CN115926763A - 一种油基钻井液降粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻井工程技术领域，具体涉及一种油基钻井液降粘剂及其制备方法。该降粘剂由以下重量份数的原料制备而成：脂肪酸100‑120份，N,N二甲基烷基二胺100‑120份，油相溶剂140‑180份，表面活性剂20‑35份。原料中的脂肪酸与N,N二甲基烷基胺在高温下发生酰胺化反应，形成酰胺基团，提高降粘剂在固相表面吸附性；脂肪酸与N,N二甲基烷基胺在60‑80℃下发生季铵盐化反应，形成的季铵盐基团进一步加强了降粘剂在固相表面吸附强度，有效抑制固相间互相吸附形成网络架构，提高降粘作用效果。该降粘剂降粘效果好，可耐温至200℃，且合成工艺简单，成本低廉。

Description

一种油基钻井液降粘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于石油钻井工程技术领域，具体涉及一种油基钻井液降粘剂及其制备方法。

背景技术

随着石油工业发展，油气资源勘探开发逐渐向深层、超深地层转变。深层、超深层油气有效动用，对保障我国能源供给、减少对外油气资源依赖度具有重要意义。深层、超深层油气开发，面临高温、高压、高盐等恶劣条件，导致钻井难度大，对配套钻井液要求极高。油基钻井液是油包水乳液，凭借良好的抑制性、抗温性、润滑性等优势，在深井、超深井钻探中应用广泛。

由于油基钻井液配制成本高，油相作为危废物处置成本高、环境污染风险大，油基钻井液通常在完井后经简单处理移至下一口井重复利用。随着重复利用次数增多，油基钻井液暴露出粘度、切力增长严重、触变性变差等现场问题。油基钻井液粘切增高，导致起下钻时抽吸压力和激动压力大幅增大，极易造成井壁失稳，引发复杂事故。同时粘切增高，也对机械钻速影响巨大，导致工期延长。

目前现场主要采用稀释法来抑制油基钻井液粘切的快速上升。通过混入新配至的胶液(油包水乳液)，以降低油基钻井液粘度、切力。该方法见效快，但整体应用成本高，稀释后老浆量快速增到，导致存储及后续作为危废处置压力较大。并且，稀释后的油基钻井液应用一段时间后，粘度、切力仍会快速上涨，导致钻井液流变性能难以调控。

油基钻井液降粘剂的研究成为近年来的研究热点。授权号CN109721729 B的中国专利“适用作低温降粘剂的聚酰胺类共聚物及其制备方法和油基钻井液”公开了一种降粘剂，该降粘剂是一种聚酰胺类共聚物，该聚酰胺类共聚物含有长链二元酸提供的结构单元、二元胺类化合物提供的结构单元和由二元醇类化合物提供的端基，该降粘剂能够通过降低低温粘度切力的方式实现油基/合成基钻井液的恒流变性能，但是该发明的降粘剂抗高温能力较差。

发明内容

为克服以上技术问题，本发明提供了一种耐高温的油基钻井液降粘剂，该降粘剂可耐温至200℃，且降粘效果好，能够有效控制钻井液粘度、切力增长。

为实现以上目的，本发明提供的技术方案如下：

一种油基钻井液降粘剂，所述降粘剂由以下重量份数的原料制备而成：脂肪酸100-120份，N,N二甲基烷基二胺100-120份，油相溶剂140-180份，表面活性剂20-35份。

优选地，所述原料中，N,N二甲基烷基二胺的重量份数为100-110份，油相溶剂的重量份数为160-170份。

优选地，所述原料中，N,N二甲基烷基二胺的重量份数为104-108份，油相溶剂的重量份数为160-165份。

优选地，所述脂肪酸为碳原子数处于14-20之间的脂肪酸中的任一种或多种的混合物；所述N,N二甲基烷基二胺为烷基数为2-4之间的N,N二甲基烷基二胺；所述油相溶剂为3号白油或5号白油中的任一种或两种；所述表面活性剂为十二烷基硫酸铵、卵磷脂和十四烷基溴化铵中的任一种或多种。

优选地，所述脂肪酸为油酸；所述N,N二甲基烷基二胺为N,N二甲基乙二胺和N,N二甲基丙二胺中的任一种；所述油相溶剂为3号白油；所述表面活性剂为卵磷脂。

本发明的目的还在于提供所述降粘剂的制备方法，包括以下步骤；

(1)将脂肪酸，N,N二甲基烷基二胺和油相溶剂加入至反应容器中；

(2)抽真空，加热，在搅拌下进行反应；

(3)关闭真空泵，降低反应温度，继续在搅拌下进行反应；

(4)冷却至室温，加入表面活性剂，搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

优选地，步骤(2)中，所述抽真空至真空度0.02-0.05MPa，所述加热至180-220℃，所述搅拌的转速为200r/min-300r/min，所述反应的时间为8-12h。

优选地，步骤(2)中，所述加热至190-200℃，所述反应的时间为9-10h。

优选地，步骤(3)中，所述降低反应温度至60-80℃，所述搅拌的转速为200r/min-300r/min，所述反应的时间为2-4h。

优选地，步骤(4)中，所述搅拌的转速为200r/min-400r/min。

本发明通过脂肪酸与N,N二甲基烷基胺在高温下的酰胺化反应，形成酰胺基团，提高降粘剂在固相表面吸附性；通过脂肪酸与N,N二甲基烷基胺在60-80℃下发生季铵盐化反应，形成的季铵盐基团可进一步加强降粘剂在固相表面吸附强度，有效抑制固相间互相吸附形成网络架构，提高降粘作用效果。加入表面活性剂，可有效提高降粘剂在固相表面形成的膜强度，有利于降粘剂更好地发挥降粘作用。

与现有技术比，本发明的技术优势在于：

(1)该产品合成工艺简单，成本低廉，加量少，见效快。

(2)该产品分子链中引入了抗温性较强的酰胺基团，可耐温至200℃；通过在分子链中引入长碳链烃基，使该产品呈现出较好的油溶性，在油基钻井液中溶解较快，便于使用。

(3)稀释剂分子上引入胺基作为极性基团，可与油基钻井液中的岩屑颗粒发生吸附作用，可以阻止固相颗粒形成空间网架结构，进而降低钻井液粘度，调节流变性；该产品可有效抑制有害固相形成框架结构，从而有效控制钻井液粘度、切力增长。

(4)通过季铵盐化反应，引入季铵盐基团，进一步提高了降粘剂在固相表面的吸附速率与强度，有利于降粘剂发挥作用。

(5)引入表面活性剂，可协助增强固相周围吸附降粘剂形成膜结构的强度，抑制固相颗粒相互接近形成框架结构，进而有效降低老浆粘切；另外，表面活性剂也具备润湿性能，有利于固相颗粒分散。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，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

制备降粘剂，包括以下步骤：

(1)将100g油酸，108g N,N二甲基乙二胺和165g 3号白油加入至反应容器中；

(2)抽真空，在真空下加热至195℃并在200r/min搅拌下反应9h；

(3)关闭真空泵，将反应温度降低至70℃，继续在200r/min搅拌下反应3h；

(4)冷却至室温，加入30g卵磷脂，并在300r/min搅拌速度下搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

实施例2

制备降粘剂，包括以下步骤：

(1)将100g十六烷基硬脂酸，120g N,N二甲基乙二胺和165g3号白油加入至反应容器中；

(2)抽真空，在真空下加热至200℃并在200r/min搅拌下反应9h；

(3)关闭真空泵，将反应温度降低至70℃，继续在200r/min搅拌下反应4h；

(4)上述反应物降至室温后，加入30g十二烷基硫酸铵，并在400r/min搅拌速度下搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

实施例3

制备降粘剂，包括以下步骤：

(1)将100g油酸，108g N,N二甲基丁二胺和180g 3号白油加入至反应容器中；

(2)抽真空，在真空下加热至200℃并在200r/min搅拌下反应10h；

(3)关闭真空泵，将反应温度降低至70℃，继续在200r/min搅拌下反应4h；

(4)上述反应物降至室温后，加入30g十四烷基溴化铵，并在400r/min搅拌速度下搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

实施例4

制备降粘剂，包括以下步骤：

(1)将100g十六烷基硬脂酸，100g N,N二甲基丙二胺和165g 3号白油加入至反应容器中；

(2)抽真空，在真空下加热至195℃并在200r/min搅拌下反应9h；

(3)关闭真空泵，将反应温度降低至70℃，继续在200r/min搅拌下反应3h；

(4)冷却至室温，加入30g十四烷基溴化铵，并在300r/min搅拌速度下搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

对比例1

制备降粘剂，与实施例1的区别在于原料不同，脂肪酸选用辛酸(8个碳原子)，N,N二甲基烷基二胺选用N,N二甲基庚二胺，具体包括以下步骤：

(1)将100g辛酸，108g N,N二甲基庚二胺和165g 3号白油加入至反应容器中；

(2)-(4)同实施例1。

对比例2

制备降粘剂，与实施例1的区别在于原料配比不同，具体包括以下步骤：

(1)将100g油酸，130g N,N二甲基乙二胺和30g 3号白油加入至反应容器中；

(2)-(4)同实施例1。

对比例3

制备降粘剂，与实施例1的区别在于表面活性剂不同，具体包括以下步骤：

(1)-(3)同实施例1；

(4)冷却至室温，加入30g op-10，并在300r/min搅拌速度下搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

对比例4

制备降粘剂，与实施例1的区别在于反应条件不同，具体包括以下步骤：

(1)同实施例1；

(2)抽真空，在真空下加热至170℃并在200r/min搅拌下反应6h；

(3)关闭真空泵，将反应温度降低至55℃，继续在200r/min搅拌下反应3h；

(4)同实施例1。

效果评价

将降粘剂加至室内配制油基钻井液中，测试钻井液600r/min的读数评价降粘剂降粘效率。

1.钻井液基础配方

空白样：柴油270mL+20％(w/v)氯化钙水溶液30mL+3％(w/v)乳化剂+3g有机土+9g氧化沥青+12g氧化钙+重晶石，密度为2.1g/cm³

在空白样中加入20g英国标准评价土，利用高速搅拌机在11000r/min搅拌30min。之后在180℃下滚动老化48h

2.测试方法

按照标准GBT16783.2在65℃下分别测试老化前后的空白样和空白样中添加降粘剂后钻井液流变性能(表观粘度、塑性粘度和动切力)。老化条件为180℃×16h，降粘剂加量为4％。空白样在600r/min的读数记为φ600，加入降粘剂样品的600r/min的读数记为φ’600。

稀释率的计算方法为：稀释率＝(φ600-φ’600)/φ600

测试结果如表1所示。

表1性能评价

由表1实施例1-4可知，在油基钻井液中加入本发明合成的降粘剂，可有效降低钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力，说明本产品具备较好的稀释效果。并且加入该降粘剂的油基钻井液经高温老化后，稀释效率仍保持在较高的水平上，说明该产品耐温性能良好。该降粘剂应用于油基钻井液，有利于改善油基钻井液流变性，使钻井液流变性更易于控制，有效预防井下复杂发生。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种油基钻井液降粘剂，其特征在于，所述降粘剂由以下重量份数的原料制备而成：脂肪酸100-120份，N,N二甲基烷基二胺100-120份，油相溶剂140-180份，表面活性剂20-35份。

2.根据权利要求1所述的降粘剂，其特征在于，所述原料中，N,N二甲基烷基二胺的重量份数为100-110份，油相溶剂的重量份数为160-170份。

3.根据权利要求2所述的降粘剂，其特征在于，所述原料中，N,N二甲基烷基二胺的重量份数为104-108份，油相溶剂的重量份数为160-165份。

4.根据权利要求1所述的降粘剂，其特征在于，所述脂肪酸为碳原子数处于14-20之间的脂肪酸中的任一种或多种的混合物；所述N,N二甲基烷基二胺为烷基数为2-4之间的N,N二甲基烷基二胺；所述油相溶剂为3号白油或5号白油中的任一种或两种；所述表面活性剂为十二烷基硫酸铵、卵磷脂和十四烷基溴化铵中的任一种或多种。

5.根据权利要求4所述的降粘剂，其特征在于，所述脂肪酸为油酸；所述N,N二甲基烷基二胺为N,N二甲基乙二胺和N,N二甲基丙二胺中的任一种；所述油相溶剂为3号白油；所述表面活性剂为卵磷脂。

6.根据权利要求1-5任一所述的降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

(1)将脂肪酸，N,N二甲基烷基二胺和油相溶剂加入至反应容器中；

(2)抽真空，加热，在搅拌下进行反应；

(3)关闭真空泵，降低反应温度，继续在搅拌下进行反应；

(4)冷却至室温，加入表面活性剂，搅拌均匀，即得到油基钻井液稀释剂。

7.根据权利要求6所述的降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述抽真空至真空度0.02-0.05MPa，所述加热至180-220℃，所述搅拌的转速为200r/min-300r/min，所述反应的时间为8-12h。

8.根据权利要求7所述的降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热至190-200℃，所述反应的时间为9-10h。

9.根据权利要求6所述的降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述降低反应温度至60-80℃，所述搅拌的转速为200r/min-300r/min，所述反应的时间为2-4h。

10.根据权利要求6所述的降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述搅拌的转速为200r/min-400r/min。