本发明专利技术涉及一种页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂及其制备方法。所述抑制剂为新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA、油和水按一定比例混合而成的混合物。所述AMPS/THAAB/MMA制备方法为：在2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸中，加入三羟乙基烯丙基溴化铵、甲基丙烯酸甲酯和链转移剂异丙醇，并加入K2S2O8和NaHSO3进行聚合反应后得到产物。所述抑制剂可达到同时抑制页岩水化膨胀和分散的目的，而起到良好的页岩封堵抑制效果，可直接应用于页岩气开发钻井中。
A Shale Blocking Inhibitor for Horizontal Shale Gas Well Drilling and Its Preparation Method
The invention relates to a shale plugging inhibitor for shale gas horizontal well drilling and a preparation method thereof. The inhibitor is a mixture of a novel low molecular weight polymer AMPS/THAAB/MMA, oil and water in a certain proportion. The AMPS/THAAB/MMA preparation method comprises adding trihydroxyethyl allyl ammonium bromide, methyl methacrylate and chain transfer agent isopropanol in 2 acrylamide 2 methylpropionic acid, and adding K2S2O8 and NaHSO3 to polymerize to obtain the product. The inhibitor can simultaneously inhibit the expansion and dispersion of shale hydration, and has a good effect of shale plugging inhibition, and can be directly applied to shale gas development drilling.
【技术实现步骤摘要】
一种页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂及其制备方法
本专利技术涉及一种页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂及其制备方法。特别是一种用于页岩气水平井钻井过程中，由于页岩水化膨胀造成的井壁失稳、垮塌等问题地层的水基钻井液用页岩封堵抑制剂。
技术介绍
随着页岩气革命的到来，页岩气的开发越来越引起石油工业的重视。在页岩气钻探过程中，页岩的水化膨胀、分散将导致井壁失稳、钻头泥包和井眼净化困难等一系列问题。井壁稳定问题是油气钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的世界性难题。据统计。世界石油工业每年用于处理井壁稳定事故的经费达7亿美元之高。为解决这些难题，在页岩气钻井过程中近年来油田科研人员开发出了油基和水基钻井液体系，但油基钻井液费用昂贵且对环境有害，因此水基钻井液更具研究价值。在钻遇页岩气地层时，可在水基钻井液中添加页岩封堵抑制剂来防止井壁水化分散和垮塌掉块等。随着易坍塌地层的大量开发，新型高效的可封堵抑制页岩水化抑制剂的研究开发迫在眉睫。高分子量的聚合物可包被于页岩表面，抑制页岩水化分散，但过高的分子量对钻井液体系流变性有一定影响且在高温高密度情况下不宜采用。因此，在高固相含量水基钻井液中适用的低分子量页聚合物的研发具有一定的实际意义。此外，页岩气地层裂缝发育，存在大量的纳米和微纳米空隙，常规页岩封堵抑制剂难以达到封堵纳米和微纳米孔隙的要求。低分子量聚合物及可封堵微纳米孔隙的页岩封堵抑制剂体系在钻井液中应用不多。本专利一种页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂的研制可为油田化学品的设计、合成和页岩气的开发提供一定的借鉴意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有封堵抑制剂性能差、处理剂抗温能力尚待提高、高分子量聚合物对钻井液体系流变性能影响大以及处理剂不能有效封堵地层微纳米微裂缝等缺点，提供一种页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂及其制备方法。该抑制剂为新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA和油水相按一定比例混合而成。其中，低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA未见文献报道，为首次合成。在该抑制剂体系中，低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA可包裹于页岩外表面，油相可封堵地层微纳米裂缝，降低页岩自吸能力；体系通过吸附、包被与封堵的协同作用，达到同时抑制页岩水化膨胀和分散的目的，而起到良好的页岩封堵抑制效果。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂及其制备方法，所述的页岩封堵抑制剂是由新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA、油相和水相组成。新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA未见文献报道，为首次聚合而成。其聚合方程式如下：x＝1～3，y＝2～4，z＝3～7反应所得新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA与油相和水相按一定比例混合，即得该页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂。进一步地，所述页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂的制备方法包括以下步骤：S1.新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA的合成：精确控制单体总浓度，取0.1g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)溶解于去离子水并置于三口烧瓶中，通氮排氧10min；依次加入0.4g三羟乙基烯丙基溴化铵(THAAB)、0.5g甲基丙烯酸甲酯(MMA)和链转移剂异丙醇并马上密封，然后，迅速加入等质量的K2S2O8和NaHSO3并密封。在一定温度下聚合一段时间后，得不同形态下的产物。产物经无水乙醇充分洗涤后剪切造粒，置于真空烘箱中一定时间后得新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA；S2.将步骤S1制备的新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA与油、水相按比例充分混合，搅拌均匀放置24小时以后，即得产品页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂。进一步地，步骤S1中所述的单体总浓度控制在45wt％～60wt％。进一步地，步骤S1中所述的单体质量比为：AMPS∶THAAB∶MMA＝1～3∶2～4∶7～3。进一步地，步骤S1中所述的链转移剂为异丙醇，且异丙醇用量占单体总质量的1.5wt％～4.0wt％。进一步地，步骤S1中所述等质量的K2S2O8和NaHSO3的加量占单体总质量的2.5wt％～4.5wt％。进一步地，步骤S1中所述的反应温度为：70～100℃温度。进一步地，步骤S1中所述的反应时间为：1～2小时。进一步地，步骤S1中所述产品纯化的具体操作为：产物经无水乙醇充分洗涤后剪切造粒置于真空烘箱中24小时后得到。进一步地，步骤S2中所述的页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂中的油相为5#白油，柴油的一种或两种的混合物。进一步地，所述的水相为18％CaCl2水溶液。然后三者按照质量比AMPS/THAAB/MMA∶油相∶水相＝0.5～1.5∶18～25∶81.5～73.5的比例混合搅拌，即得新型页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂。本专利技术的页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂由AMPS、THAAB和MMA所制得的新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA和油水相按照一定比例复配而成。所获得的页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂为通明状稍稍泛乳白色的液体，体系稳定性良好，搅拌均匀后密封保存放置即可。本专利技术的页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂在使用时以配制水基钻井液体系中水的质量为基准，页岩抑制剂的加量为0.3wt％～0.7wt％，本专利技术的页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂含有低分子量聚合物、油相和水相，通过聚合物的协同吸附作用和页岩矿物晶层间的水争夺表面的活性中心，低分子量部分可进入到页岩粘土晶层间，高分子量部分可包裹于页岩外表面，油相可封堵地层微纳米裂缝；通过吸附、包被与封堵的协同作用，达到同时抑制页岩水化膨胀和分散的目的，而起到良好的页岩封堵抑制效果，可直接用于页岩气的开发钻井中。本专利技术具有以下优点：(1)适用于页岩气水平井钻井用页岩封堵抑制剂的研究较少，本专利研发了一种新的低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA，目前暂无文献报道作为抑制剂使用；(2)本抑制剂含季铵盐离子和大量羟基，其具有吸附粘土颗粒，有效防止页岩水化分散的功能；(3)采用本专利技术方法制备的抑制剂热稳定性能较好，即使加热到150℃也不会发生明显分层，分子量较低，对钻井液的流变性能几乎无影响；(4)本专利技术的抑制剂含有油相，可起到封堵地层微小裂缝的作用；(5)本抑制剂制备原料便宜易得，反应条件温和，易于控制，可用于工业生产中，可直接用于页岩气开发钻井中。附图说明图1为页岩矿物(Na-MMT)、聚合物AMPS/THAAB/MMA以及AMPS/THAAB/MMA同页岩矿物(Na-MMT)吸附后的红外图谱；图2为AMPS/THAAB/MMA的分子量测定结果；图3为AMPS/THAAB/MMA的热重-差热曲线图。实施例下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。应该理解的是，本专利技术实施例所述方法仅仅是用于说明本专利技术，而不是对本专利技术的限制，在本专利技术的构思前提下对本专利技术制备方法的简单改进都属于本专利技术要求保护的范围。实施例1：S1.新型低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA的合成：准确控制单体总浓度45wt％，称取0.1g溶解于去离子水的AMPS并置于三口烧瓶中，通氮排氧10min；依次加入0.2gTHAAB、滴加0.7gMMA和0.015g链转移剂并马上密封；迅速撒入0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA，其特征在于如式I所示：
【技术特征摘要】
1.一种低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA，其特征在于如式I所示：其中R1为R2为R3为x＝1～3，y＝2～4，z＝3～7；优选地，x＝1，y＝2，z＝7；或x＝2，y＝3，z＝5；或x＝2.5，y＝3.5，z＝4；或x＝3，y＝4，z＝3。2.根据权利要求1所述的低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA，其特征在于：数均分子量Mn为32136～37562，重均分子量Mw为41500～43000；优选地，其数均分子量Mn为34152，重均分子量Mw为42153；数均分子量Mn为34695，重均分子量Mw为41668；数均分子量Mn为35698，重均分子量Mw为41726。3.权利要求1或2所述的低分子量聚合物AMPS/THAAB/MMA的制备方法，其特征在于：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、三羟乙基烯丙基溴化铵和甲基丙烯酸甲酯反应。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：将溶解于去离子水的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、三羟乙基烯丙基溴化铵(THAAB)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)在有链转移剂存在的条件下，进行聚合反应，经无水乙醇充分洗涤剪切...
【专利技术属性】
技术研发人员：都伟超，陈刚，张洁，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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