CN111574975A - 防塌稳定剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防塌稳定剂及其制备方法，防塌稳定剂由如下重量百分比的组份构成：复合乳化剂：10%～20%；助乳化剂：1～5%；聚合物单体：30%～40%；引发剂：0.5%～4%；交联剂：0.5%～5%；无机纳米级材料：3%～8%；CaCO3，3%～10%；成膜树脂，2%～6%；余量为分散介质。本发明抑制性强、防塌效果好，能够形成有效的硬脆性泥页岩井壁稳定结构，用于指导钻井设计及现场施工，可有效降低复杂事故发生几率，缩短钻井周期，降低成本，实现优质、安全、高效和低成本钻井，加快深层油气勘探的步伐。
Description
技术领域
本发明涉及一种防塌稳定剂及其制备方法，属于石油天然气钻井领域。
背景技术
为了防止井壁的垮塌，现有技术通常采取了提高井浆密度、抑制地层的水化膨胀、增强钻井液的封堵性等方法。例如，中国专利公开号 108384519A公开了一种钻井液用乳胶类润滑防塌剂，公开日为2018-08-10，其按质量份数包括以下组分：40-60份乳胶、2-5份乳胶稳定剂，1-3份消泡剂和10-15份微纳米惰性处理剂；所述乳胶为丁苯胶乳、丁二烯胶乳、丁基胶乳、氯丁胶乳、乙丙胶乳、异戊胶乳、丁腈胶乳、丙烯酸胶乳的一种或者它们的混合物；所述微纳米惰性处理剂为微纳米碳酸钙、纳米二氧化硅中的一种或者它们的混合物。
但现有技术还存在如下不足：虽然在深井破碎性地层的钻进中起到了一定的效果，但是由于针对行、有效性的研究较少，还存在技术瓶颈，在钻探中仍然屡次发生垮塌卡钻的钻井。针对泥页岩坍塌地层，国内外对防塌剂的研究尚为不足，针对性不强，无法满足易坍塌地层安全钻井的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种防塌稳定剂及其制备方法。本发明抑制性强、防塌效果好，能够形成有效的硬脆性泥页岩井壁稳定结构，用于指导钻井设计及现场施工，可有效降低复杂事故发生几率，缩短钻井周期，降低成本，实现优质、安全、高效和低成本钻井，加快深层油气勘探的步伐。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种防塌稳定剂，其特征在于，由如下重量百分比的组份构成：
复合乳化剂：10%～20%；
助乳化剂：1～5%；
聚合物单体：30%～40%；
引发剂：0.5%～4%；
交联剂：0.5%～5%；
无机纳米级材料：3%～8%；
CaCO3，3%～10%；
成膜树脂，2%～6%；
余量为分散介质。
所述复合乳化剂为Span80和Tween80，Span80和Tween80的质量比为2：1。
所述助乳化剂为正丁醇。
所述聚合物单体为丙烯酰胺AM、丙烯酸AA和阳离子单体二甲基烯丙基氯化铵，质量比为1:8:1。
所述引发剂为过硫酸铵APS和亚硫酸氢钠NaHSO3，质量比为1:1。
所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯MBA。
所述无机纳米级材料为SiO2。
所述成膜树脂为成膜树脂WLP-1。
所述分散介质为白油和水的混合物，白油和水混合的质量比为2：1。
一种防塌稳定剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1.按配比称取白油、Span80、Tween80、正丁醇，以50℃恒温水浴加热4h，搅拌20min后倒入10mL水，通氮气 20min，得到油相；
2.在200mL的水中加入配方量的丙烯酰胺AM、丙烯酸AA、二甲基烯丙基氯化铵DMDAAC搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值到7~8，再加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺MBA搅拌均匀，得到单体水溶液；
3.在单体水溶液中加入亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，再滴加到油相中，在50℃下密封反应4h后制得纳米聚合物微球；
4.将纳米聚合物微球与SiO2、CaCO3和成膜树脂复配得到防塌稳定剂。
采用本发明的优点在于：
本发明制备的高效防塌稳定剂中，纳米聚合物微球为有机纳米粉末材料，将无机纳米材料、有机纳米材料及成膜树脂相结合，成膜树脂在井壁岩石表层形成保护膜，避免孔隙压力传递，阻缓地层中含水量增加，无机及有机纳米材料的结合既可对常规封堵材料无法封堵的较大裂隙进行有效的封堵，又与黏土矿物表层物质反应形成新的化合物，降低泥页岩表面活性、使得矿物表层硬化，保护岩石内部不被钻井液滤液侵入。
具体实施方式
实施例1
本发明制备方法如下：
（1）按照重量百分比，以油水比为2:1的分散介质中加入10%的2:1的Span80和Tween80及1%的正丁醇，在四口烧瓶中以50℃恒温水浴加热4h，搅拌，通氮气 20min；
（2）在烧杯中称取200mL的水，加入30%的1:8:1的丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、二甲基烯丙基氯化铵（DMDAAC）搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值，加入1%的N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）加入烧杯搅拌均匀；
（3）待油相搅拌20min后，缓慢倒入10mL水，配置好的单体水溶液在开始滴加前加入0.5%的1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，随后迅速滴加到四口烧瓶中，在50℃下密封反应4h后制得均一稳定的纳米聚合物微球；
（4）将纳米聚合物微球与无机纳米级材料3%的SiO2、3%的CaCO3和2%的成膜树脂复配使用合成防塌剂。
实施例2
本发明的制备方法如下：
（1）按照一种高效防塌稳定剂及制备方法的重量百分比，以油水比为2:1的分散介质中加入14%的2:1的Span80和Tween80及1.5%的正丁醇，在四口烧瓶中以50℃恒温水浴加热4h，搅拌，通氮气 20min；
（2）在烧杯中称取200mL的水，加入33%的1:8:1的丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、二甲基烯丙基氯化铵（DMDAAC）搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值，加入2%的N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）加入烧杯搅拌均匀；
（3）待油相搅拌20min后，缓慢倒入10mL水，配置好的单体水溶液在开始滴加前加入1%的1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，随后迅速滴加到四口烧瓶中，在50℃下密封反应4h后制得均一稳定的纳米聚合物微球；
（4）将纳米聚合物微球与无机纳米级材料5%的SiO2、5%的CaCO3和5%的成膜树脂复配使用合成防塌剂。
实施例3
本发明的制备方法如下：
（1）按照一种高效防塌稳定剂及制备方法的重量百分比，以油水比为2:1的分散介质中加入15%的2:1的Span80和Tween80及3%的正丁醇，在四口烧瓶中以50℃恒温水浴加热4h，搅拌，通氮气 20min；
（2）在烧杯中称取200mL的水，加入35%的1:8:1的丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、二甲基烯丙基氯化铵（DMDAAC）搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值，加入2.5%的N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）加入烧杯搅拌均匀；
（3）待油相搅拌20min后，缓慢倒入10mL水，配置好的单体水溶液在开始滴加前加入1.5%的1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，随后迅速滴加到四口烧瓶中，在50℃下密封反应4h后制得均一稳定的纳米聚合物微球；
（4）将纳米聚合物微球与无机纳米级材料6%的SiO2、6%的CaCO3和4%的成膜树脂复配使用合成防塌剂。
实施例4
本发明制备方法如下：
（1）按照一种高效防塌稳定剂及制备方法的重量百分比，以油水比为2:1的分散介质中加入20%的2:1的Span80和Tween80及4%的正丁醇，在四口烧瓶中以50℃恒温水浴加热4h，搅拌，通氮气 20min；
（2）在烧杯中称取200mL的水，加入30%的1:8:1的丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、二甲基烯丙基氯化铵（DMDAAC）搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值，加入3%的N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）加入烧杯搅拌均匀；
（3）待油相搅拌20min后，缓慢倒入10mL水，配置好的单体水溶液在开始滴加前加入3%的1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，随后迅速滴加到四口烧瓶中，在50℃下密封反应4h后制得均一稳定的纳米聚合物微球；
（4）将纳米聚合物微球与无机纳米级材料8%的SiO2、6%的CaCO3和5%的成膜树脂复配使用合成防塌剂。
实施例5
本发明制备方法如下：
（1）按照一种高效防塌稳定剂及制备方法的重量百分比，以油水比为2:1的分散介质中加入20%的2:1的Span80和Tween80及5%的正丁醇，在四口烧瓶中以50℃恒温水浴加热4h，搅拌，通氮气 20min；
（2）在烧杯中称取200mL的水，加入40%的1:8:1的丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、二甲基烯丙基氯化铵（DMDAAC）搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值，加入4%的N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）加入烧杯搅拌均匀；
（3）待油相搅拌20min后，缓慢倒入10mL水，配置好的单体水溶液在开始滴加前加入4%的1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，随后迅速滴加到四口烧瓶中，在50℃下密封反应4h后制得均一稳定的纳米聚合物微球；
（4）将纳米聚合物微球与无机纳米级材料8%的SiO2、10%的CaCO3和6%的成膜树脂复配使用合成防塌剂。
根据标准SY/T6300-2009防塌剂技术条件要求的测定方法，测定获得实例1-5的高效防塌稳定剂的高温高压滤失量降低率，API 滤失量降低率，相对膨胀降低率，表观黏度变化值。其数据如下：
表1本发明防塌稳定剂各项指标评测
通过评价可以看出本防塌剂其高温高压滤失量降低率（150℃，3.5MPa）≥55%，API 滤失量降低率≥50%，相对膨胀降低率≥45%，表观黏度变化值≤12.0mPa•s。
实施例6
一种防塌稳定剂，由如下重量百分比的组份构成：
复合乳化剂：10%～20%；
助乳化剂：1～5%；
聚合物单体：30%～40%；
引发剂：0.5%～4%；
交联剂：0.5%～5%；
无机纳米级材料：3%～8%；
CaCO3，3%～10%；
成膜树脂，2%～6%；
余量为分散介质。
所述复合乳化剂为Span80和Tween80，Span80和Tween80的质量比为2：1。
所述助乳化剂为正丁醇。
所述聚合物单体为丙烯酰胺AM、丙烯酸AA和阳离子单体二甲基烯丙基氯化铵，质量比为1:8:1。
所述引发剂为过硫酸铵APS和亚硫酸氢钠NaHSO3，质量比为1:1。
所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯MBA。
所述无机纳米级材料为SiO2。
所述成膜树脂为成膜树脂WLP-1。WLP-1为山东得顺源石油科技有限公司生产的成膜树脂。
所述分散介质为白油和水的混合物，白油和水混合的质量比为2：1。
一种防塌稳定剂的制备方法，包括如下步骤：
1.按配比称取白油、Span80、Tween80、正丁醇，以50℃恒温水浴加热4h，搅拌20min后倒入10mL水，通氮气 20min，得到油相；
2.在200mL的水中加入配方量的丙烯酰胺AM、丙烯酸AA、二甲基烯丙基氯化铵DMDAAC搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值到7~8，再加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺MBA搅拌均匀，得到单体水溶液；
3.在单体水溶液中加入亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，再滴加到油相中，在50℃下密封反应4h后制得纳米聚合物微球；
4.将纳米聚合物微球与SiO2、CaCO3和成膜树脂复配得到防塌稳定剂。
本发明前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。
Claims (10)
1.一种防塌稳定剂，其特征在于，由如下重量百分比的组份构成：
复合乳化剂：10%～20%；
助乳化剂：1～5%；
聚合物单体：30%～40%；
引发剂：0.5%～4%；
交联剂：0.5%～5%；
无机纳米级材料：3%～8%；
CaCO3，3%～10%；
成膜树脂，2%～6%；
余量为分散介质。
2.根据权利要求1所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述复合乳化剂为Span80和Tween80，Span80和Tween80的质量比为2：1。
3.根据权利要求2所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述助乳化剂为正丁醇。
4.根据权利要求3所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述聚合物单体为丙烯酰胺AM、丙烯酸AA和阳离子单体二甲基烯丙基氯化铵，质量比为1:8:1。
5.根据权利要求4所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵APS和亚硫酸氢钠NaHSO3，质量比为1:1。
6.根据权利要求5所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯MBA。
7.根据权利要求6所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述无机纳米级材料为SiO2。
8.根据权利要求7所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述成膜树脂为成膜树脂WLP-1。
9.根据权利要求8所述的防塌稳定剂，其特征在于：所述分散介质为白油和水的混合物，白油和水混合的质量比为2：1。
10.根据权利要求9所述的一种防塌稳定剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1.按配比称取白油、Span80、Tween80、正丁醇，以50℃恒温水浴加热4h，搅拌20min后倒入10mL水，通氮气 20min，得到油相；
2.在200mL的水中加入配方量的丙烯酰胺AM、丙烯酸AA、二甲基烯丙基氯化铵DMDAAC搅拌溶解后，用NaOH 调节体系pH 值到7~8，再加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺MBA搅拌均匀，得到单体水溶液；
3.在单体水溶液中加入亚硫酸氢钠和过硫酸铵溶液，再滴加到油相中，在50℃下密封反应4h后制得纳米聚合物微球；
4.将纳米聚合物微球与SiO2、CaCO3和成膜树脂复配得到防塌稳定剂。
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