：常温25℃条件下，向反应釜中依次加入上述重量份数将水、烯丙基磺酸钠、对苯乙烯基磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、氢氧化钾、氯化钠混合，制备水溶液，搅拌均匀后充氮并加入引发剂过硫酸钾，在70℃下恒温反应20h；冷却后即可得到产品，取样检测，入库。

按照生产工艺得到最终得到自由流动的液体，即为本实施例产品。

其中，粘土造浆降低率加量为2％，相对页岩回收率加量为3％。

在同等条件下，对比抑制剂

基础配方：400ml 2％膨润土浆+0.5％片碱+0.15％包被剂+0.8％PAC-LV+0.8％复合降滤失剂+2％成膜剂+3％封堵剂+1.5％润滑剂+3％高粘抗钙降滤失剂+7％KCl+470g重晶石

1#：基础配方

2#：1#+2％本发明抑制剂

3#：1#+2％常用抑制剂(JY-09822)

备注：老化条件：120℃×16h密度：1.7g/cm³

由数据可知：本发明抑制剂在体系中可抗温120℃，加入后粘度变化不大，失水变化不大。

现场应用

本发明作为包被抑制剂使用于超分子聚合物水基钻井液体系中，按照原配方在钻井液中加入0.3％的包被剂、0.5％的降滤失剂、1％的流型调节剂、2％的抑制剂。

降滤失剂——

丙烯酰胺18份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份，甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵4份，甲酸钠3份，氢氧化钠0.6份，过硫酸铵0.04份，司盘80：5份，司盘20：0.25份，水40份，白油24份。

包被剂——

甲基丙烯酸11份，丙烯酰胺6份，乙烯基吡咯烷酮13份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3份，氢氧化钾6份，氯化钾5份，过硫酸钾0.03份，司盘80：3.5份，OP-10：0.2份，水32份，白油23份。

流型调节剂——

以重量份数计，包括：丙烯酸22份；甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯6份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵11份，氢氧化钾8份，乙酸钠0.02份，过硫酸铵0.04份，司盘80：3份，吐温80：0.1份，水35份，白油16份。

抑制剂——

本发明实施例1的抑制剂。

在克拉玛依现场试验五口井(井号：TD77063、T77066、T77076、7872A、玛湖046)，现场累计进尺5995m，单价236元/m，合计费用149.9709万元。无漏失、无复杂、无事故；累计施工时间1780h，复杂时间仅为3.33h，井下复杂时率0.19％，七区平均机械钻速为6.9m/h，玛湖机械钻速为9.72m/h，提高40％左右，玛湖046井二开较设计工期提前11天完钻。施工过程中超分子聚合物钻井液体系性能稳定、携带能力强、返出岩屑棱角清晰，现场施工维护简单，起下钻顺畅，钻进施工顺利。

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。本发明实施例的包被剂具有优良的包被抑制能力，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种钻井液用抑制剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：

烯丙基磺酸钠1-5份、对苯乙烯基磺酸2-4份、二甲基二烯丙基氯化铵19-25份、氢氧化钾1-8份、氯化钠3-6份、过硫酸钾0.1-0.5份、水50-80份；

钻井液用抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

在常温条件下，分别将水、烯丙基磺酸钠、对苯乙烯基磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、氢氧化钾、氯化钠混合制备水溶液，搅拌均匀后充氮并加入过硫酸钾作为引发剂进行反应，在60～80℃下恒温进行20h～50h，冷却后即可得到所述钻井液用抑制剂。

2.根据权利要求1所述的钻井液用抑制剂，其特征在于，

所述反应在70℃下恒温进行20h。

3.根据权利要求1所述的钻井液用抑制剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：

烯丙基磺酸钠1-2份、对苯乙烯基磺酸2-4份、二甲基二烯丙基氯化铵19-23份、氢氧化钾1-5份、氯化钠5份、过硫酸钾0.1-0.2份、水50-70份。

4.权利要求1所述的钻井液用抑制剂在水基钻井液中的应用。