一种微泡钻井液用泡沫增强剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种微泡钻井液用泡沫增强剂，包括式I结构的化合物。本发明专利技术提供的泡沫增强剂相对分子质量较低，这种化合物具有良好的表面活性和较低的空间位阻，能够与钻井液中的表面活性剂协同作用，增加表面活性剂在微泡壁的排列密度和微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性和抗压缩性，防止空气在井底高压条件下从微泡中逸出，提高微泡钻井液的防漏性能。本发明专利技术还提供了一种微泡钻井液泡沫增强剂的制备方法及其应用。

Foam enhancer for microcellular drilling fluid and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种微泡钻井液用泡沫增强剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及微泡钻井液
，尤其涉及一种微泡钻井液用泡沫增强剂及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，国内油田在储气库等低压易漏地层钻井过程中，由于地层压力系数低，往往采用泡沫钻井液来降低钻井液密度，减少钻井液漏失。但是常规泡沫钻井液中，由于泡沫粒径相对较大，易影响泥浆泵的上水效率，并且需要配套的注入气体的设备如压缩机，钻井成本相对较高。针对这些问题，国内一些油田先后开展了在近平衡条件下使用的可循环微泡钻井液的研究，与常规钻井液相比，微泡钻井液具有密度低，现场不用添加注入气体的设备，能有效防止低压破碎、高渗透率砂岩及裂缝性漏失，具有保护油气层，降低钻井成本等优势。微泡钻井液的最大优势在于其中的微泡可在井底聚集，封堵井壁微裂缝，从而达到防止(或减少)钻进液漏失的目的。因此，微泡在井底高压条件下必须保持一定的抗压缩性，防止泡沫壁破裂，从而影响微泡钻井液的防漏性能。现有技术中的微泡钻井液体系均是采用黄原胶、LV-CMC和HV-PAC混合物等具有增粘作用的物质提高微泡的稳定性，虽然具有一定的效果，但是微泡钻井液在高温高压下的稳定性和抗压缩性存在不足，在井底高压条件下，泡沫壁可能破裂，导致空气从微泡中扩散出来，造成微泡钻井液密度升高，防漏性能下降，影响钻井液施工安全。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种微泡钻井液用泡沫增强剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的微泡钻井液用泡沫增强剂能够使微泡钻井液具有较好的高温高压稳定性和抗压缩性。本专利技术提供了一种微泡钻井液用泡沫增强剂，包括式I结构的化合物：式I中，R1为-COONa或-CONH2；R2为-CONHC(CH3)2CH2SO3Na或-COOCH(CH2CH3)CH2SO3Na；n为11、13、15、17或21；x、y和z的比值为(0.5～2):(4～8)：(1～4)；所述式I结构的化合物的平均相对分子质量为2～10万。在本专利技术中，所述x代表单元的摩尔含量；y代表单元的摩尔含量；z代表单元的摩尔含量。在本专利技术中，所述x、y和z的比值优选为(1～1.5)：(5～7)：(2～3)，更优选为(1.2～1.3)：6：2.5。在本专利技术中，所述式I结构化合物的平均相对分子质量优选为3～8万，更优选为4～6万。本专利技术提供的微泡钻井液用泡沫增强剂的关键在于其平均相对分子质量较小，仅仅为2～10万，现有技术所公开的此成分化合物相对分子量较大，则其表面活性会较弱，由于空间位阻效应，很难于与钻井液中的表面活性剂发挥协同作用，增加微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，导致微泡在高温高压下的稳定性和抗压缩性存在不足，在井底高压条件下，泡沫壁可能破裂导致空气从微泡中扩散出来，造成微泡钻井液密度升高，防漏性能下降。而本专利技术提供的泡沫增强剂相对分子质量较低，这种化合物具有良好的表面活性和较低的空间位阻，能够与钻井液中的表面活性剂协同作用，增加表面活性剂在微泡壁的排列密度和微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性和抗压缩性，防止空气在井底高压条件下从微泡中逸出，提高微泡钻井液的防漏性能。在本专利技术中，所述微泡钻井液用泡沫增强剂优选为微泡钻井液用泡沫增强剂溶液，所述微泡钻井液用泡沫增强剂溶液的固含量优选为10～30％，更优选为15～25％，最优选为20％。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的微泡钻井液用泡沫增强剂的制备方法，包括：在引发剂的作用下，将乙烯基阳离子单体A溶液、乙烯基单体B溶液和乙烯基单体C溶液和相对分子质量调节剂进行反应，得到微泡钻井液用泡沫增强剂。在本专利技术中，所述微泡钻井液用泡沫增强剂的制备方法优选为：将乙烯基阳离子单体A溶解于水中待用；将乙烯基单体B和乙烯基单体C溶解于水中待用；将引发剂溶解于水中待用；将乙烯基阳离子单体A溶液、乙烯基单体B溶液和乙烯基单体C溶液和相对分子质量调节剂混合后升温，得到混合物；在引发剂的作用下将所述混合物进行反应，得到反应产物；将所述反应产物用碱性试剂调节pH值，得到微泡钻井液用泡沫增强剂溶液。在本专利技术中，所述升温的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃，最优选为60℃。在本专利技术中，所述反应的温度优选为90～100℃，更优选为92～98℃，最优选为94～96℃；所述反应的时间优选为0.5～2小时，更优选为1～1.5小时，最优选为1.2～1.3小时。在本专利技术中，所述碱性试剂优选为氢氧化钠。在本专利技术中，所述pH调节优选调节至pH值为8～10，更优选为9。在本专利技术中，所述乙烯基阳离子单体A为十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基烯丙基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵或二十二烷基二甲基烯丙基氯化铵中的一种。在本专利技术中，所述乙烯基单体B为丙烯酸或丙烯酰胺。在本专利技术中，所述乙烯基单体C为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或2-丙烯酰氧基丁基磺酸。在本专利技术中，所述乙烯基阳离子单体A、乙烯基单体B和乙烯基单体C的摩尔比优选为(0.5～2)：(4～8)：(1～4)，更优选为(1～1.5)：(5～7)：(2～3)，最优选为(1.2～1.3)：6：2.5。在本专利技术中，所述引发剂优选为过硫酸铵或过硫酸铵钾。在本专利技术中，所述引发剂的质量优选为乙烯基阳离子单体A、乙烯基单体B和乙烯基单体C总质量的0.2～2％，更优选为0.5～1％，最优选为0.6～0.7％。在本专利技术中，所述相对分子质量调节剂优选为对苯二酚、巯基乙酸、异丙醇、硫酸铜、氯化铁、十二烷基硫醇或亚磷酸钠。在本专利技术中，所述相对分子质量调节剂的质量优选为乙烯基阳离子单体A、乙烯基单体B和乙烯基单体C总质量的0.03～0.5％，更优选为0.05～0.4％，更优选为0.1～0.3％，最优选为0.2％。本专利技术提供的泡沫钻井液用泡沫增强剂是一种高压条件下可提高微泡稳定性的聚合物，其相对分子质量较低使得这种物质具有良好的表面活性和较低的空间位阻，可与表面活性剂协同作用，增加表面活性剂在微泡壁的排列密度和微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性和抗压缩性，防止空气在井底高压条件下从微泡中逸出，提高微泡钻井液的防漏性能。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的微泡钻井液用泡沫增强剂在微泡钻井液中的应用。在本专利技术中，所述微泡钻井液用泡沫增强剂可用于微泡钻井液，其可作为微泡钻井液的添加剂用于制备微泡钻井液。本专利技术提供了一种微泡钻井液，包括上述技术方案所述的微泡钻井液用泡沫增强剂。本专利技术对所述微泡钻井液的成分没有特殊的限制，除上述微泡钻井液用泡沫增强剂外，采用本领域技术人员熟知的微泡钻井液成分即可。在本专利技术中，所述微泡钻井液优选还包括表面活性剂和水。在本专利技术中，所述表面活性剂优选为椰油酰基甲基牛磺酸钠。在本专利技术中，所述表面活性剂在微泡钻井液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微泡钻井液用泡沫增强剂，包括式I结构的化合物：/n

【技术特征摘要】
1.一种微泡钻井液用泡沫增强剂，包括式I结构的化合物：



式I中，R1为-COONa或-CONH2；
R2为-CONHC(CH3)2CH2SO3Na或-COOCH(CH2CH3)CH2SO3Na；
n为11、13、15、17或21；
x、y和z的比值为(0.5～2):(4～8)：(1～4)；
所述式I结构的化合物的平均相对分子质量为2～10万。


2.根据权利要求1所述的微泡钻井液用泡沫增强剂，其特征在于，所述x、y和z的比值为(1～1.5):(5～7)：(2～3)。


3.一种微泡钻井液用泡沫增强剂的制备方法，包括：
在引发剂的作用下，将乙烯基阳离子单体A溶液、乙烯基单体B溶液和乙烯基单体C溶液和相对分子质量调节剂进行反应，得到微泡钻井液用泡沫增强剂；
所述乙烯基阳离子单体A为十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基烯丙基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵和二十二烷基二甲基烯丙基氯化铵中的一种；
所述乙烯基单体B为丙烯酸或丙烯酰胺；
所述乙烯基单体C为2-丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建宇，刘光成，卢国林，史沛谦，王中华，吕跃滨，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11