CN103773332A - 一种钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钻井液，按重量份数计，含有2.0-6.0份的膨润土，0.1-1份羧甲基纤维素钠，0.2-0.8份两性离子磺酸盐共聚物，0.03-0.4份氢氧化钠，0.1-0.8份聚胺聚合物，100份水；所述的聚胺聚合物为端二胺、环醚和环氧卤代烷的聚合物。一种钻井液的制备方法，首先制备聚胺聚合物，使端二胺、环醚和环氧卤代烷进行共聚反应生成聚胺聚合物；然后按计量比配制含膨润土、羧甲基纤维素钠、两性离子磺酸盐共聚物、氢氧化钠、聚胺聚合物的水溶液制成钻井液。该钻井液抑制性能和防塌性能好，由于不含有钾盐，使用后无需对高盐进行后续处理。

Description

一种钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液及其制备方法，具体地说涉及一种强抑制性聚合物钻井液及其制备方法和应用。
背景技术
钻井工程中，所遇地层75%为泥页岩层，约90%的井壁不稳定问题发生在泥页岩井段。含有钾离子的钻井液的应用使泥页岩的分散造浆得到了较好的控制，钻井液中的亚微米粒子和劣质固相含量大大降低，大幅度提高了机械钻速。但是随着技术的不断应用，也暴漏出一些缺点，如钻井液抑制能力差、防塌效果有限，在解决泥页岩地层的分散造浆及井壁吸水失稳问题方面还有所欠缺。因此，研究开发具有强抑制性的钻井液体系尤为重要。
继钾离子单独用作页岩抑制剂后，国外开发了聚合物/KCl体系，但此类高盐钻井液体系对环境造成一定伤害，须经处理才能排放。此外，页岩抑制性能的好坏很大程度上取决于无机电解质KCl的使用浓度，使用浓度越高，效果越好，但是随着KCl浓度的提高将会导致后续处理更为困难。现国内普遍使用的KCl聚磺防塌钻井液抑制性能、防塌性能有限，在遇到泥岩地层存在掉块严重等缺陷。
CN10149424A公开一种强抑制性双钾离子—聚合物钻井液，所述的强抑制性双钾离子—聚合物钻井液包括下述重量百分比的物质：A.作为无机抑制剂的无机钾盐7%-9%；B.作为有机抑制剂的有机钾盐0.5%-0.6%；C.提粘剂0.3%-0.5%；D.降滤失剂0.3%-0.5%；E.碱度控制剂0.3%-0.5%；F.防腐剂0.03%-0.1%；G消泡剂0.1%-0.2%；H.加重剂1%-8%；余量是水。此钻井液体系不仅无机钾盐含量较高，存在后续处理的问题，而且也存在着实际应用过程中抑制性能、防塌性能有限等不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种钻井液及其制备方法。该钻井液抑制性能和防塌性能好，不含有钾盐，使用后无需后续处理。
一种钻井液，按重量份数计，含有2.0-6.0份的膨润土，0.1-1份羧甲基纤维素钠，0.2-0.8份两性离子磺酸盐共聚物，0.03-0.4份氢氧化钠，0.1-0.8份聚胺聚合物，100份水；所述的聚胺聚合物为端二胺、环醚和环氧卤代烷的聚合物；优选含有3.0-5.0份的膨润土，0.3-0.7份羧甲基纤维素钠，0.2-0.6份两性离子磺酸盐共聚物，0.05-0.2份氢氧化钠，0.1-0.5份聚胺聚合物。
本发明中所述的聚胺聚合物的运动粘度为300 mm2/s -2000 mm2/s，阳离子度0.75 mmol/g -3.6 mmol/g；优选为运动粘度500 mm2/s -1300 mm2/s，阳离子度1.0 mmol/g -3.0 mmol/g。
一种钻井液的制备方法，首先制备聚胺聚合物，使端二胺、环醚和环氧卤代烷进行共聚反应生成聚胺聚合物；然后按计量比配制含膨润土、羧甲基纤维素钠、两性离子磺酸盐共聚物、氢氧化钠、聚胺聚合物的水溶液制成钻井液。
本发明方法中所述的端二胺、环醚和环氧卤代烷共聚反应如下：首先在搅拌及50-120℃条件下向端二胺中滴加环醚，环醚和端二胺的摩尔比为0.5-4：1，滴加结束后反应1-4h；然后将温度升至80-150℃，搅拌条件下滴加环氧卤代烷，环氧卤代烷和端二胺的摩尔比为0.1-1：1，滴加结束后反应1-4h，加入终止剂，终止剂和端二胺的摩尔比为0.5-2：1，继续反应1-4h,得阳离子聚胺类聚合物样品。
本发明方法中端二胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺等。环醚为环氧丙烷、环氧丁烷等。环氧卤代烷为环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧氯丁烷等。终止剂为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、柠檬酸、甲酸、乙酸等。
现场应用试验结果表明：与现有的普遍应用的钻井液相比，本发明的钻井液体系能够有效抑制泥页岩的水化、分散及膨胀，抑制劣质土的造浆及井壁吸水失稳等钻探过程的严重问题，具有良好的防止井壁坍塌的效果。此外，本发明的钻井液体系无生物毒性，符合环保要求。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明方法的作用及效果，但以下实施例不构成对本发明方法的限制。
本发明中膨润土采购自山东上埠金鑫膨润土厂，75μm筛的筛余量小于4%；低粘羧甲基纤维素钠采购自山东东营胜利油田胜大纤维素厂，为白色粉末颗粒状，其pH值为7.3，DS值为0.87，纯度89.2%，含水8.3%，在淡水中的粘度为25cP，其饱和盐水滤失量为6.7；两性离子磺酸盐共聚物来源于***钻井工程技术研究院，代号CPS-2000，为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺基丙基二甲基氯化铵的聚合物，其1%水溶液25℃表观粘度为10.0 mPa·s。
实施例1
聚胺聚合物为丁二胺、环氧丁烷及环氧氯丁烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及100℃条件下向丁二胺中滴加环氧丁烷，反应1h，然后将温度升至140℃，搅拌条件下滴加环氧氯丁烷，反应1h加入甲酸，继续反应1h,得阳离子聚胺类聚合物样品。控制丁二胺、环氧丁烷、环氧氯丁烷及甲酸摩尔比例为1:4:0.4:0.8，其运动粘度为456.4mm2/s，阳离子度为0.906mmol/g。各组分具体质量分数见表3。
表3强抑制性钻井液配方
  组分 重量份数
1 膨润土 5
2 低粘羧甲基纤维素钠 0.7
3 两性离子磺酸盐共聚物 0.6
4 氢氧化钠 0.2
5 聚胺聚合物 0.5
6 水 100
实施例2
聚胺聚合物为戊二胺、环氧丙烷及环氧溴丙烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及80℃条件下向戊二胺中滴加环氧丙烷，反应4h，然后将温度升至98℃，搅拌条件下滴加环氧溴丙烷，反应3h加入冰醋酸，继续反应2h,得阳离子聚胺类聚合物样品。控制戊二胺、环氧丙烷、环氧溴丙烷及冰醋酸摩尔比例为1:2:0.5:1.0，其运动粘度为857.3 mm2/s，阳离子度为1.568mmol/g。各组分具体质量分数见表2。
表2钻井液配方
  组分 重量份数
1 膨润土 4
2 低粘羧甲基纤维素钠 0.5
3 两性离子磺酸盐共聚物 0.4
4 氢氧化钠 0.15
5 聚胺聚合物 0.3
6 水 100
实施例3
聚胺聚合物为已二胺、环氧丙烷及环氧氯丙烷反应后的产物，制备方法为在搅拌及60℃条件下向已二胺中滴加环氧丙烷，反应4h，然后将温度升至90℃，搅拌条件下滴加环氧氯丙烷，反应4h加入盐酸，继续反应4h,得阳离子聚胺类聚合物样品。控制已二胺、环氧丙烷、环氧氯丙烷及盐酸摩尔比例为1:0.8:0.7:2.0。制得的聚胺聚合物的运动粘度为1203.3 mm2/s，阳离子度为2.986mmol/g。钻井液中各组分具体质量分数见表1。
表1钻井液配方
  组分 重量份数
1 膨润土 3
2 低粘羧甲基纤维素钠 0.3
3 两性离子磺酸盐共聚物 0.2
4 氢氧化钠 0.05
5 聚胺聚合物 0.1
6 水 100
现场应用试验结果：实施例1-3所制备的钻井液，在***东濮凹陷白庙构造主体北部白44块一带井中进行现场应用，所钻井深均超过四千多米，钻井液性能（表观粘度、塑性粘度、动切力、初终切、滤失量、pH值等）稳定，均没有大的变化；体系的强抑制性有效地抑制了泥页岩钻屑的水化分散造浆，掉块极少，无垮塌，没有井下复杂情况发生；定向及复合钻进均正常，起下钻畅通，顺利钻至井深四千多米。通井过程无阻卡现象，钻具输送电测一次成功，下套管及固井作业顺利。
比较例1
钻井液体系为KCl聚磺防塌钻井液，体系组成为4份膨润土+0.2份氢氧化钠+0.5份FA-367+6份KCl+4份SPNH+5份SMP+100分水，其中FA-367采购自郑州豫华助剂有限公司，表观粘度≥30.0，阳离子化度≥10%；SPNH采购自萍乡市博新实业有限公司，为微红黑色粉末或颗粒、易溶于水，水溶液呈碱性；SMP采购自河南金马石油科技有限责任公司，为自由流动粉末，其表观粘度≤50.0mPa·s，高温高压滤失量≤35.0mL。
比较例在***东濮凹陷白庙构造主体北部白44块白-平2HF井现场应用时所钻井深为4038m，钻进过程中，井壁稳定性差，垮塌掉块严重。在钻进至井深3987m后出现复杂情况，时有遇卡、憋泵现象，先后上提至210t、170T、180T提开。解卡后循环过程中有小掉块返出，用滴流稠浆推时并无大的掉块出来。井深4038m，因井下复杂，起钻简化结构，下牙轮钻头通井，下钻到底后返出大量掉块，抑制防塌效果有限。

Claims (10)

1.一种钻井液，其特征在于：按重量份数计，含有2.0-6.0份的膨润土，0.1-1份羧甲基纤维素钠，0.2-0.8份两性离子磺酸盐共聚物，0.03-0.4份氢氧化钠，0.1-0.8份聚胺聚合物，100份水；所述的聚胺聚合物为端二胺、环醚和环氧卤代烷的聚合物。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：按重量份数计，含有3.0-5.0份的膨润土，0.3-0.7份羧甲基纤维素钠，0.2-0.6份两性离子磺酸盐共聚物，0.05-0.2份氢氧化钠，0.1-0.5份聚胺聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液，其特征在于：所述的聚胺聚合物的运动粘度为300 mm2/s -2000 mm2/s，阳离子度为0.75 mmol/g -3.6 mmol/g。
4.根据权利要求1或2所述的钻井液，其特征在于：所述的聚胺聚合物运动粘度为500 mm2/s -1300 mm2/s，阳离子度为1.0 mmol/g -3.0 mmol/g。
5.权利要求1所述钻井液的制备方法，其特征在于：首先制备聚胺聚合物，使端二胺、环醚和环氧卤代烷进行共聚反应生成聚胺聚合物；然后按计量比配制含膨润土、羧甲基纤维素钠、两性离子磺酸盐共聚物、氢氧化钠、聚胺聚合物的水溶液制成钻井液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的端二胺、环醚和环氧卤代烷共聚反应如下：首先在搅拌及50-120℃条件下向端二胺中滴加环醚，环醚和端二胺的摩尔比为0.5-4：1，滴加结束后反应1-4h；然后将温度升至80-150℃，搅拌条件下滴加环氧卤代烷，环氧卤代烷和端二胺的摩尔比为0.1-1：1，滴加结束后反应1-4h，加入终止剂，终止剂和端二胺的摩尔比为0.5-2：1，继续反应1-4h,得阳离子聚胺类聚合物样品。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：端二胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺或己二胺。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：环醚为环氧丙烷或环氧丁烷。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：环氧卤代烷为环氧氯丙烷、环氧溴丙烷或环氧氯丁烷。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：终止剂为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、柠檬酸、甲酸或乙酸。
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