一种pH响应型钻井液铝基防塌剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种pH响应型钻井液铝基防塌剂及其制备方法，通过由聚醚多元醇、内酯单体、引发剂、铝化合物和pH调节剂反应制得的pH响应型钻井液铝基防塌剂具有pH响应性，其在钻井液(pH＞8)中以溶解态形式稳定存在，在pH响应范围(5≤pH≤7.5)内，可快速响应形成氢氧化铝沉淀，通过物理化学作用封堵地层孔喉和微裂缝。该铝基防塌剂可提高钻井液的防塌能力，强化井壁的稳定性，能够满足复杂地层勘探开发的要求。本发明专利技术提供的钻井液铝基防塌剂的制备方法简单，易于操作，反应易于控制，生产成本低，产品质量稳定，易于实现工业化应用。

PH response type drilling fluid aluminium base anti sloughing agent and preparation method thereof

The present invention relates to a pH type response of drilling fluid aluminum based anti sloughing agent and its preparation method, anti sloughing agent with pH response by polyether polyol, lactone monomer, initiator, aluminum compounds and pH regulator was prepared by the reaction of pH response type aluminum base drilling fluid, the drilling fluid (pH > 8) in dissolved form existed stably in the pH response range (pH = 5 ~ 7.5), rapid response formation of aluminum hydroxide precipitation through physical and chemical effects, plugging the pore throat and micro cracks. The aluminum based anti sloughing agent can improve the anti sloughing ability of drilling fluid and improve the stability of borehole wall. It can meet the requirements of complex formation exploration and development. The preparation method of the drilling fluid aluminum base anti sloughing agent is simple, easy to operate, easy to control, easy to control, low production cost, stable product quality and easy to realize industrial application.

【技术实现步骤摘要】
一种pH响应型钻井液铝基防塌剂及其制备方法
本专利技术属于钻井液用防塌剂
，具体涉及一种pH响应型钻井液铝基防塌剂及其制备方法。
技术介绍
井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的难题，随着勘探领域向深部地层扩展，钻遇地层日趋复杂，井壁失稳已成为实现勘探目的的障碍。井壁失稳主要表现为缩径、井壁坍塌、井眼扩大、卡钻、电测遇阻等，这些事故既会降低钻速，延长建井周期，增加作业成本，降低固井质量等一系列问题，又会使部分地区无法钻达目的层，延误钻探开发时机，影响经济效益。井壁失稳每年都会给石油行业造成巨大的经济损失，至今仍是一个非常重要且棘手的问题。随着钻遇地层条件的日趋复杂，石油勘探开发对高性能防塌剂的需求越来越大。针对井壁失稳问题，现有技术主要从提高钻井液的抑制性和封堵性能两个角度出发，通过物理化学方法来提高井壁的稳定性。其中，KCl、NH4C1、NaCl、CaCl2等无机盐和季铵盐(小阳离子)、胺基聚醚等有机小分子能够通过吸附、离子交换、电荷中和等作用，可有效地抑制粘土膨胀；在合成聚合物中引入阳离子单体形成的化合物，可以通过电性中和、正电吸附、离子交换和离子镶嵌等作用防塌，该化合物兼具增粘和降滤失的效果；沥青类材料(磺化沥青/氧化沥青/乳化沥青)和聚合醇类材料主要通过沥青颗粒在软化点温度附近的软化变形性或聚合醇的浊点效应封堵井壁的裂缝和孔隙；硅酸盐可在钻井液中形成不同尺寸的胶体和纳米粒子，以及与地层中的钙镁离子发生化学沉淀作用，通过吸附、扩散封堵微裂缝。但上述防塌剂加量普遍偏大且灵敏性差，不具备环境响应性，限制了其应用范围和使用性能。铝化合物由于具有丰富的化学多变性，能够通过物理化学方法封堵地层中的层理与裂隙，阻止钻井液滤液进入地层，增强井壁稳定性。但铝离子在钻井液环境中主要以非水溶形式存在，降低了其进入地层与地层粘土矿物的反应能力，影响了防塌效果且与钻井液体系的配伍性问题突出。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种pH响应型钻井液铝基防塌剂及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种pH响应型钻井液铝基防塌剂及其制备方法。通过将聚醚多元醇、内酯单体、引发剂、铝化合物和pH调节剂经过聚合、络合和中和反应后制得的pH响应型钻井液铝基防塌剂具有pH响应性，其在钻井液(pH＞8)中以溶解态形式稳定存在，在pH响应范围(5≤pH≤7.5)内，可快速响应形成氢氧化铝沉淀，通过物理化学作用封堵地层孔喉和微裂缝。为此，本专利技术第一方面提供了一种pH响应型钻井液铝基防塌剂，其由包含聚醚多元醇、内酯单体、引发剂、铝化合物和pH调节剂的组分反应后制得。在本专利技术的一些实施例中，所述聚醚多元醇与引发剂的重量比为(500-5000):1；优选所述聚醚多元醇与引发剂的重量比为(1000-3000):1。在本专利技术的另一些实施例中，所述聚醚多元醇与铝化合物的重量比为1:(1-10)；优选所述聚醚多元醇与铝化合物的重量比为1:(3-8)。根据本专利技术，所述聚醚多元醇包括聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)和聚四氢呋喃二醇(PTMEG)中的一种或多种；优选所述聚醚多元醇为聚乙二醇。根据本专利技术，优选所述聚乙二醇的数均分子量为500-5000；进一步优选所述聚乙二醇的数均分子量为1000-4000。在本专利技术的一些实施例中，所述内酯单体包括丙交酯、己内酯、C1-C2的烷基取代的己内酯和戊内酯中的一种或多种。根据本专利技术，所述pH调节剂为碱性水溶液。所述碱性水溶液的质量浓度为5wt％-40wt％；优选所述碱性水溶液的质量浓度为10wt％-30wt％。优选所述碱包括NaOH、KOH、Na2CO3和Ca(OH)2中的一种或多种；进一步优选所述碱包括NaOH和/或KOH。在本专利技术的一些实施例中，所述引发剂包括辛酸亚锡、钛酸丁酯、二月桂酸二丁基锡和三异丙醇铝中的一种或多种；优选所述引发剂为辛酸亚锡。在本专利技术的另一些实施例中，所述铝化合物包括AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·16H2O、KAl(SO4)2·12H2O、AlCl3、Al(C3H5O3)3、Al[O2C(CH2)16CH3]3和NaAlO2中的一种或多种；优选所述铝化合物包括AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·16H2O和KAl(SO4)2·12H2O中的一种或多种。根据本专利技术，所述铝基防塌剂具有pH响应性：在pH＞8时，所述铝基防塌剂以溶解态形式稳定存在；在5≤pH≤7.5时，所述铝基防塌剂响应形成氢氧化铝沉淀；优选所述响应的时间≤2s。本专利技术所述用语“以溶解态形式稳定存在”是指本专利技术所述防塌剂以水溶形式存在。本专利技术第二方面提供了一种如本专利技术第一方面所述的铝基防塌剂的制备方法，其包括：步骤A，在无氧条件下，将聚醚多元醇与内酯单体在引发剂的作用下进行聚合反应，制得聚合产物；步骤B，向聚合产物中加入水和铝化合物进行络合反应，制得络合产物；步骤C，向络合产物中加入pH调节剂进行中和反应，制得中和产物；步骤D，将中和产物加热浓缩后，制得pH响应型钻井液铝基防塌剂。根据本专利技术，在步骤D之后还包括步骤E，将加热浓缩后得到的产物进行干燥、粉碎处理。根据本专利技术，在步骤A中，在未加入聚乙二醇之前，向反应装置中通入氩气进行三次抽换气操作，以排尽反应装置内的空气。在加入聚乙二醇之后，再次向反应装置中通入氩气进行三次抽换气操作，再次排尽反应装置内的空气。在本专利技术的一些实施例中，在步骤A中，所述聚合反应的温度为80-160℃；优选所述聚合反应的温度为100-140℃；所述聚合反应的时间为1-12h；优选所述聚合反应的时间为2-10h。在本专利技术的另一些实施例中，在步骤B中，所述络合反应的温度为10-100℃；优选所述络合反应的温度为40-90℃；所述络合反应的时间为1-24h；优选所述络合反应的时间为3-12h。在本专利技术的其他实施例中，在步骤C中，所述中和产物的pH值为8-10。本专利技术中所用“水”一词，在没有特别指定的情况下，是指蒸馏水。本专利技术所述的钻井液铝基防塌剂是一种能够根据外界pH条件不同自行调整发生形态变化的铝基处理剂。当其在钻井液环境(pH＞8)下，能够以溶解态形式稳定存在；而当其进入地层环境(pH＜7)后，能够感知pH条件变化，迅速发生形态变化，快速响应释放出铝离子，生成多种氢氧化铝沉淀，通过物理化学作用封堵地层孔喉和微裂缝。本专利技术所述用语“物理化学作用封堵地层孔喉和微裂缝”是指本专利技术的钻井液防塌剂可以通过物理作用和化学作用两方面来实现封堵地层孔喉和微裂缝的效果。所谓物理作用是指本专利技术的钻井液防塌剂在进入地层后，感知pH条件变化，首先生成氢氧化铝沉淀，该沉淀可相互聚集形成不同尺寸粒径的聚集体，实现封堵地层的孔喉和微裂缝的效果。所谓化学作用是指生成的氢氧化铝沉淀可以进一步与地层粘土矿物发生化学反应，并最终成为地层的一部分，强化井壁，从而实现封堵地层孔喉和微裂缝的效果。本专利技术正是基于防塌剂对pH的响应，通过物理化学作用实现封堵地层孔喉和微裂缝的效果。本专利技术提供的钻井液铝基防塌剂及其制备方法具有以下优点：(1)本专利技术提供的钻井液铝基防塌剂具有pH响应性，其pH响应范围为5≤pH≤7.5。当其在钻井液环境(pH＞8)下，能够以溶解态形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种pH响应型钻井液铝基防塌剂，其由包含聚醚多元醇、内酯单体、引发剂、铝化合物和pH调节剂的组分反应后制得。

【技术特征摘要】
1.一种pH响应型钻井液铝基防塌剂，其由包含聚醚多元醇、内酯单体、引发剂、铝化合物和pH调节剂的组分反应后制得。2.根据权利要求1所述的铝基防塌剂，其特征在于，所述聚醚多元醇与引发剂的重量比为(500-5000):1；优选所述聚醚多元醇与引发剂的重量比为(1000-3000):1。3.根据权利要求1或2所述的铝基防塌剂，其特征在于，所述聚醚多元醇与铝化合物的重量比为1:(1-10)；优选所述聚醚多元醇与铝化合物的重量比为1:(3-8)。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的铝基防塌剂，其特征在于，所述聚醚多元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种；优选所述聚醚多元醇为聚乙二醇；优选所述聚乙二醇的数均分子量为500-5000；进一步优选所述聚乙二醇的数均分子量为1000-4000。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的铝基防塌剂，其特征在于，所述内酯单体包括丙交酯、己内酯、C1-C2的烷基取代的己内酯和戊内酯中的一种或多种；所述pH调节剂为碱性水溶液；所述碱性水溶液的质量浓度为5wt％-40wt％；优选所述碱性水溶液的质量浓度为10wt％-30wt％；优选所述碱包括NaOH、KOH、Na2CO3和Ca(OH)2中的一种或多种；进一步优选所述碱包括NaOH和/或KOH。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的铝基防塌剂，其特征在于，所述引发剂包括辛酸亚锡、钛酸丁酯、二月硅酸二丁基锡和三异丙醇铝中的一种或多种；优选所述引发剂为辛酸亚锡。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的铝基防塌剂，其特征在于，所述铝化合物包括AlCl3·6H...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔勇，杨小华，王海波，王琳，杨帆，董晓强，李胜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11