CN113831902A - 一种钻井液用添加剂、钻井液用添加剂的制备方法及其应用 - Google Patents

一种钻井液用添加剂、钻井液用添加剂的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液用添加剂、一种钻井液用添加剂的制备方法及其应用。所述钻井液用添加剂包括由多元醇和/或多元醇胺与大环化合物形成的包合物。所述钻井液用添加剂以多元醇类和/或多元醇胺为活性组分，与环糊精及其衍生物类分子形成包合体，在一定温度的地层解离释放活性组分，多元醇和/或多元醇胺析出，达到井壁稳定的作用。该钻井液用添加剂避免了传统多元醇和/或多元醇胺在钻井液输送过程中的损耗，改善了起泡现象。

Description

一种钻井液用添加剂、钻井液用添加剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，具体涉及一种钻井液用添加剂、钻井液用添加剂的制备方法和应用。
背景技术
随着石油勘探向深部发展、页岩气勘探加速，钻遇地层条件越来越复杂，我国西北、华北、四川工区等重点区块复杂泥页岩地层井壁失稳问题日益突出。钻井液中加入高效井壁稳定处理剂是改善和解决井壁失稳问题的主要方法之一。
多元醇是井壁稳定处理剂的一种，具有独特的“浊点”效应，在低于浊点温度的浅井段，多元醇呈水溶性，在高于浊点温度时，多元醇从钻井液中析出，形成的“微粒”以氢键方式与粘土结合，可封堵地层孔隙，进一步抑制滤液的侵入，起到稳定井壁作用。而传统的多元醇在水溶液中易发生优先与其他处理剂产生反应的现象，在到达目标底层前产生损耗，用量较大；且由于其本身的表面活性作用，存在起泡问题，影响钻井液体系性能和施工。因此，急需研制可降低损耗、减少起泡的多元醇类处理剂。
目前对多元醇的研究集中在从基础原料入手，选择不同功能性原料单体自下而上合成多元醇，如专利“钻井液用两性离子多元醇及其制备方法”(CN200610102016.9)公开了由烯基单体与环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成的两性离子多元醇，提高了多元醇的抑制性，但在损耗与起泡方面未提及显著改善。专利“油田钻井液用固体多元醇及其制备方法与应用”(CN201410553490.8)公开了利用脂肪胺、环氧乙烷、环氧丙烷制备的固体多元醇，目的在于改变多元醇的使用剂型，未见其它性能研究。且以上合成原料众多、工艺复杂。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明第一个方面提供了一种钻井液用添加剂。本发明提供的钻井液用添加剂能够在一定温度的地层解离释放活性组分，多元醇析出，达到井壁稳定的作用，避免了传统多元醇在钻井液输送过程中的损耗，改善了起泡现象。
本发明第二个方面提供了一种钻井液用添加剂的制备方法。
本发明第三个方面提供了一种钻井液用组合物。
本发明第四个方面提供了所述钻井液用添加剂和钻井液用组合物的应用。
根据第一个方面，所述钻井液用添加剂包括由多元醇和/或多元醇胺与大环化合物形成的包合物。本发明中所述包合物以大环化合物为主体分子，以多元醇和/或多元醇胺为客体分子，主体分子和客体分子通过范德华力和/或氢键相结合。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇选自分子量小于等于2000g/mol的多元醇中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇选自选自乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇为聚乙二醇，优选地，所述聚乙二醇的分子量为400-2000g/mol。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇为聚乙二醇，优选地，所述聚丙三醇的分子量为400-600g/mol。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二正丙醇胺和三正丙醇胺中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述大环化合物为环糊精类化合物。
根据本发明的一些实施方式，所述环糊精类化合物选自α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、甲基-β-环糊精、羟乙基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和磺化β-环糊精中的一种或多种。
本发明的钻井液用添加剂基于“包封-解离”的思路，利用具有环状空腔结构的环糊精及其衍生物对多元醇的活性位点进行包封保护，避免其在钻井液输送过程中与其他处理剂发生反应，减少损耗，减少起泡，而在一定温度条件下的地层时受高温影响，包封作用被破坏，多元醇或多元醇胺从环糊精及其衍生物分子上解离释放，活性位点暴露，发生析出可封堵地层，达到井壁稳定的作用。
根据第二个方面，本发明提供的一种钻井液用添加剂的制备方法，所述方法包括使多元醇和/或多元醇胺与大环化合物在溶剂存在的条件下接触。
根据本发明的一些实施方式，所述方法包括以下步骤：
a)将大环化合物与溶剂混合，以形成溶液A；
b)将多元醇和/或多元醇胺与溶剂混合，以形成溶液B；
c)将溶液B加入溶液A中进行接触，得到所述钻井液用添加剂。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇选自分子量小于等于2000g/mol的多元醇中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇选自选自乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇为聚乙二醇，优选地，所述聚乙二醇的分子量为400-2000g/mol。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇为聚乙二醇，优选地，所述聚丙三醇的分子量为400-600g/mol。
根据本发明的一些实施方式，所述多元醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二正丙醇胺和三正丙醇胺中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述大环化合物为环糊精类化合物。
根据本发明的一些实施方式，所述环糊精类化合物选自α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、甲基-β-环糊精、羟乙基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和磺化β-环糊精中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述溶剂选自水性溶剂。
根据本发明的一些实施方式，所述溶剂为水或水和醇的混合物。
根据本发明的一些实施方式，所述大环化合物与所述多元醇和/或多元醇胺的摩尔比为(0.5-5):1，例如0.7:1、0.9:1、1.5:1、2.0:1、2.3:1、2.5:1、2.7:1、2.9:1、3.5:1、4.0:1、4.5:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述大环化合物与所述多元醇和/或多元醇胺的摩尔比为(1-3):1。
根据本发明的一些实施方式，所述溶液A为所述大环化合物的饱和溶液。
根据本发明的一些实施方式，溶液B中，以质量百分比计，所述述多元醇和/或多元醇胺为溶剂的10-40％，例如12％、15％、20％、25％、30％或35％。
根据本发明的一些实施方式，所述接触的温度为50-80℃。
根据本发明的一些实施方式，所述接触的时间为4-16h。
在本发明的一些优选实施方式中，所述钻井液用添加剂的制备方法包括以下具体步骤：
(1)将环糊精或环糊精衍生物配制成饱和水溶液。
(2)将多元醇或多元醇胺配制成一定浓度的水溶液。
(3)将多元醇水溶液在搅拌条件下滴加至环糊精或其衍生物饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至一定温度反应一定时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
根据第三个方面，本发明提供了一种钻井液用组合物，所述钻井液用组合物包含第一方面所述的钻井液用添加剂或第二方面所述方法制备的钻井液用添加剂和其他钻井液用处理剂。
根据本发明的一些实施方式，所述其他钻井液用处理剂选自降滤失剂、分散剂、防塌剂和润滑剂中的一种或多种。
根据第四个方面，本发明还提供了上述钻井液用添加剂和/或通过上述方法制备的钻井液用添加剂或上述在钻井液中钻井液用组合物在钻井液中的应用，优选作为固壁材料的应用，具体作为井壁稳定剂的应用。
本发明提供的钻井液用添加剂及制备方法具有以下优点：
(1)环糊精及其衍生物与多元醇或多元醇胺分子上的活性位点作用形成包封体，活性位点暂时失去活性，避免多元醇或多元醇胺因与其他处理剂接触而产生损耗，及其表面活性引起起泡，当钻遇地层高温时非共价键断裂，多元醇或多元醇胺可解离出来，活性位点暴露，产生浊点效应，封堵地层。本发明的钻井液用添加剂能够在一定温度地层释放多元醇或多元醇胺活性组分进行封堵井壁，避免了传多元醇或多元醇胺在钻井液输送过程中的损耗，改善了起泡现象，同时与其他处理剂配伍性良好
(2)合成原料少，条件温和，工艺简单。
附图说明
图1显示了实施例1制备的钻井液用添加剂的溶液在不同温度下的光透过率。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明做进一步地说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。
实施例1-实施例7用于说明处理剂制备方法
实施例1
(1)将12.9gγ-环糊精(0.01mol)配制成饱和水溶液。
(2)将4g聚乙二醇(平均分子量400，0.01mol)溶于20mL水中配制成水溶液。
(3)将聚乙二醇水溶液在搅拌条件下滴加至γ-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至70℃反应4h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
实施例2
(1)将38.5g羟丙基-β-环糊精(0.025mol)配制成饱和水溶液。
(2)将12g聚乙二醇(平均分子量1200，0.01mol)溶于30mL水中配制成水溶液。
(3)将聚乙二醇水溶液在搅拌条件下滴加至羟丙基-β-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至80℃反应12h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
实施例3
(1)将11.3g羧甲基-β-环糊精(0.01mol)配制成饱和水溶液。
(2)将5.6g五聚丙三醇(平均分子量560，0.01mol)溶于30mL水中配制成水溶液。
(3)将五聚丙三醇水溶液在搅拌条件下滴加至羧甲基-β-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至50℃反应12h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
实施例4
(1)将39g甲基-β-环糊精(0.03mol)配制成饱和水溶液。
(2)将20g聚乙二醇(平均分子量2000，0.01mol)溶于50mL水中配制成水溶液。
(3)将聚乙二醇水溶液在搅拌条件下滴加至甲基-β-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至50℃反应16h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
实施例5
(1)将16g磺化-β-环糊精(0.01mol)配制成饱和水溶液。
(2)将6g聚乙二醇(平均分子量600，0.01mol)溶于25mL水中配制成水溶液。
(3)将聚乙二醇水溶液在搅拌条件下滴加至磺化-β-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至80℃反应6h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
实施例6
(1)将11.3gβ-环糊精(0.01mol)配制成饱和水溶液。
(2)将1.5g三乙醇胺(0.01mol)溶于15mL水中配制成水溶液。
(3)将三乙醇胺水溶液在搅拌条件下滴加至β-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至80℃反应4h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
实施例7
(1)将30.8g羟乙基-β-环糊精(0.02mol)配制成饱和水溶液。
(2)将0.9g丙三醇(0.01mol)、1.5g三乙醇胺(0.01mol)溶于20mL水中配制成水溶液。
(3)将丙三醇、三乙醇胺水溶液在搅拌条件下滴加至羟乙基-β-环糊精饱和水溶液中。
(4)滴加完毕，升至80℃反应6h时间。
(5)反应后水溶液经冷冻干燥，即可得到固体产物。
测试例1：释放表征
将实施例1的处理剂配制成5％的澄清溶液，用紫外-可见光分光光度计进行80℃和100℃条件下的测试。从图1结果可以看出，100℃下溶液的透过率明显低于80℃时透过率，说明包封的多元醇在高温下释放出来，发生浊点效应，使溶液变浑浊。
测试例2：配伍性测试
对实施例1-实施例7的处理剂与现有钻井液常用处理剂配成溶液进行配伍，观察是否有分层、沉淀和悬浮现象产生。经测试，本发明的处理剂与常用处理剂配伍性良好。
Figure BDA0002555408710000071
本发明测试例中的产品来源如下：
SMP-2：山东得顺源石油科技有限公司，工业品。
SMPFL-L：中国石化石油工程技术研究院，工业品。
SMS-19：中国石化石油工程技术研究院，工业品。
SMSHIELD-2：中国石化石油工程技术研究院，工业品。
SMJH-1：中国石化石油工程技术研究院，工业品。
测试例3：起泡测试
对实施例1-7的处理剂，以及分别对应的未包封的原料多元醇进行发泡体积测试，测试按照标准《SY/T 5350-2009钻井液用发泡剂评价程序》中的方法进行。测试配方为：350mL水+4％钻井液试验用土+1％处理剂或对应多元醇原料，溶液经高速搅拌1min，10s内移入500mL量筒读取发泡体积。发现用环糊精及其衍生物将多元醇或多元醇胺进行包封后，发泡体积明显降低。
编号 采用实施例处理剂发泡体积，mL 采用对应多元醇原料发泡体积，mL
1 20 55
2 15 45
3 25 60
4 10 35
5 15 50
6 20 60
7 25 60
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种钻井液用添加剂，包括由多元醇和/或多元醇胺与大环化合物形成的包合物。
2.根据权利要求1所述的钻井液用添加剂，其特征在于，所述多元醇选自分子量小于等于2000g/mol的多元醇中的一种或多种，优选选自乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的一种或多种；
和/或所述多元醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二正丙醇胺和三正丙醇胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用添加剂，其特征在于，所述大环化合物为环糊精类化合物，优选地，所述环糊精类化合物选自α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、甲基-β-环糊精、羟乙基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和磺化β-环糊精中的一种或多种。
4.一种钻井液用添加剂的制备方法，包括使多元醇和/或多元醇胺与大环化合物在溶剂存在的条件下接触，优选包括以下步骤：
a)将大环化合物与溶剂混合，以形成溶液A；
b)将多元醇和/或多元醇胺与溶剂混合，以形成溶液B；
c)将溶液B加入溶液A中进行接触，得到所述钻井液用添加剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多元醇选自分子量小于2000g/mol的多元醇中的一种或多种，优选选自乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的一种或多种；
和/或所述多元醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二正丙醇胺和三正丙醇胺中的一种或多种。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述大环化合物为环糊精类化合物，优选地，所述环糊精类化合物选自α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、甲基-β-环糊精、羟乙基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和磺化β-环糊精中的一种或多种。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自水性溶剂，优选为水或水和醇的混合物。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述大环化合物与所述多元醇和/或多元醇胺的摩尔比为(0.5-5):1，优选为(1-3):1；
和/或所述接触的温度为50℃-80℃，和/或所述接触的时间为4-16h。
9.一种钻井液用组合物，其包含权利要求1-3中任意一项所述的钻井液用添加剂或根据权利要求4-8中任意一项所述方法制备的钻井液用添加剂和其他钻井液用处理剂，优选地，所述其他钻井液用处理剂选自降滤失剂、分散剂、防塌剂和润滑剂中的一种或多种。
10.根据权利要求1-3中任意一项所述的钻井液用添加剂或根据权利要求4-8中任意一项所述方法制备的钻井液用添加剂或权利要求9所述的钻井液用组合物在钻井液中的应用，优选作为固壁材料的应用，具体作为井壁稳定剂的应用。
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