CN103087690A - 一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用。所述芳香胺盐酸盐特别是盐酸多巴胺可以有效的起到抑制粘土水化膨胀作用和抑制页岩分散、剥落的作用，同时能够有效封堵页岩近表面的孔隙和微裂缝。

Description

一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用

技术领域

本发明涉及一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用。

背景技术

随着国家对油气资源需求的不断扩大，复杂结构井数量的不断增加，钻井液处理剂的性能必须能够满足更加严苛的要求。其中，井壁稳定性问题一直是钻井过程中难以得到彻底解决的一个世界性难题，井壁失稳所导致的井塌、缩径、卡钻、钻头泥包等事故每年给石油工业造成大量的经济损失。

钻井过程中80%的井壁失稳发生在泥页岩地层，泥页岩中粘土因水化膨胀而导致泥页岩分散、剥落是导致井壁失稳的最根本的化学因素。随着当前页岩气开采已经成为国家的重要战略，如何确保泥页岩地层在钻井过程中保持稳定更加迫切地摆在了钻井液工作者面前。

在过去几十年的发展中，油基钻井液一直都是解决泥页岩水化膨胀问题的理想选择，然而随着当前环保法规的日益严格，油基钻井液的使用由于其对环境的严重损害而受到限制。因此，强页岩抑制性的水基钻井液重新成为了研究热点。

钻井液的抑制性强弱通常由其中的页岩抑制剂性能所决定，目前几乎所有的页岩抑制剂的抑制机理都是通过削弱粘土的水化膨胀程度而实现。

然而，现有普遍使用的抑制剂很难完全抑制粘土的水化膨胀。此外，页岩纳-微米级孔隙和微裂缝所引起的毛细管水自吸现象也是导致页岩出现分散、剥离现象的主要原因。但目前也并没有配套的钻井液封堵材料能够针对纳-微米级孔隙和微裂缝进行有效封堵。

因此，寻找一种能够有效抑制页岩地层的水化膨胀并同时具备良好的页岩封堵性能的钻井液用页岩抑制剂是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷而提供一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用。

本发明的发明人意外发现，将芳香胺盐酸盐特别是盐酸多巴胺作为钻井液用页岩抑制剂能够起到极强的抑制粘土水化分散的作用。这可能是因为在钻井过程中，通过将盐酸多巴胺和钻井液混合，使得在钻井液侵入页岩地层时，盐酸多巴胺能够嵌入页岩中的粘土层间域并与相邻粘土晶层形成强氢键，从而起到极强的抑制粘土水化分散的作用。此外，盐酸多巴胺具备优良的页岩地层封堵性能，这可能是因为盐酸多巴胺在页岩近表面的孔隙和微裂缝间自发聚合形成纳-微米级封堵材料，有效封堵了页岩的孔隙和微裂缝，防止了钻井液中自由水侵入页岩，并通过抑制页岩微裂缝的发育，起到了抑制页岩分散、剥落的作用。

在本发明中，作为钻井液用页岩抑制剂的盐酸多巴胺具有优良的抑制效果。具体地，盐酸多巴胺可以有效地起到抑制粘土水化膨胀作用和抑制页岩分散、剥落的作用，同时能够有效封堵页岩近表面的孔隙和微裂缝。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用。

在本发明中，所述页岩抑制剂中的页岩泛指页岩、泥岩和泥页岩。

根据本发明，所述芳香胺盐酸盐优选为盐酸多巴胺。

根据本发明，该应用包括将盐酸多巴胺与钻井液混合。所述盐酸多巴胺常温下为固体形态。因此，所述盐酸多巴胺可以以固体的形式与所述钻井液混合。本发明对所述盐酸多巴胺的加入量没有特别地限定。尽管只要向所述钻井液中加入所述盐酸多巴胺即可作为钻井液用页岩抑制剂起到抑制粘土水化膨胀作用和抑制页岩分散、剥落的作用，同时起到封堵页岩近表面的孔隙和微裂缝的作用，但是优选情况下，为了更好地实现本发明的发明目的，以所述钻井液的重量为基准，所述盐酸多巴胺的含量为0.1-5重量%。进一步优选情况下，以所述钻井液的重量为基准，所述盐酸多巴胺的含量为0.2-1.5重量%。

根据本发明，所述盐酸多巴胺可以通过商购的方式获得，例如可以商购于湖北康宝泰精细化工有限公司。也可以通过本领域技术人员所熟知的方法来制备，例如根据文献（多巴胺精细合成工艺,山东轻工业学院学报,1990,4(3):1-3）所记载的方法制备盐酸多巴胺。

根据本发明，所述盐酸多巴胺具有式1所示的结构，

式1。

在本发明中，所述钻井液可以为本领域所熟知的各种钻井液，考虑到盐酸多巴胺可以起到更好的钻井液用页岩抑制剂的作用，优选情况下，所述钻井液为水基钻井液。

在本发明中，所述水基钻井液是以水为主要基质并添加各种添加剂所组成的多相分散体系。所述水基钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种水基钻井液，例如所述水基钻井液可以为选自水、氯化钾-聚合醇钻井液、有机硅钻井液和阳离子钻井液中的一种或多种。其中，所述水可以为本领域技术人员所熟知的各种水，例如可以为淡水（自来水）、海水和盐水中的一种或多种；所述氯化钾-聚合醇钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种氯化钾-聚合醇钻井液，例如可以为氯化钾-聚乙二醇钻井液、氯化钾-聚丙二醇钻井液、氯化钾-乙二醇/丙二醇共聚物钻井液、氯化钾-聚丙三醇钻井液和氯化钾-聚乙烯乙二醇钻井液中的一种或多种；所述有机硅钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种有机硅钻井液，所述有机硅钻井液中的有机硅可以为选自甲基硅醇钠、甲基硅醇钾和有机硅腐植酸钾中的一种或多种。所述阳离子钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种阳离子钻井液，所述阳离子钻井液中的阳离子可以为选自2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和阳离子聚丙烯酰胺中的一种或多种。

在本发明中，为了获得更好的钻井效果，所述钻井液中还可以加入本领域技术人员所熟知的各种添加剂。例如所述添加剂可以为选自降滤失剂、增粘剂、降粘剂、增重剂、包被剂和润滑剂中的一种或多种。

在本发明中，所述添加剂的加入量没有特别地限定，所述添加剂的加入量可以为本领域技术人员根据所要达到的效果来选择的各种加入量，例如以所述钻井液的总重量为基准，所述降滤失剂的含量可以为0.2-3重量%，所述增粘剂的含量可以为0.2-1重量%，所述降粘剂的含量可以为0.2-1重量%，所述增重剂的含量可以为0.2-3重量%，所述包被剂的含量可以为0.2-1重量%，所述润滑剂的含量可以为0.1-2重量%。

所述添加剂的种类可以为本领域技术人员所熟知的各种添加剂，例如所述降滤失剂可以为预胶化淀粉、羧甲基淀粉、羧甲基纤维素、磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂、水解聚丙烯腈铵盐和聚阴离子纤维素（天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素醚类衍生物）中的一种或多种；所述增粘剂可以为黄原胶树胶、黄孢胶、羧甲基淀粉、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素（天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素醚类衍生物）和合成增粘剂（部分水解聚丙烯酰胺）中的一种或多种；所述降粘剂可以为铁铬木质素磺酸盐、聚丙烯酸钠、甲基硅醇钠和磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或多种；所述增重剂可以为铁矿粉、碳酸钙粉、重晶石与赤铁矿的混合物和方铅矿粉中的一种或多种；所述包被剂可以为部分水解聚丙烯酰胺（液状或粉状）、阳离子聚丙烯酰胺和聚合氯化铝中的一种或多种；所述润滑剂为非离子表面活性剂、石墨和聚合醇中的一种或多种。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

需要说明的是，为了便于测定盐酸多巴胺作为钻井液用页岩抑制剂的效果，在本发明的实施例中，以淡水（自来水）模拟水基钻井液，并用自来水将盐酸多巴胺配制成盐酸多巴胺的水溶液来评价盐酸多巴胺作为钻井液用页岩抑制剂的抑制效果。

制备例

根据文献（多巴胺精细合成工艺,山东轻工业学院学报,1990,4(3):1-3）制备盐酸多巴胺。

实施例1

将制备例中制得的盐酸多巴胺溶解于自来水中，配制成浓度为1重量%的盐酸多巴胺的水溶液。分别选取5份300mL的1重量%的盐酸多巴胺的水溶液进行抑制效果评价的测定。

对比例1

采用5份300mL的自来水作为参比样品。

对比例2

采用实施例1的方法配制水溶液，所不同的是，将小阳离子（2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，购自山东鲁岳化工有限公司，以下相同）页岩抑制剂溶解于自来水中。

测试例1

采用膨润土造浆实验测试盐酸多巴胺抑制膨润土水化分散的效果。

测试方法为：分别向实施例1中的5份300mL浓度为1重量%的盐酸多巴胺的水溶液样品和对比例1中的5份300mL浓度为1重量%的自来水样品以及对比例2中的5份300mL浓度为1重量%的小阳离子的水溶液中依次加入12g、24g、36g、48g和60g的钠基膨润土（购自潍坊华潍膨润土集团股份有限公司），并于11000rpm转速下搅拌20min，然后于高温滚子炉中80℃下热滚16h。取出后用六速旋转粘度计（购自青岛同春石油仪器有限公司，牌号为ZNN-D6B）测试体系的600转（φ600）和300转（φ300）读数，根据下述公式测定浆液的动切力值，膨润土造浆实验的测试结果见表1，

动切力值（Pa）=φ300-φ600/2。

表1

*“--”为因表盘读数超出最大量程而无法计算。

由表1的数据可以看出，将相同浓度的盐酸多巴胺的水溶液和现有技术中小阳离子的水溶液以及自来水相比，盐酸多巴胺的水溶液测得的动切力更低，表明盐酸多巴胺的水溶液中的粘土造浆程度更差，盐酸多巴胺的抑制粘土水化分散的效果更显著。当加入浓度为小于12重量%的钠基膨润土时，盐酸多巴胺几乎能完全抑制其水化分散。

实施例2

将制备例中制得的盐酸多巴胺溶解于自来水中，分别配制成0.2重量%、1.0重量%、1.5重量%的盐酸多巴胺的水溶液。分别选取300mL的每种浓度的样品进行抑制效果评价的测定。

对比例3

采用实施例2的方法配制水溶液，所不同的是，将小阳离子（2,3-环氧丙基三甲基氯化铵）页岩抑制剂溶解于自来水中。

测试例2

该测试例所用的盐酸多巴胺为制备例中制得的产品。利用页岩岩屑滚动回收实验考察了不同浓度的盐酸多巴胺的水溶液对页岩分散、剥离的抑制效果。

测试方法为：分别向实施例2中的3份300mL的不同浓度的盐酸多巴胺的水溶液和对比例3中的3份300mL的不同浓度的小阳离子的水溶液以及300mL的自来水中加入可以通过6目筛网但未通过10目筛网的页岩岩屑30g，并于高温滚子炉中80℃下热滚16h。取出后倾掉液体，将剩余岩屑烘干后过40目筛，根据下述公式测定滚动回收率，测试结果见表2，

滚动回收率(%)=未过40目筛的岩屑质量/初始岩屑质量30g×100%。

表2

样品	滚动回收率(%)
		自来水	57.7
0.2重量%的小阳离子的水溶液	69.6
		0.2重量%的盐酸多巴胺的水溶液	86.6
1.0重量%的小阳离子的水溶液	79.2
		1.0重量%的盐酸多巴胺的水溶液	94.1
1.5重量%的小阳离子的水溶液	85.5
		1.5重量%的盐酸多巴胺的水溶液	94.3

由表2的数据可以看出，将盐酸多巴胺的水溶液和现有技术中小阳离子的水溶液以及自来水相比，页岩岩屑在盐酸多巴胺的水溶液中的滚动回收率更高，说明页岩分散的更少，表明盐酸多巴胺对页岩分散、剥离的抑制效果更好。

测试例3

该测试例所用的样品为测试例2中在浓度为0.2重量%和1.5重量%的盐酸多巴胺的水溶液和浓度为0.2重量%和1.5重量%的小阳离子的水溶液中热滚回收后烘干的岩屑。利用BET比表面积法测定考察了不同浓度的盐酸多巴胺的水溶液对页岩孔隙的封堵能力。

测试方法为：将回收后的岩屑样品与未经热滚回收的原始岩屑分别用BET比表面积测定仪（购自美国康塔仪器公司，型号为AUTOSORB-1-C/TCD/MS）测定岩屑的比表面积、孔容和平均孔径，测试结果见表3。

表3

由表3的数据可以看出，将盐酸多巴胺的水溶液与现有技术中小阳离子的水溶液相比，经过盐酸多巴胺的水溶液的封堵后，原始岩屑的孔容、比表面积和平均孔径均有了大幅的下降，说明盐酸多巴胺能够非常有效地封堵页岩近表面的孔隙和微裂缝。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种芳香胺盐酸盐作为钻井液用页岩抑制剂的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述芳香胺盐酸盐为盐酸多巴胺。

3.根据权利要求2所述的应用，其中，该应用包括将盐酸多巴胺与钻井液混合。

4.根据权利要求3所述的应用，其中，以所述钻井液的重量为基准，所述盐酸多巴胺的含量为0.1-5重量%。

5.根据权利要求4所述的应用，其中，以所述钻井液的重量为基准，所述盐酸多巴胺的含量为0.2-1.5重量%。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的应用，其中，所述钻井液为水基钻井液。

7.根据权利要求6所述的应用，其中，所述水基钻井液为选自水、氯化钾-聚合醇钻井液、有机硅钻井液和阳离子钻井液中的一种或多种。

8.根据权利要求1或7所述的应用，其中，所述钻井液还含有添加剂，所述添加剂为选自降滤失剂、增粘剂、降粘剂、增重剂、包被剂和润滑剂中的一种或多种。