一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法及其制备的产品技术

本发明专利技术公开了一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法及其制备的产品，目的在于解决现有的页岩膨胀抑制剂存在加量大、抗温能力和环保性差、对钻井液流变和失水性能有负面影响，且只能抑制晶格或渗透膨胀中的一种，不能兼顾钻屑的强度和完整性的问题。本发明专利技术主要是通过多点吸附在黏土层间及包裹在黏土颗粒表面两种方式，通过协同作用，从而阻止水侵入到黏土层间，最终达到抑制其晶格膨胀和渗透膨胀的目的。本发明专利技术无生物毒性，抗温高达210℃，能广泛应用于淡水和含各种浓度的盐水钻井液体系中，其不仅能全方位地抑制页岩、黏土和钻屑的水化膨胀，而且对钻井液滤失和流变等其他性能负面影响也较小。本发明专利技术工艺简单，对设备与环境要求低，无需后处理。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法及其制备的产品，目的在于解决现有的页岩膨胀抑制剂存在加量大、抗温能力和环保性差、对钻井液流变和失水性能有负面影响，且只能抑制晶格或渗透膨胀中的一种，不能兼顾钻屑的强度和完整性的问题。本专利技术主要是通过多点吸附在黏土层间及包裹在黏土颗粒表面两种方式，通过协同作用，从而阻止水侵入到黏土层间，最终达到抑制其晶格膨胀和渗透膨胀的目的。本专利技术无生物毒性，抗温高达210℃，能广泛应用于淡水和含各种浓度的盐水钻井液体系中，其不仅能全方位地抑制页岩、黏土和钻屑的水化膨胀，而且对钻井液滤失和流变等其他性能负面影响也较小。本专利技术工艺简单，对设备与环境要求低，无需后处理。【专利说明】一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法及其制备的产品
本专利技术涉及油田化学领域，尤其是油气田化学品中的钻井液处理剂
，具体为一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法及其制备的产品。
技术介绍
在油气井钻探过程中，通常采用钻井液来润滑钻头、传递水动力、携带和悬浮钻屑，及抑制富含水敏性黏土矿物的“活性”页岩的水化膨胀。在钻井液中，水基钻井液在实际应用中一直占据着主导地位。但在水基钻井液的使用过程中，其又特别容易导致黏土吸水后膨胀，这种现象对钻井作业非常不利。黏土吸水后膨胀会诱发钻头泥包、高扭矩、高摩阻，甚至导致井壁坍塌、缩径钻孔等井眼不稳定问题的发生，最终导致钻井速率降低，施工成本增加，严重时甚至可能导致整口井报废。据统计，在油气井钻进过程中，所遭遇地层中的75%含有页岩，而90%的井眼不稳定及相关问题与黏土吸水后膨胀有关。每年，全球由于黏土吸水后膨胀所带来的经济损失超过5亿美元。从黏土膨胀机理来看，采用水基钻井液时，黏土的膨胀通常可以通过如下两种方式进行控制。一是向水基钻井液中加入处理剂，通过处理剂的加入，增大滤液黏度，降低滤液水的活度，产生类似于油基钻井液膜效益的高渗透压，从而阻止滤液侵入页岩，以达到控制黏土膨胀的目的。相关的处理剂包括:烷基葡萄糖苷、硅酸盐、NaCl、甲(乙)酸盐和一些二价盐(如CaCl2/CaBr2/ZnCl2/MgCl2/MgBr2/ZnBr2等)。其中，娃酸盐还能与页岩孔隙中的Ca2+、Mg2+结合，快速生成沉淀物，起到封堵作用，进一步阻止滤液侵入。另外，PHPA(高相对分子量聚合物处理剂的典型代表)通过聚合物包裹在黏土颗粒表面，从而达到控制黏土渗透膨胀的目的。另一种处理方式则是通过将`处理剂(例如KC1、聚合醇、胺或铵类化合物)直接插入到黏土层间，从而抑制黏土的晶格膨胀。这两类处理剂均称为页岩膨胀抑制剂，目前市场上相关产品较多，在现场应用过程中，也收到了不错的效果。然而，现有的页岩膨胀抑制剂也存在加量大、抗温能力和环保性差、对钻井液流变和失水性能有负面影响等问题，同时，其抑制性能一般，只能抑制晶格或渗透膨胀中的一种，不能兼顾钻屑的强度和完整性。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于:针对现有的页岩膨胀抑制剂存在加量大、抗温能力和环保性差、对钻井液流变和失水性能有负面影响，且只能抑制晶格或渗透膨胀中的一种，不能兼顾钻屑的强度和完整性的问题，提供一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法及其制备的产品。本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂无生物毒性，抗温高达210°C，能广泛应用于淡水和含各种浓度的盐水钻井液体系中，其不仅能全方位地抑制页岩、黏土和钻屑的水化膨胀，而且对钻井液滤失和流变等其他性能负面影响也较小。本专利技术制备工艺简单，对设备与环境要求低，无需后处理，能够满足产品工业化生产的需要。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法，包括如下步骤: (1)向反应器中加入水、丙烯酸、质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液，再向反应器中加入碱性调节剂，调节反应器内溶液的pH值至7~8，搅拌混合均匀，得混合溶液； (2)向混合溶液中加入过硫酸钾，控制反应器内的温度为50-100°C，反应3-5h，得共聚物溶液； (3)将共聚物溶液冷却至室温后，向共聚物溶液中缓慢加入聚氧乙烯醚二胺、增效剂，搅拌均匀即可； 其中，质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液的质量为丙烯酸质量的2.5~5倍，水的质量为质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液与丙烯酸质量之和的I~2倍，过硫酸钾的质量为质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液与丙烯酸质量之和的0.5%~2.5%，共聚物溶液、聚氧乙烯醚二胺、增效剂的质量比为50~80:15 ~25:10 ~20。所述碱性调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或多种。所述聚氧乙烯醚二胺的分子通式为NH2 (CH(CH3)CH2O)xCH2CH (CH3) NH2, X=I~20。所述增效剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、多乙烯多胺中的一种或多种。采用前述钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法所制备的产品。本专利技术中，所采用的`质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液是指，在该溶液中，溶质二烯丙基二甲基氯化铵占该溶液质量的60%。本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂主要是通过多点吸附在黏土层间及包裹在黏土颗粒表面两种方式，通过协同作用，从而阻止水侵入到黏土层间，最终达到抑制其晶格膨胀和渗透膨胀的目的。本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂具有水溶性好，在使用过程中不易起泡的特点，无生物毒性，其不仅能全方位地抑制页岩、黏土和钻屑的水化膨胀，而且对钻井液滤失和流变等其他性能负面影响也很小。本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂的抗温达210°C，能够应用于淡水和含各种浓度的盐水钻井液体系中，其还和钠、镁、钙盐有协同增效作用。本专利技术的制备方法操作简单，对设备与环境要求低，无需后处理，能够满足产品工业化生产的需要。经测定，本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂能够完全满足以下性能指标:基浆的页岩滚动回收率为10-20%，API滤失量为20-25ml ;向基浆中添加基浆质量0.8%本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂后，页岩滚动回收率为> 70%，相对抑制率> 85%，API滤失量^ 38ml ο其中，页岩滚动回收率的测定方法如下。将风干后的页岩矿石敲碎制成6-10目的颗粒。精确称量两份页岩颗粒，每份页岩颗粒重50g，将两份页岩颗粒分别浸泡在350mL蒸馏水中，其中一份再加入2.Sg本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂。分别装入老化罐在150°C滚动16h之后，取出，过40目筛。保留下来的页岩屑用10%的KCl水溶液冲洗，于100±5°C下鼓风干燥至恒重G，测定页岩滚动回收率。相对抑制率的测定方法如下。量取350ml蒸馏水两份，向两份蒸馏水中分别加入35g钠膨润土，高速搅拌20min。其中一份再加入2.8g本专利技术的钻井液用页岩膨胀抑制剂。分别再高速搅拌5min后，装入老化罐。分别在40°C滚动16h，取出高速搅拌5min，如有泡沫需加入1_2滴消泡剂。参考GB/T16783.1 -2006标准，测量IOOrpm下旋转黏度计的读数。基浆IOOrpm读数应在100±10范围内，否则应更换钠膨润土。相对抑制率的计算公式如下:y=/Φ100X100%。该式中，Y为相对抑制率，单位为％ ;Φ10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井液用页岩膨胀抑制剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）向反应器中加入水、丙烯酸、质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液，再向反应器中加入碱性调节剂，调节反应器内溶液的pH值至7～8，搅拌混合均匀，得混合溶液；（2）向混合溶液中加入过硫酸钾，控制反应器内的温度为50?100℃，反应3?5h，得共聚物溶液；（3）将共聚物溶液冷却至室温后，向共聚物溶液中缓慢加入聚氧乙烯醚二胺、增效剂，搅拌均匀即可；其中，质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液的质量为丙烯酸质量的2.5～5倍，水的质量为质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液与丙烯酸质量之和的1～2倍，过硫酸钾的质量为质量百分比为60%的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液与丙烯酸质量之和的0.5%～2.5%，共聚物溶液、聚氧乙烯醚二胺、增效剂的质量比为50～80：15～25：10～20。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，罗平亚，彭商平，黄瑞遥，李真伟，袁秋月，彭世祥，张龙军，
申请(专利权)人：四川仁智油田技术服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：