CN115746311A - 一种环保型钻井液提切剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型钻井液提切剂及其制备方法，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为0.5‑5%。该环保型钻井液提切剂，通过碱液对生物胶进行活化，通过活化后的羟基或者胺基与聚乙二醇单丙烯酸酯的迈克尔加成反应将其接枝到植物胶等天然聚合物的侧链，强化其分子链之间的相互作用，提高在钻井液中的动塑比，实现有效提高切力的同时不使粘度过高。将改性生物胶溶于水中配制胶液，测定并计算动切力和塑性粘度的比值，与未改性生物胶的相比提高30%以上。
Description
技术领域
本发明属于钻井液添加剂技术领域，具体涉及一种环保型钻井液提切剂及其制备方法。
背景技术
钻井过程中井眼清洁效果不好会增大钻井扭矩和摩阻，因此在大位移井、大井斜、低排量、低返速的条件下，如何及时有效地携带出井内岩屑，消除岩屑床，保持井眼清洁，是大位移井能否顺利施工的关键。由于对环保要求的提高及低钻井成本和现场易处理的需求，使在地质条件不十分复杂的前提下，大位移井钻井作业尽可能采用水基钻井液体系。在钻井液环空返速一定时，调整钻井液流型、选择适当的流变参数是井眼净化的关键。当环空钻井液流态为层流时，必须调整钻井液流变性，用平板型层流来代替尖峰型层流，从而改善钻井液 的携岩能力。如果体系动塑比过低，会导致尖峰型层流，需要选择适当的提切剂使体系形成平板型层流有利于井眼清洁。
杂聚糖和生物胶类的典型代表有瓜胶、魔芋胶、田菁胶、阿拉伯胶、黄原胶等，具有侧链结构，因此在钻井液中具有较好的增粘和提切作用。此外，杂聚糖和生物胶在地面条件下易于生物降解，所组配的钻井液是理想的环保型钻井液。杂聚糖和生物胶类虽然已经有了一定的提切剂的应用，但仍存在动切力和塑性粘度的比值（动塑比）较低的问题，即在提高钻井液切力的同时也会显著提高粘度。高粘度钻井液会导致容易粘附卡钻、泥包钻头和降低钻速等问题。因此，高动塑比的环保型提切剂是目前环保型钻井液体的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型钻井液提切剂，克服现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的另一个目的在于提供一种环保型钻井液提切剂的制备方法，通过活化后的羟基或者胺基与聚乙二醇单丙烯酸酯的迈克尔加成反应将其接枝到植物胶等天然聚合物的侧链，强化其分子链之间的相互作用，提高在钻井液中的动塑比，实现有效提高切力的同时不使粘度过高。
为此，本发明提供的技术方案如下：
一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为0.5-5%。
所述生物胶为瓜胶、魔芋胶、田菁胶、阿拉伯胶、黄原胶中的一种或几种任意比组合。
所述聚乙二醇单丙烯酸酯为工业级及其以上纯度的聚乙二醇200单丙烯酸酯、聚乙二醇400单丙烯酸酯、聚乙二醇600单丙烯酸酯、聚乙二醇800单丙烯酸酯、聚乙二醇1000单丙烯酸酯、聚乙二醇1500单丙烯酸酯、聚乙二醇2000单丙烯酸酯、聚乙二醇4000单丙烯酸酯、聚乙二醇6000单丙烯酸酯、聚乙二醇8000单丙烯酸酯、聚乙二醇10000单丙烯酸酯、聚乙二醇20000单丙烯酸酯中的一种或几种任意比的混合物。
一种环保型钻井液提切剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）将生物胶粉碎后加入醇-水混合溶液中，搅拌均匀；其中醇-水混合溶液的量为生物胶质量的3-30倍，醇-水混合溶液中醇和水的质量比为90:10-75:25；
步骤2）加入碱的醇溶液，在40-100℃下搅拌加热1-6h进行碱化反应；
步骤3）边搅拌边加入配方量的聚乙二醇单丙烯酸酯，在60-100℃下搅拌加热1-6h，冷却至室温；
步骤4）过滤除去溶剂，用无水醇洗涤，在40-80℃下干燥4-10h，得到改性生物胶。
步骤1）和步骤2）中醇均为工业级及以上纯度的甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种任意比的混合物。
步骤1）中生物胶粉碎后的粒径为40-300目。
步骤2）中所述碱的醇溶液中碱为氢氧化钠、氢氧化钾或其组合物。
步骤2）中所述碱的醇溶液质量浓度为1-10%。
步骤4）中无水乙醇的洗涤量为生物胶质量的3-8倍。
步骤4）中改性生物胶占提切剂的质量百分比为0.1-1%。
本发明的有益效果是：
本发明提供的这种环保型钻井液提切剂，通过碱液对生物胶进行活化，通过活化后的羟基或者胺基与聚乙二醇单丙烯酸酯的迈克尔加成反应将其接枝到植物胶等天然聚合物的侧链，强化其分子链之间的相互作用，提高在钻井液中的动塑比，实现有效提高切力的同时不使粘度过高。
将改性生物胶溶于水中配制胶液，采用“GB T 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力和塑性粘度，计算动切力和塑性粘度的比值，与未改性生物胶的相比提高30%以上。
下面将做进一步详细说明。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
现介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例1：
本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为0.5-5%。
其中，生物胶为瓜胶、魔芋胶、田菁胶、阿拉伯胶、黄原胶中的一种或几种任意比组合。
聚乙二醇单丙烯酸酯为工业级及其以上纯度的聚乙二醇200单丙烯酸酯、聚乙二醇400单丙烯酸酯、聚乙二醇600单丙烯酸酯、聚乙二醇800单丙烯酸酯、聚乙二醇1000单丙烯酸酯、聚乙二醇1500单丙烯酸酯、聚乙二醇2000单丙烯酸酯、聚乙二醇4000单丙烯酸酯、聚乙二醇6000单丙烯酸酯、聚乙二醇8000单丙烯酸酯、聚乙二醇10000单丙烯酸酯、聚乙二醇20000单丙烯酸酯中的一种或几种任意比的混合物。
本发明原理：
在碱性条件下对生物胶进行活化，通过活化后的羟基或者胺基与聚乙二醇单丙烯酸酯的迈克尔加成反应将其接枝到植物胶等天然聚合物的侧链，强化其分子链之间的相互作用，提高在钻井液中的动塑比，实现有效提高切力的同时不使粘度过高。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为5%。
在本实施例中，生物胶为瓜胶；聚乙二醇单丙烯酸酯为聚乙二醇200单丙烯酸酯；碱为氢氧化钠。具体制备过程如下：
第一步，在容器中将生物胶粉分散于5倍质量的醇-水混合液中，并搅拌均匀；其中，生物胶粉为粉碎后筛选出的40-80目粉末的工业级的瓜胶，水为去离子水，醇为工业级的甲醇，醇-水混合液中醇水的比例为90:10；
第二步，向容器中加入占瓜胶质量1%的碱溶液，在50℃下搅拌加热6小时进行碱化反应；其中，碱为工业的氢氧化钠，醇为工业级甲醇，碱溶液浓度为10%；
第三步，搅拌下向容器中加入占瓜胶质量5%的聚乙二醇200单丙烯酸酯，在60℃下搅拌加热6小时，冷却至室温；
第四步，过滤除去溶剂，用3倍瓜胶质量的无水醇洗涤，在50℃下干燥8h，得到改性生物胶；其中，无水醇为工业级无水甲醇。
本实施例制备的改性后瓜胶增加了侧链结构，提升了高分子链之间的相互作用，提高动切力效果大于提高粘度效果，整体体现为动塑比提高。
分别将未改性瓜胶和改性后瓜胶溶于水中配制质量浓度为0.5%的胶液，采用“GBT 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力YP、塑性粘度PV，计算动切力YP和塑性粘度PV的比值，分别为1.37和1.80，同等加量提切剂TQ01（西安长庆化工集团有限公司）的比值为0.96，结果见表1。
表1 实施例2的效果
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为2%。
在本实施例中，生物胶为魔芋胶；聚乙二醇单丙烯酸酯为聚乙二醇400单丙烯酸酯；碱为氢氧化钾。具体制备过程如下：
第一步，在容器中将生物胶粉分散于10倍质量的醇-水混合液中，并搅拌均匀；其中，生物胶粉为粉碎后筛选出的80-100目粉末的工业级的魔芋胶，水为蒸馏水，醇为工业级的乙醇，醇-水混合液中醇水的比例为80:20；
第二步，向容器中加入占魔芋胶质量3%的碱溶液，在60℃下搅拌加热5小时进行碱化反应；其中，碱为工业的氢氧化钾，醇为化学纯的乙醇，碱溶液浓度为8%；
第三步，搅拌下向容器中加入占魔芋胶质量2%的聚乙二醇400单丙烯酸酯，在70℃下搅拌加热5小时，冷却至室温；
第四步，过滤除去溶剂，用5倍魔芋胶质量的无水醇洗涤，在60℃下干燥5h，得到改性生物胶；其中，无水醇为工业级无水甲醇。
本实施例制备的改性后魔芋胶增加了侧链结构，提升了高分子链之间的相互作用，提高动切力效果大于提高粘度效果，整体体现为动塑比提高。
分别将未改性魔芋胶和改性后魔芋胶溶于水中配制质量浓度为0.6%的胶液，采用“GB T 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力YP、塑性粘度PV，计算动切力YP和塑性粘度PV的比值，分别为1.00提高到1.12，同等加量提切剂TQ01（西安长庆化工集团有限公司）的比值为0.88，结果见表2。
表2 实施例3的效果
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为2%。
在本实施例中，生物胶为阿拉伯胶；聚乙二醇单丙烯酸酯为聚乙二醇1000单丙烯酸酯；碱为氢氧化钠。具体制备过程如下：
第一步，在容器中将生物胶粉分散于15倍质量的醇-水混合液中，并搅拌均匀；其中，生物胶粉为粉碎后筛选出的100-200目粉末的工业级的阿拉伯胶，水为去离子水，醇为工业级的乙醇，醇-水混合液中醇水的比例为75:25；
第二步，向容器中加入占阿拉伯胶质量5%的碱溶液，在80℃下搅拌加热4小时进行碱化反应；其中，碱为分析纯的氢氧化钠，醇为分析纯的正丙醇，碱溶液浓度为5%；
第三步，搅拌下向容器中加入占阿拉伯胶质量2%的聚乙二醇1000单丙烯酸酯，在80℃下搅拌加热4小时，冷却至室温；
第四步，过滤除去溶剂，用4倍阿拉伯胶质量的无水醇洗涤，在80℃下干燥4h，得到改性生物胶；其中，无水醇为工业级无水甲醇。
本实施例制备的改性后阿拉伯胶增加了侧链结构，提升了高分子链之间的相互作用，提高动切力效果大于提高粘度效果，整体体现为动塑比提高。
分别将未改性阿拉伯胶和改性后阿拉伯胶溶于水中配制质量浓度为1.5%的胶液，采用“GB T 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力YP、塑性粘度PV，10秒时的静切力G10s及表观粘度AV，计算动切力YP和塑性粘度PV的比值，分别为0.77和1.22，同等加量提切剂TQ01（西安长庆化工集团有限公司）的比值为0.86，测定结果见表3。
表3 实施例4的效果
实施例5：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为1.5%。
在本实施例中，生物胶为田菁胶；聚乙二醇单丙烯酸酯为质量比为1:2的工业级聚乙二醇1000单丙烯酸酯和聚乙二醇2000单丙烯酸酯的混合物；碱为质量比为1:2的氢氧化钠和氢氧化钾组合物。具体制备过程如下：
第一步，在容器中将生物胶粉分散于20倍质量的醇-水混合液中，并搅拌均匀；其中，生物胶粉为粉碎后筛选出的200-300目粉末的工业级的田菁胶，水为自来水，醇为工业级的异丙醇，醇-水混合液中醇水的比例为80:20；
第二步，向容器中加入占田菁胶质量10%的碱溶液，在85℃下搅拌加热3小时进行碱化反应；其中，碱为质量比为1:2的氢氧化钠和氢氧化钾组合物，碱溶液浓度为1%；
第三步，搅拌下向容器中加入占田菁胶质量1.5%的聚乙二醇单丙烯酸酯，在85℃下搅拌加热5小时，冷却至室温；
第四步，过滤除去溶剂，用4倍田菁胶质量的无水醇洗涤，在60℃下干燥6h，得到改性生物胶；其中，无水醇为工业级无水甲醇。
本实施例制备的改性后田菁胶增加了侧链结构，提升了高分子链之间的相互作用，提高动切力效果大于提高粘度效果，整体体现为动塑比提高。
分别将未改性的田菁胶和改性后田菁胶溶于水中配制质量浓度为1.0%的胶液，采用“GB T 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力YP、塑性粘度PV，计算动切力YP和塑性粘度PV的比值，分别为0.45和0.78，同等加量提切剂TQ01（西安长庆化工集团有限公司）的比值为0.68，结果见表4。
表4 实施例5的效果
| 提切剂浓度% | PV/mPa·s | YP/Pa | YP/PV |
| 1.0未改性 | 29.00 | 13.00 | 0.45 |
| 1.0改性 | 32.20 | 25.20 | 0.78 |
| 1.0TQ01 | 38.66 | 26.30 | 0.68 |
实施例6：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为1%。
在本实施例中，生物胶为黄原胶；聚乙二醇单丙烯酸酯为质量比为3:2的工业级聚乙二醇600单丙烯酸酯和聚乙二醇2000单丙烯酸酯的混合物；碱为质量比为1:2的氢氧化钠和氢氧化钾组合物。具体制备过程如下：
第一步，在容器中将生物胶粉分散于30倍质量的醇-水混合液中，并搅拌均匀；其中，生物胶粉为粉碎后筛选出的120-200目粉末的工业级的黄原胶，水为蒸馏水，醇为体积比为1:2的工业级甲醇和乙醇组合物，醇-水混合液中醇水的比例为90:10；
第二步，向容器中加入占黄原胶质量9%的碱溶液，在70℃下搅拌加热3小时进行碱化反应；其中，碱为工业级氢氧化钠，碱溶液浓度为5%；
第三步，搅拌下向容器中加入占黄原胶质量1%的聚乙二醇单丙烯酸酯，在70℃下搅拌加热2小时，冷却至室温；
第四步，过滤除去溶剂，用6倍黄原胶质量的无水醇洗涤，在40℃下干燥6h，得到改性生物胶；其中，无水醇为工业级体积比为1:10的无水甲醇和无水乙醇组合物。
本实施例制备的改性后黄原胶增加了侧链结构，提升了高分子链之间的相互作用，提高动切力效果大于提高粘度效果，整体体现为动塑比提高。
分别将未改性黄原胶和改性后黄原胶溶于水中配制质量浓度为0.3%的胶液，采用“GB T 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力YP、塑性粘度PV，计算动切力YP和塑性粘度PV的比值，分别为2.14和2.88，同等加量提切剂TQ01（西安长庆化工集团有限公司）的比值为1.50，结果见表5。
表5 实施例6的效果
| 提切剂浓度% | PV/mPa·s | YP/Pa | YP/PV |
| 0.3未改性黄原胶 | 7.00 | 15.00 | 2.14 |
| 0.3改性黄原胶 | 12.50 | 36.00 | 2.88 |
| 0.3TQ01 | 6.67 | 10.00 | 1.50 |
实施例7：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，本实施例提供了一种环保型钻井液提切剂，由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为1%。
在本实施例中，生物胶为质量比为1:1的工业级瓜胶和魔芋胶组合物；聚乙二醇单丙烯酸酯为工业级聚乙二醇4000单丙烯酸酯；碱为工业级氢氧化钾。具体制备过程如下：
第一步，在容器中将生物胶粉分散于25倍质量的醇-水混合液中，并搅拌均匀；其中，生物胶粉为粉碎后筛选出80-120目粉末的工业级的瓜胶和魔芋胶组合物，水为自来水，醇为工业级乙醇，醇-水混合液中醇水的比例为85:15；
第二步，向容器中加入占黄原胶质量8%的碱溶液，在70℃下搅拌加热4.5小时进行碱化反应；其中，碱为工业级氢氧化钾，碱溶液浓度为5%；
第三步，搅拌下向容器中加入占瓜胶和魔芋胶组合物质量1%的聚乙二醇单丙烯酸酯，在70℃下搅拌加热3小时，冷却至室温；
第四步，过滤除去溶剂，用6倍瓜胶和魔芋胶组合物质量的无水醇洗涤，在60℃下干燥8h，得到改性生物胶；其中，无水醇为工业级体积比为1:2的无水甲醇和无水乙醇组合物。
本实施例制备的改性后生物胶增加了侧链结构，提升了高分子链之间的相互作用，提高动切力效果大于提高粘度效果，整体体现为动塑比提高。
将未改性生物胶和改性后生物胶溶于水中配制质量浓度为1.5%的胶液，采用“GBT 16783-1997 水基钻井液现场测试程序”测定其动切力YP、塑性粘度PV，计算动切力YP和塑性粘度PV的比值，分别为1.58和1.70，同等加量提切剂TQ01（西安长庆化工集团有限公司）的比值为0.86，结果见表6。
表6 实施例7的效果
| 提切剂浓度% | PV/mPa·s | YP/Pa | YP/PV |
| 1.5未改性生物胶 | 26.00 | 33.00 | 1.58 |
| 1.5改性生物胶 | 30.00 | 51.00 | 1.70 |
| 1.5TQ01 | 42.50 | 36.80 | 0.86 |
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环保型钻井液提切剂，其特征在于：由生物胶与聚乙二醇单丙烯酸酯在碱性条件下发生加成反应后得到改性生物胶，然后与水配制成胶液，其中，聚乙二醇单丙烯酸酯占生物胶的质量百分比为0.5-5%。
2.根据权利要求1所述的一种环保型钻井液提切剂，其特征在于：所述生物胶为瓜胶、魔芋胶、田菁胶、阿拉伯胶、黄原胶中的一种或几种任意比组合。
3.根据权利要求1所述的一种环保型钻井液提切剂，其特征在于：所述聚乙二醇单丙烯酸酯为工业级及其以上纯度的聚乙二醇200单丙烯酸酯、聚乙二醇400单丙烯酸酯、聚乙二醇600单丙烯酸酯、聚乙二醇800单丙烯酸酯、聚乙二醇1000单丙烯酸酯、聚乙二醇1500单丙烯酸酯、聚乙二醇2000单丙烯酸酯、聚乙二醇4000单丙烯酸酯、聚乙二醇6000单丙烯酸酯、聚乙二醇8000单丙烯酸酯、聚乙二醇10000单丙烯酸酯、聚乙二醇20000单丙烯酸酯中的一种或几种任意比的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）将生物胶粉碎后加入醇-水混合溶液中，搅拌均匀；其中醇-水混合溶液的量为生物胶质量的3-30倍，醇-水混合溶液中醇和水的质量比为90:10-75:25；
步骤2）加入碱的醇溶液，在40-100℃下搅拌加热1-6h进行碱化反应；
步骤3）边搅拌边加入配方量的聚乙二醇单丙烯酸酯，在60-100℃下搅拌加热1-6h，冷却至室温；
步骤4）过滤除去溶剂，用无水醇洗涤，在40-80℃下干燥4-10h，得到改性生物胶。
5.根据权利要求4所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：步骤1）和步骤2）中醇均为工业级及以上纯度的甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种任意比的混合物。
6.根据权利要求4所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述碱的醇溶液中碱为氢氧化钠、氢氧化钾或其组合物。
7.根据权利要求4所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中生物胶粉碎后的粒径为40-300目。
8.根据权利要求4所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述碱的醇溶液质量浓度为1-10%。
9.根据权利要求4所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：步骤4）中无水乙醇的洗涤量为生物胶质量的3-8倍。
10.根据权利要求4所述的一种环保型钻井液提切剂的制备方法，其特征在于：步骤4）中改性生物胶占提切剂的质量百分比为0.1-1%。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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