CN111574674B - 一种油基钻井液用流型调节剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油基钻井液用流型调节剂及制备方法，其原料配方包括4‑8份的异氰酸酯、50‑85份的聚醚多元醇、0.5‑5份的小分子胺类化合物、0.1‑0.5的催化剂、5‑40份溶剂。本发明所述的油基钻井液用流型调节剂在低剪切速率下具有良好的悬砂能力；而高剪速率下，具有较好的动态携砂能力，有利于快速钻进阶段，保持井眼良好清洁状态，提高钻进质量和速度，特别适合用于水平井、大位移井等对静态悬砂，动态携砂要求较高的油基钻井液体系中作流型调节剂。

Description

一种油基钻井液用流型调节剂及制备方法
技术领域
本发明属于钻井处理剂技术领域，具体涉及一种油基钻井液用流型调节剂及制备方法。
背景技术
油基钻井液具有抗高温、抗盐、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等诸多优点，在国内外已广泛使用。但由于环境、成本、安全等因素，国内一般在页岩气开发井，井壁容易垮塌失稳的难点井，大斜度井及大位移井等使用油基钻井液。而这类井一般面临压力窗口窄，井壁容易垮塌失稳，井眼清洁难度高等作业难题，这就要求油基钻井液不仅具有良好的井壁稳定效果，还要具有高效稳定的流变性能，以保证钻井液在静止时具有较强的悬浮岩屑能力，避免形成岩屑床；在动态情况下能够及时将岩屑带离井底，具有良好的携砂能力，从而避免由于钻井液静切力过大引起的开泵困难或憋漏地层等复杂情况产生，同时也能够避免在起下钻过程中的压力激动过大，减少井下复杂事件发生的概率。
目前，国内主要以有机土和亲油胶体作为油基钻井液的增粘提切剂，以提高钻井液的动切力。公开号为CN106336859A(公开日2017-01-18)的中国发明专利公开了一种组合物及其应用和油基钻井液及提高油基钻井液切力的方法，其组合物含有两亲性嵌段共聚物、聚氨酯和酸性离子化合物，能够有效提高钻井液的切力，降低有机土用量，有效低解决钻井流变性和携砂能力。公开号CN 103666414 A(公开日2014-03-26)的中国发明专利公开了一种矿物油基钻井液用聚酰胺基胺流型调节剂及其制备方法，该调节剂是由二聚脂肪酸和多元胺酰胺化反而制得，利用分子量大，活性官能团多，能在有机土表面形成多点吸附，并难以解吸附，从而提高凝胶性质。公开号CN 102585785 A(公开日2012-07-18)的中国发明专利公开了一种改进油基钻井液流变性能的方法，通过加入纳米二氧化硅等混合物，利用其在油相中可逆的颗粒结构间的相互作用显示出良好的剪切稀释性，从而改进油基钻井液的流变性能，增大钻速。
但由于现有技术的提切效果差，需要添加大量的流型调节剂，容易导致油基钻井液高温稠化，粘切过大，导致体系流变性能难以调节；或者技术难度大，不易实现，目前油基钻井液中仍缺乏触变性能优异的流型调节剂，以不断满足现有钻井液工程中，越来越高的静态悬砂以及动态携砂的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种油基钻井液用流型调节剂及制备方法，本发明提供的流型调节剂是一种改性聚氨酯化合物，通过特殊的分子结构设计以及特定的化学反应，在其分子结构上引入强氢键缔合能力的脲基基团，由于氢键键能介于范德华力和化学键键能之间，搅拌所产生的切力可以打开氢键。
本发明提供的流型调节剂在静态时氢键缔合，表观粘度大，而动态时，搅拌所产生的切力可以打开氢键，表观粘度降低，具有良好的剪切稀释性以及触变性能，可以在水平井、大位移井等对静态悬砂，动态携砂要求较高的油基钻井液体系中作流型调节剂。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种油基钻井液用流型调节剂，所述油基钻井液用流型调节剂是一种聚氨酯化合物，包含如下质量份数的原料制备而成:
进一步地，所述油基钻井液用流型调节剂为端羟基聚氨酯化合物和端胺基聚氨酯化合物的组合物，羟基封端，化学稳定好，其中聚醚多元醇中羟基的摩尔数和小分子胺基化合物中氨基的摩尔数之大于异氰酸酯中-NCO的摩尔数。
进一步地，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
进一步地，所述的聚醚多元醇为聚醚二元醇、聚醚三元醇中的一种或多种。
进一步地，所述的小分子胺类化合物为对苯二胺、二氨基二环已基甲烷、二氨基二苯醚等中的一种或多种。
进一步地，所述的催化剂为有机金属化合物，优选为有机锡、有机锌、有机铋中一种或多种。
进一步地，所述的溶剂为二甲苯、三甲苯、溶剂油、白油、柴油中的一种或多种。
本发明还提供了上述技术方案所述钻井液用流型调节剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将一定比例的聚醚多元醇和溶剂加入反应釜中，搅拌升温至100-130℃真空条件下脱水2-4小时。
2)将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物，混合搅拌10-30分钟；
3)高速搅拌，缓慢加入异氰酸酯，反应0.5-2小时，然后升温至60-90℃，继续反应1-2小时；
4)加入催化剂，继续搅拌反应1-2小时；
5)降温至50℃以下出料，即可得产物。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的油基钻井液用流型调节剂是一种端羟基聚氨酯化合物，化学稳定好，通过特殊的分子结构设计以及特定的化学反应，羟基封端，并在其分子结构上引入脲基基团，具有强氢键缔合能力，提供良好的触变型，以实现低剪切速率下粘度偏大，具有良好的携砂能力；而高剪速率下可利用搅拌所产生的切力打开部分氢键，降低粘度，具有较好的动态携砂能力，有利于快速钻进阶段，保持井眼良好清洁状态，提高钻进质量和速度，特别适合用在水平井、大位移井等对静态悬砂，动态携砂要求较高的油基钻井液体系中作流型调节剂。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。实施例中的试剂和设备均可自市场购得。所有实施例中原料的每一公斤相当于一重量份数。
为有效解决现有技术中所存在的问题，本发明通过分子结构设计以及化学反应，提出了一种触变性聚氨酯流型调节剂，在其分子结构上引入强氢键缔合能力的脲基基团，利用搅拌所产生的切力打开部分氢键，提供剪切稀释性，从而使聚氨酯具有优异的触变性能，适合用在水平井、大位移井等对静态悬砂，动态携砂要求较高的油基钻井液体系中作流型调节剂，提供低剪切速率下的粘度以及悬砂能力；而高剪速率下可利用搅拌所产生的切力打开部分氢键，降低粘度，提供动态携砂能力，从而有利于快速钻进阶段，保持井眼良好清洁状态，提高钻进质量和速度。
实施例1
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯(MDI-50，万华化学)7.5kg，聚醚多元醇(C2020，万华化学)75kg，小分子胺类化合物(对苯二胺，上海邦成化工)3kg，催化剂(有机锡，T12，美国气体化学)0.1kg，14.4kg的溶剂(150#溶剂油，无锡永真)。
将75kg聚醚多元醇和14.4kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至130℃真空条件下脱水2小时；将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物3kg，搅拌0.5小时；然后边搅拌边缓慢加入7.5kg的异氰酸酯，反应1小时，然后升温至80℃下搅拌反应1小时；加入0.1kg的催化剂，继续搅拌反应2小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
实施例2
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯(TDI，沧州大化)4.8kg，聚醚多元醇(DL-1000D，山东东大)54.2kg，小分子胺类化合物(二氨基二苯醚，南通润丰石油化工)0.5kg，催化剂(有机铋，Bicat8118，美国领先化学)0.5kg，40kg溶剂(5#白油，茂名石化)
将54.2kg聚醚多元醇和40kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至100℃真空条件下脱水4小时；将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物0.5kg，搅拌10分钟；然后边搅拌边缓慢加入4.8kg的异氰酸酯，反应2小时，然后升温至60℃下搅拌反应2小时；加入0.5kg的催化剂，继续搅拌反应1小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
实施例3
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯(IPDI，科思创)7kg，聚醚多元醇(C2020，万华化学)74kg，小分子胺类化合物(二氨基二苯醚，上海邦成化工)5kg，催化剂(有机锌，Bicat Z，上海德音化学)0.1kg，13.9kg溶剂(5#白油，茂名石化)。
将74kg聚醚多元醇和13.9kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至120℃真空条件下脱水3小时；将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物5kg，搅拌20分钟；然后边搅拌边缓慢加入7kg的异氰酸酯，反应2小时，然后升温至70℃下搅拌反应2小时；加入0.1kg的催化剂，继续搅拌反应2小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
实施例4
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯1(MDI-50，万华化学)3kg，异氰酸酯2(TDI，沧州大化TDI)4kg，聚醚多元醇1(DL-1000D，山东东大)10kg，聚醚多元醇2(C2020，万华化学)40kg，聚醚多元醇3(330N，海安石化)10kg，小分子胺类化合物1(二氨基二苯醚，上东佳誉化工)2kg，小分子胺类化合物2(对苯二胺，上海邦成化工)2kg，催化剂(有机锌，Bicat Z，上海德音化学)0.5kg，溶剂(三甲苯，渥克化学)28.5kg。
将10kg的聚醚多元醇1，40kg的聚醚多元醇2，10kg的聚醚多元醇3和28.5kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至120℃真空条件下脱水3小时；将温度降至50℃以下，加入2kg的小分子胺类化合物1，2kg的小分子胺类化合物2，搅拌0.5小时；然后边搅拌边缓慢加入3kg的异氰酸酯1，4kg的异氰酸酯2，反应2小时，然后升温至90℃下搅拌反应2小时；加入0.5kg的催化剂，继续搅拌反应1小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
实施例5
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯(MDI-50，万华化学)8kg，聚醚多元醇(C2020，万华化学)82kg，小分子胺类化合物(对苯二胺，上海邦成化工)1kg，催化剂(有机锡，T9，美国气体化学)0.2kg，8.8kg的溶剂(0#柴油，中石化)。
将82kg聚醚多元醇和8.8kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至120℃真空条件下脱水4小时；将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物3kg，搅拌0.5小时；然后边搅拌边缓慢加入8kg的异氰酸酯，反应1小时，然后升温至80℃下搅拌反应1小时；加入0.2kg的催化剂，继续搅拌反应2小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
实施例6
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯(MDI-50，万华化学)6.5kg，聚醚多元醇(C2020，万华化学)75kg，小分子胺类化合物1(苯胺，上海邦成化工)2kg，小分子胺类化合物2(二氨基二苯醚，上东佳誉化工)3kg，催化剂(铋锌复合催化剂，Bicat 8，美国领先化学)0.3kg，13.2kg的溶剂(5#白油，茂名石化)。
将75kg聚醚多元醇和13.2kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至120℃真空条件下脱水4小时；将温度降至50℃以下，加入2kg的小分子胺类化合物1和3kg的小分子胺类化合物2，搅拌0.5小时；然后边搅拌边缓慢加入6.5kg的异氰酸酯，反应1小时，然后升温至80℃下搅拌反应1小时；加入0.3kg的催化剂，继续搅拌反应1.5小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
对比例1
本实施例提供一种油基钻井液用流型调节剂，包括如下重量份的原料：异氰酸酯(MDI-50，万华化学)4.3kg，聚醚多元醇(C2020，万华化学)75kg，催化剂(T12，美国气体化学)0.2kg，20.5kg溶剂(5#白油，茂名石化)。
将75kg聚醚多元醇和20.5kg的溶剂加入反应釜中，高速搅拌升温至120℃真空条件下脱水4小时；将温度降至50℃以，边搅拌边缓慢加入4.3kg的异氰酸酯，反应1小时，然后升温至80℃下搅拌反应1小时；加入0.3kg的催化剂，继续搅拌反应1.5小时；降温至50℃以下，出料得到产物。
将实施例1-6和对比例1得到的产物按照钻井液相关标准和检测方法进行测试，性能见表1：
表1钻井液性能指标
由此可见，实施例1-6提供的产品，是一种触变型聚氨酯化合物，羟基封端，化学稳定好，其分子结构上引入的脲基基团，具有强氢键缔合能力，提供良好的触变型，特别适合用在水平井、大位移井等对静态悬砂，动态携砂要求较高的油基钻井液体系中作流型调节剂。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，所述油基钻井液用流型调节剂是一种改性聚氨酯化合物，包括如下质量份数的原料:
异氰酸酯 4-8份
聚醚多元醇 50-85份
小分子胺类化合物 0.5-5份
催化剂 0.1-0.5份
溶剂 5-40份；
所述的小分子胺类化合物为对苯二胺、二氨基二环已基甲烷、二氨基二苯醚中的一种或多种；
所述油基钻井液用流型调节剂的制备方法包括以下步骤：
1)将一定比例的聚醚多元醇和溶剂加入反应釜中，搅拌升温至100-130℃真空条件下脱水2-4小时；
2)将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物，混合搅拌10-30分钟；
3)高速搅拌，缓慢加入异氰酸酯，反应0.5-2小时，然后升温至60-90℃，继续反应1-2小时；
4)加入催化剂，继续搅拌反应1-2小时；
5)降温至50℃以下出料，即可得产物。
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，所述油基钻井液用流型调节剂为端羟基聚氨酯化合物和端胺基聚氨酯化合物的组合物，其中，聚醚多元醇中羟基的摩尔数和小分子胺基化合物中氨基的摩尔数之和大于异氰酸酯中-NCO的摩尔数。
3.根据权利要求1或2所述的一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
4.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，所述的聚醚多元醇为聚醚二元醇、聚醚三元醇中的一种或多种。
5.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，所述的催化剂为有机金属化合物。
6.根据权利要求5所述的一种油基钻井液用流型调节剂，其特征在于，所述的催化剂为有机锡、有机锌、有机铋中一种或多种。
7.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，所述的溶剂为甲苯、三甲苯、溶剂油、白油、柴油中的一种或多种。
8.权利要求1-7任一项所述的一种油基钻井液用流型调节剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将一定比例的聚醚多元醇和溶剂加入反应釜中，搅拌升温至100-130℃真空条件下脱水2-4小时；
2)将温度降至50℃以下，加入小分子胺类化合物，混合搅拌10-30分钟；
3)高速搅拌，缓慢加入异氰酸酯，反应0.5-2小时，然后升温至60-90℃，继续反应1-2小时；
4)加入催化剂，继续搅拌反应1-2小时；
5)降温至50℃以下出料，即可得产物。
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