CN111808596B - 耐高温强化型钻完井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:100~150份的基浆、0.6~0.8份的十二烷基磺酸钠、0.6~0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.02~0.04份的碳酰二胺脲、0.04~0.08份的亚硝酸钠、0.06~0.1份的水滑石、0.3~2份的稳泡剂、1.8~2.4份的降滤失剂和0.8~1.2份的改性黄原胶。本发明提供的耐高温强化型钻完井液具有发泡能力强,能够抗高温、提高泡沫均匀性和稳定性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采钻井用化学品技术领域。更具体地说,本发明涉及一种耐高温强化型钻完井液及其制备方法。
背景技术
油气开采是将埋藏在地底下有层中的石油和天然气开采出来的技术,多采用钻井施工技术,即从地面竖直向下将底层钻成孔眼,地底下的石油和天然气从孔眼冲排出,在钻设孔眼的过程中,需要及时的将产生的钻屑排出,现有技术中通过向井眼中泵入钻井液,由钻井液携带钻屑排至地表面,进而保证钻孔的继续。钻井液是钻井的血液,又称作钻孔冲洗液,钻井液按流体介质可分为水基、油基、合成基等。
钻井液除了携带钻屑的作用外,还需要具有稳定井壁、平衡地层压力、冷却和润滑钻具以及保护油气层的作用,因此,不同地质条件下的油气开采需要配置不同体系的钻井液,对于低压低渗、欠平衡井及水平井,油基钻井液对环境污染严重、易着火、成本高;而常规水基钻井液密度不易控制在1.0g/cm3以下,易造成储层伤害,且抑制性不强,导致井壁不稳定,即常规的水基钻井液无法实现低压低渗、欠平衡井及水平井的开采。
为解决上述技术问题,人们引入了泡沫钻井液,即在钻井液中引入某些表面活性剂与聚合物结合产生泡沫,在井壁上形成可阻止或延缓钻井液侵入地层的泡沫网络,泡沫钻井液具有密度低、粘度大、携沙能力强的优点,能够有效解决低压、低渗、低漏地层的钻井难题,减少钻井液对油气层的伤害,进而达到提高油气井的采收率的目的。
然而现有技术的泡沫钻井液产生的泡沫耐温性较差,泡沫体系内部松散,泡沫不均匀,瞬时产生的泡沫量过大,而随着时间的延长泡沫量又会降低,进而导致泡沫网络的漏失问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种耐高温强化型钻完井液,其发泡能力强,能够抗高温、提高泡沫均匀性和稳定性。
本发明还有一个目的是提供一种耐高温强化型钻完井液的制备方法,其能够制备耐高温、稳定性较好的钻井液,将泡沫增效剂的有效包覆,实现对泡沫的有效补偿,保证泡沫的均衡性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:100~150份的基浆、0.6~0.8份的十二烷基磺酸钠、0.6~0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.02~0.04份的碳酰二胺脲、0.04~0.08份的亚硝酸钠、0.06~0.1份的水滑石、0.3~2份的稳泡剂、1.8~2.4份的降滤失剂和0.8~1.2份的改性黄原胶。
优选的是,所述的耐高温强化型钻完井液,所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;
改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理20~30min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理20~30min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末1~3次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒。
优选的是,所述的耐高温强化型钻完井液,所述降滤失剂为腐蚀酸为骨架的接枝共聚物。
优选的是,所述的耐高温强化型钻完井液,改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌10~12h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡20~30min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至60~100℃,保温反应30~40h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤1~3次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
优选的是,所述的耐高温强化型钻完井液,所述稳泡剂为水解聚丙烯酰胺。
一种耐高温强化型钻完井液的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、取0.05~0.08份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.6~0.8份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌30~40min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
步骤二、取0.04~0.06份的明胶溶解于50℃的1~2份的温水中,得溶液一,在搅拌下向溶液一中加入依次0.02~0.04份的碳酰二胺脲和0.04~0.08份的亚硝酸钠,充分搅拌至碳酰二胺脲和亚硝酸钠溶解后,得溶液二;向溶液二中加入0.06~0.1份的水滑石,充分搅拌均匀后自然冷却至室温,得凝胶物,将凝胶物经冷冻干燥、粉碎至粒径小于200nm,得第二泡沫增效剂;
步骤三、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤四、将0.6~0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第一泡沫增效剂、第二泡沫增效剂、0.3~2份的稳泡剂、1.8~2.4份的降滤失剂和0.8~1.2份的改性黄原胶,依次加入100~150份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
本发明至少包括以下有益效果:
1、在地层高温条件下,碳酰二胺脲热分解生成二氧化碳和氨,氨进一步与亚硝酸钠反应生成氮气、二氧化碳和碱,实现钻井液在井下自生气体,保证井底能够持续、稳定地产生泡沫;同时在表面活性剂的十二烷基磺酸钠的配合作用下,降低气液界面张力,将大气泡变成微细气泡,提高了泡沫分散的均匀性;本发明无需额外向钻井液中鼓入空气,克服了现有技术中鼓入空气中地氧气导致钻井液高温氧化降解的技术问题,同时还能够有效控制泡沫量和泡沫体积,形成稳定的微泡沫体系;水滑石可促进碳酰二胺脲的热分解,同时可提高亚硝酸钠与氨的反应速率,进而达到促进发泡气体氮气的产生;
2、本发明在泡沫钻井液中引入纳米二氧化硅,可吸附在泡沫气膜上,形成颗粒层,提升了泡沫的稳定性,使得泡沫体系在较高温度下仍然保持良好的稳定性;同时二氧化硅的吸附使得泡沫气膜界面粗糙,在一定程度上可增加泡沫流动时气泡间的内摩擦力,进而提升了泡沫的黏度,提升了高温界面黏弹模量,增强了泡沫网络膜抵抗及恢复形变能力;纳米二氧化硅与自生气体体系构建一种动态平衡,纳米二氧化硅可减缓自生气体二氧化碳和氮气的气窜幅度,而自生气体二氧化碳和氮气可改善纳米二氧化硅对起泡剂产生泡沫的抑制性;使得本发明的钻井液的泡沫强度、稳定性、均匀性同时得到提升;
3、进一步地对纳米二氧化硅进行了原位改性,制作工艺流程简单、可控,生产效率高,重要的是经过改性处理使得纳米二氧化硅表面同时具有亲油亲水性,纳米二氧化硅能够在基浆中均匀分散,具有更好的润湿性和吸附性,能够均匀的吸附在泡沫网络膜上,形成均匀、致密的颗粒加强层;
4、利用马来酸酐基团和黄原胶分子中的羟基发生酯化反应,对黄原胶进行改性预处理,提高黄原胶在钻井液体系中的分散性、耐温、抗盐和抗老化性能,改性后的黄原胶可有效调节钻井液的流变性能,进一步达到提高微泡沫稳定性的目的;通过透析法对改性处理后的黄原胶进行净化,提高改性黄原胶的纯度,提高黄原胶的利用率,净化工艺简单且最大限度提升黄原胶的各项性能;
5、将十二烷基磺酸钠通过中软化点沥青进行包覆,中软化点沥青的软化点为80~150℃,当进入井温为80~150℃的阶层时,中软化点沥青逐渐破壳,十二烷基磺酸钠释放出来,可补偿起泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的产生泡沫量,形成一级补偿;避免十二烷基磺酸钠直接加入钻井液中导致井内泡沫量过大,保证泡沫持续稳定的生成;
6、将碳酰二胺脲、亚硝酸钠和水滑石通过明胶包覆获得第二泡沫增效剂,在井底温度的升高,明胶受热溶胀破裂,碳酰二胺脲、亚硝酸钠和水滑石释放出来,高温环境下碳酰二胺脲热分解,并与亚硝酸钠反应在井底自生成氮气,促进起泡剂的发泡,形成二级补偿,同时能够与第一泡沫增效剂十二烷基磺酸钠形成稳定的微泡沫体系(如上所述)。
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。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是,下述实施方案中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
<实施例1>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:100份的基浆、0.6份的十二烷基磺酸钠、0.6份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.02份的碳酰二胺脲、0.04份的亚硝酸钠、0.06份的水滑石、0.3份的水解聚丙烯酰胺、1.8份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和0.8份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理20min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理20min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末1次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒。
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌10h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡20min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至60℃,保温反应30h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤1次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、取0.05份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.6份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌30min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
步骤二、取0.04份的明胶溶解于50℃的1份的温水中,得溶液一,在搅拌下向溶液一中加入依次0.02份的碳酰二胺脲和0.04份的亚硝酸钠,充分搅拌至碳酰二胺脲和亚硝酸钠溶解后,得溶液二;向溶液二中加入0.06份的水滑石,充分搅拌均匀后自然冷却至室温,得凝胶物,将凝胶物经冷冻干燥、粉碎至粒径小于200nm,得第二泡沫增效剂;
步骤三、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤四、将0.6份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第一泡沫增效剂、第二泡沫增效剂、0.3份的水解聚丙烯酰胺、1.8份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和0.8份的改性黄原胶,依次加入100份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<实施例2>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料: 150份的基浆、0.8份的十二烷基磺酸钠、0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.04份的碳酰二胺脲、0.08份的亚硝酸钠、0.1份的水滑石、2份的水解聚丙烯酰胺、2.4份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.2份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理30min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理30min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末3次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒。
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌12h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡30min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至100℃,保温反应40h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤3次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、取0.08份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.8份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌40min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
步骤二、取0.06份的明胶溶解于50℃的2份的温水中,得溶液一,在搅拌下向溶液一中加入依次0.04份的碳酰二胺脲和0.08份的亚硝酸钠,充分搅拌至碳酰二胺脲和亚硝酸钠溶解后,得溶液二;向溶液二中加入0.1份的水滑石,充分搅拌均匀后自然冷却至室温,得凝胶物,将凝胶物经冷冻干燥、粉碎至粒径小于200nm,得第二泡沫增效剂;
步骤三、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤四、将0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第一泡沫增效剂、第二泡沫增效剂、2份的水解聚丙烯酰胺、2.4份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.2份的改性黄原胶,依次加入150份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<实施例3>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的十二烷基磺酸钠、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.03份的碳酰二胺脲、0.06份的亚硝酸钠、0.08份的水滑石、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理25min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理25min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末2次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒。
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌11h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡25min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至80℃,保温反应35h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤2次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、取0.07份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.7份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌35min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
步骤二、取0.05份的明胶溶解于50℃的1.5份的温水中,得溶液一,在搅拌下向溶液一中加入依次0.03份的碳酰二胺脲和0.06份的亚硝酸钠,充分搅拌至碳酰二胺脲和亚硝酸钠溶解后,得溶液二;向溶液二中加入0.08份的水滑石,充分搅拌均匀后自然冷却至室温,得凝胶物,将凝胶物经冷冻干燥、粉碎至粒径小于200nm,得第二泡沫增效剂;
步骤三、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤四、将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第一泡沫增效剂、第二泡沫增效剂、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<对比例1>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的黄原胶;(现有技术中基本组成基浆+起泡剂+稳泡剂+降滤失剂+增粘剂);所述基浆为水;
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<对比例2>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理25min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理25min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末2次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒;
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤二、将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<对比例3>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理25min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理25min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末2次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒;
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌11h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡25min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至80℃,保温反应35h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤2次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤二、将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<对比例4>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的十二烷基磺酸钠、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理25min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理25min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末2次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒;
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌11h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡25min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至80℃,保温反应35h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤2次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤二、将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.7份的十二烷基磺酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<对比例5>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的十二烷基磺酸钠、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理25min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理25min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末2次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒;
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌11h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡25min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至80℃,保温反应35h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤2次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、取0.07份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.7份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌35min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
步骤二、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤三、将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第一泡沫增效剂、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
<对比例6>
本发明提供一种耐高温强化型钻完井液,其包括以下重量份的原料:130份的基浆、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.03份的碳酰二胺脲、0.06份的亚硝酸钠、0.08份的水滑石、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理25min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理25min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末2次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒;
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌11h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡25min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至80℃,保温反应35h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤2次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
耐高温强化型钻完井液的制备方法,其包括以下步骤:
步骤一、取0.05份的明胶溶解于50℃的1.5份的温水中,得溶液一,在搅拌下向溶液一中加入依次0.03份的碳酰二胺脲和0.06份的亚硝酸钠,充分搅拌至碳酰二胺脲和亚硝酸钠溶解后,得溶液二;向溶液二中加入0.08份的水滑石,充分搅拌均匀后自然冷却至室温,得凝胶物,将凝胶物经冷冻干燥、粉碎至粒径小于200nm,得第二泡沫增效剂;
步骤二、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤三、将0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第二泡沫增效剂、1.2份的水解聚丙烯酰胺、2.1份的腐蚀酸为骨架的接枝共聚物和1.0份的改性黄原胶,依次加入130份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
实验
1、抗温性能
取本发明实施例1~3,对比例1~7制备得到的钻完井液,装入老化罐内,放入高温滚子炉中,分别160℃、200℃下,恒温滚动16h后取出冷却至室温,再高速搅拌2min得高温老化后的钻完井液,分别测试各种钻完井液老化前、各个温度老化后的半衰期和AV-表观粘度,结果如表1所示;半衰期表中泡沫的稳定性,半衰期越长,泡沫越稳定;
表1 抗温性能
由表1的数据可知,本发明实施例3制备得到的微泡沫钻完井液具有较高的半衰期,随着温度的升高,半衰期和表观粘度的变化不大,即基本性能和流变性能稳定性较好;对比例1为常规泡沫钻完井液的组合(基浆+起泡剂+稳泡剂+降滤失剂+增粘剂),相较于本发明的配方,其抗温性能较差;由对比例2~3与对比例1比较可知,引入改性纳米二氧化硅和对黄原胶进行改性处理,能够提高钻完井液的抗温性能,原因是改性纳米二氧化硅吸附在泡沫气膜上可提高泡沫的稳定性,黄原胶经改性处理不仅可提高黄原胶的利用率还可一定程度上提高泡沫的稳定性;结合对比例4~6与实施例3可知,本发明将十二烷基磺酸钠进行沥青包覆同时将碳酰二胺脲、亚硝酸钠和水滑石进行明胶包覆能够显著改善泡沫的抗温性能,可在高温环境下进行泡沫的一级、二级补偿,同时也不会使得泡沫量过大,保证泡沫均衡稳定的生成。
2、抑制性能
取目数为8~10目的钻屑m1,经干燥处理后,将钻屑与本发明实施例1~3、对比例1~7制备得到的钻完井液一并加入老化罐内(钻屑与钻完井液的加入量比例为1g:70mL),在160℃下老化16h后将老化罐内的混合物过40目筛网,并用水洗涤数次,将经过冲洗后的钻屑再次干燥称重m2,计算泥页岩回收率R=m2/m1*100%,与此同时以清水代替钻完井液作为对照例;(泥页岩回收率的数值越大,说明对应的钻完井液的抑制分散能力就越强)
另取干燥后的岩屑经粉碎成粉末,并用于制备试验岩心块(4MPa压力下,压5min);将试验岩心块装入测筒内,然后测筒安装至页岩膨胀测试仪上,将本发明实施例1~3、对比例1~7制备得到的钻完井液注入测筒内,浸泡岩心8h,记下岩心的线膨胀量,同时用清水做空白试验,计算线膨胀量降低率B,B=(△H水-△H)/△H水*100%;其中,△H为钻完井液对应的线膨胀量;△H水为清水对应的线膨胀量;各项对应的泥页岩回收率和线膨胀量降低率的结果如表2所示;
表2 抑制性能
由表2可知,本发明实施例3制备得到的钻完井液具有较高的泥页回收率和线膨胀量降低率,即具有较好的抑制性;对比例1~3的数据可知,在泡沫钻完井液中引入改性纳米二氧化硅、对增粘剂黄原胶进行改性能够提升钻完井液的性能,对比例4~6的数据可知,将十二烷基磺酸钠进行沥青包覆同时将碳酰二胺脲、亚硝酸钠和水滑石进行明胶包覆能够显著改善钻完井液的抑制性能。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
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实施例。
Claims (4)
1.耐高温强化型钻完井液,其特征在于,其包括以下重量份的原料:100~150份的基浆、0.6~0.8份的十二烷基磺酸钠、0.6~0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.02~0.04份的碳酰二胺脲、0.04~0.08份的亚硝酸钠、0.06~0.1份的水滑石、0.3~2份的稳泡剂、1.8~2.4份的降滤失剂和0.8~1.2份的改性黄原胶;
所述基浆为分散有改性纳米二氧化硅颗粒的水溶液,其中,改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为0.3%;
所述十二烷基磺酸钠经过了预处理形成第一泡沫增效剂,具体为:取0.05~0.08份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.6~0.8份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌30~40min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为:按重量份数计,取60份的乙醇和1份的去离子水,混合后置于超声震荡仪下处理20~30min,随后在超声震荡下,向混合液中加入2.5份的正硅酸乙酯,继续超声震荡处理20~30min后,用0.1mog/L的盐酸水溶液将上述混合液的pH调至4,然后向混合液中滴加0.5份的硅烷偶联剂,边滴加边搅拌待硅烷偶联剂滴加完成后,将混合液加热至40℃,搅拌下反应6h后,用0.05mol/L的氨水将混合液的pH调至8,继续搅拌保温反应2h后停止加热、搅拌,自然冷却至室温,并将混合液置于冷冻干燥室内干燥,随后粉碎至纳米级粉末,用无水乙醇洗涤纳米级粉末1~3次后,置于80℃真空干燥箱内,干燥处理24h,研磨,得改性纳米二氧化硅颗粒;
改性黄原胶的制备方法为:
步骤a、按重量份数计,取5份的黄原胶分散于100份的二甲基亚砜中,加热至40℃,保温搅拌10~12h,得黄原胶溶液;取2份的马来酸酐分散于60份的氯仿中,超声震荡20~30min后得酸酐溶液;
步骤b、将步骤a中的酸酐溶液逐滴加入步骤a中的黄原胶溶液中,滴加完成后将反应液以5℃/min的速度升温至60~100℃,保温反应30~40h后停止加热,冷却至室温后用过量的乙醇沉淀,收集沉淀物,并用乙醇洗涤1~3次,真空干燥得酯化黄原胶;
步骤c、步骤b得到的酯化黄原胶加入去离子水中,得酯化产物溶液,将酯化产物溶液装入截留分子量为14000的透析袋中,进行透析处理72h后将透析样品冷冻干燥,得改性黄原胶;
其中,进行透析之前酯化产物溶液中,酯化黄原胶的质量分数为1.2%;透析期间透析袋内的温度控制在40℃,选取去离子水作为透析外液,每隔6h换一次透析外液。
2.如权利要求1所述的耐高温强化型钻完井液,其特征在于,所述降滤失剂为腐蚀酸为骨架的接枝共聚物。
3.如权利要求1所述的耐高温强化型钻完井液,其特征在于,所述稳泡剂为水解聚丙烯酰胺。
4.如权利要求1~3任一项所述的耐高温强化型钻完井液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、取0.05~0.08份的中软化点沥青加入沥青罐内加热至溶解,搅拌下向沥青罐内加入0.6~0.8份的十二烷基磺酸钠,充分搅拌30~40min后冷却、粉碎至粒径小于200nm,得第一泡沫增效剂;
步骤二、取0.04~0.06份的明胶溶解于50℃的1~2份的温水中,得溶液一,在搅拌下向溶液一中加入依次0.02~0.04份的碳酰二胺脲和0.04~0.08份的亚硝酸钠,充分搅拌至碳酰二胺脲和亚硝酸钠溶解后,得溶液二;向溶液二中加入0.06~0.1份的水滑石,充分搅拌均匀后自然冷却至室温,得凝胶物,将凝胶物经冷冻干燥、粉碎至粒径小于200nm,得第二泡沫增效剂;
步骤三、将改性纳米二氧化硅颗粒与乙醇按照重量比为1:2的比例进行混合,随后分散于水中制得改性纳米二氧化硅颗粒的质量分数为3%的基浆;
步骤四、将0.6~0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、第一泡沫增效剂、第二泡沫增效剂、0.3~2份的稳泡剂、1.8~2.4份的降滤失剂和0.8~1.2份的改性黄原胶,依次加入100~150份的基浆中,充分搅拌均匀后即得所述耐高温强化型钻完井液。
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