CN114686183B - 一种钻井液用润滑封堵降滤失剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井液用处理剂领域,特别涉及一种钻井液用润滑封堵降滤失剂及其制备方法。包括:功能性单体31~35份、氧化石墨烯0.6~0.8份、水80~100份、油相分散介质70~80份、石蜡20~30份,复合乳化剂15~20份、引发剂1.0~1.5份;功能性单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、苯乙烯。复合乳化剂是由Span80、Tween80混合;所述Span80与Tween80的重量比为1:1。油相介质为白油或柴油。引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合物。该钻井液用润滑封堵降滤失剂的制备方法为反向乳液聚合法。本发明具有较宽粒度分布范围,有效封堵不同尺寸的微裂隙,形成高润滑性隔离膜,兼具润滑性能、封堵性能和降滤失性能,抗温可至220℃,抗NaCl至饱和,具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域,特别涉及一种钻井液用润滑封堵降滤失剂及其制备方法。
背景技术
钻井液润滑剂用于改善钻井液润滑性,降低井壁与钻具之间的摩擦,降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力,从而减少卡钻事故的发生。现用润滑剂多采用石墨,塑料小球,矿物油或植物油调配而成,但通常不具有封堵和降滤失的能力。
钻井液用封堵剂是一类用来封堵地层孔隙和裂缝,防止钻井液及其滤液侵入地层,以保持井壁稳定的钻井液处理剂。目前,钻井液中应用的各类封堵剂往往不具有润滑能力也很难达到降滤失的效果。
钻井液用降失水剂通过在井壁上形成低渗透率,柔韧,薄而致密的滤饼,减少滤液侵入地层。常用钻井液用降失水剂包括淀粉类,纤维素类,聚合物类,树脂类,腐殖酸类等,通常不具有润滑和封堵作用。
目前,通过乳液聚合反应在有机溶剂中引发功能性单体的聚合可制备出具有润滑和封堵作用的处理剂,可在一定程度上突破常规材料性能单一的问题,实现功能的复合,但现有技术制备的产品,尚无法达到润滑、封堵、降滤失三者的高效结合,综合性能有待提高。
例如:中国专利授权号ZL 201610976378.4提出了一种钻井液用乳液微球封堵剂及其制备方法,是将白油,聚甘油单硬脂酸酯,聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯混合得到油相,将蒸馏水、丙烯酸、N,N-二甲基丙烯酰胺、乙烯基三甲氧硅烷混合得到水相,通过反相乳液聚合得到产物的方法,该技术所得产品在无固相钻井液中的降滤失作用明显,但仅能抗4%盐水,抗温180℃,且滤失量均大于15ml,降滤失效果不够理想。中国专利授权号ZL201510362976.8提出了一种钻井液用润滑封堵剂及其制备方法和使用方法,是先将水、丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸混合后得到混合液,再将所需量的油相介质和乳化剂加入到混合液中进行乳化反应后得到乳化液,最后加入引发剂进行聚合反应后得到钻井液用润滑封堵剂,其产物润滑系数降低率低于50%,淡水基浆滤失量降低率最高55%,4%盐水基浆滤失量降低率67%,且抗温仅为120℃。中国专利授权号ZL 201510249404.9提出了一种钻井液用润滑封堵剂,由水,膨润土,润滑剂,稳定剂,沥青,防冻剂,表面活性剂,消泡剂复配组成,产物具有较好的封堵性、润滑性和一定的降滤失作用,但抗温仅至120℃,降滤失效果不突出,而且沥青和沥青改性剂对环境产生较大影响,环保性差。针对上述需求和问题,有必要开发一种环境友好型的钻井液用润滑封堵降滤失剂,该钻井液用润滑封堵降滤失剂在生产和使用环节均具有环境友好特性、封堵性强、润滑性好、降滤失性能优越、有较高的抗温抗盐能力,且生产工艺简单,适合应用于超深井、大位移井、泥页岩地层的钻井施工中。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提出一种钻井液用润滑封堵降滤失剂,具体地说涉及一种钻井液用润滑封堵降滤失剂及其制备方法和使用方法。本发明的一种钻井液用润滑封堵降滤失剂主要用于石油、天然气开采钻井作业中降低钻具与地层的摩擦阻力,提高钻井液封堵性能,并有效减少钻井液对地层的滤失量。本发明提供的钻井液用润滑封堵降滤失剂通过反向乳液聚合使得聚合物乳液滴和乳化石蜡液滴以微纳米级状态分散于油相介质中,粒度分布范围广、变形性强、润滑性高,能够有效封堵地层孔隙和微裂缝,并在地层表面形成一层聚合物与乳化石蜡薄膜而使泥饼具有良好的封堵性和润滑性。聚合物中分子链中的磺酸基和环状结构使得聚合物具有良好的降滤失作用和较强的热稳定性,抗温可达180℃,氧化石墨烯的引入进一步增强了聚合物的降滤失作用和抗温性,使其抗温可达220℃,抗盐可达饱和,性能远超一般聚合物类降滤失剂。钻井液用润滑封堵降滤失剂实现了一剂多效,可有效减少处理剂种类用量,使钻井液性能更易于调控,可应用于深井、定向井和特殊工艺井等钻井施工中。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种钻井液用润滑封堵降滤失剂,其特征在于,所述钻井液用润滑封堵降滤失剂按重量份计,包括以下原料:功能性单体31~35份、氧化石墨烯0.6~0.8份、水80~100份、油相分散介质70~80份、石蜡20~30份,复合乳化剂15~20份、引发剂1.0~1.5份;所述功能性单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯。所述复合乳化剂是由Span80、Tween80混合均匀而成;其中所述Span80与Tween80的重量比为1:1。所述油相介质为白油或柴油。所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合物。
进一步地,上述钻井液用润滑封堵降滤失剂,按下述步骤得到:
(1)油相配制:在常温条件下,在反应釜中加入油相分散介质70~80份,石蜡20~30份,80~100r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15~20份,搅拌40~60min,得到油相,备用;
(2)水相配制:在另一反应釜中加入水80~100份,开启搅拌,转速为80~100r/min,搅拌30~40min,然后依次缓慢加入丙烯酸8~9份、丙烯酰胺9~10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8~9份、苯乙烯6~7份,氧化石墨烯0.6~0.8份,调整pH值至7~8,搅拌40~60min,得到水相,备用;
(3)聚合:将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至120~150r/min搅拌30~40min,然后通入氮气除氧30~50min后,加入引发剂1.0~1.5份,升温至60~70℃聚合3~4h得到终产品。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种钻井液用润滑封堵降滤失剂的制备方法,按下述步骤进行:(1)油相配制:在常温条件下,在反应釜中加入油相分散介质70~80份,石蜡20~30份,80~100r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15~20份,搅拌40~60min,得到油相,备用;(2)水相配制:在另一反应釜中加入水80~100份,开启搅拌,转速为80~100r/min,搅拌30~40min,然后依次缓慢加入丙烯酸8~9份、丙烯酰胺9~10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8~9份、苯乙烯6~7份,氧化石墨烯0.6~0.8份,调整pH值至7~8,搅拌40~60min,得到水相,备用;(3)聚合:将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至120~150r/min搅拌30~40min,然后通入氮气除氧30~50min后,加入引发剂1.0~1.5份,升温至60~70℃聚合3~4h得到终产品。
本发明的有益效果是:与普通封堵降滤失剂相比,本发明钻井液用润滑封堵降滤失剂的粒径范围宽,可达到微纳米级,聚合物乳液滴和乳化石蜡颗粒变形性强,能封堵不同大小及形状的孔隙及裂缝,并在井壁表面形成一层高润滑性隔离膜,有效减少滤液漏失,聚合物中氧化石墨烯的引入使钻井液用润滑封堵降滤失剂的稳定性和降滤失性能进一步增强,耐温220℃,抗盐可达饱和,可适用于高温、盐水钻井完井液。相较于其他反向乳液聚合产品,本发明由于石蜡的加入增强了封堵性,氧化石墨烯引入聚合物大幅提升了产品的降滤失性和抗温抗盐性,使得钻井液用润滑封堵降滤失剂具有优异的润滑,封堵,降滤失作用,钻井液用润滑封堵降滤失剂的应用能有效减少单功能处理剂的种类和用量,钻井液性能易于调控,具有广阔的推广应用前景。
附图说明
图1实施例1所得产品粒度分布图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步解释和说明,并不因此限制本发明的保护范围。
具体实施例1
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入白油70份,石蜡30份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水80份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌30min,然后依次缓慢加入丙烯酸8份、丙烯酰胺9份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8份、苯乙烯6份,氧化石墨烯0.6份,调整pH值至7,搅拌50min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌30min,然后通入氮气除氧30min后,加入引发剂1.0份,升温至60℃聚合3.5h得到终产品。
具体实施例2
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入白油70份,石蜡30份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂20份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水80份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌30min,然后依次缓慢加入丙烯酸9份、丙烯酰胺10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸9份、苯乙烯7份,氧化石墨烯0.8份,调整pH值至7,搅拌50min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌30min,然后通入氮气除氧30min后,加入引发剂1.5份,升温至65℃聚合3h得到终产品。
具体实施例3
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入白油80份,石蜡20份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水90份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌40min,然后依次缓慢加入丙烯酸8份、丙烯酰胺9份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8份、苯乙烯6份,氧化石墨烯0.6份,调整pH值至7,搅拌60min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌40min,然后通入氮气除氧50min后,加入引发剂1.0份,升温至65℃聚合4h得到终产品。
具体实施例4
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入白油80份,石蜡20份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂20份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水90份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌40min,然后依次缓慢加入丙烯酸9份、丙烯酰胺10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸9份、苯乙烯7份,氧化石墨烯0.8份,调整pH值至8,搅拌60min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌40min,然后通入氮气除氧50min后,加入引发剂1.5份,升温至70℃聚合3h得到终产品。
具体实施例5
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入白油75份,石蜡25份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水100份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌30min,然后依次缓慢加入丙烯酸8份、丙烯酰胺9份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8份、苯乙烯6份,氧化石墨烯0.6份,调整pH值至8,搅拌40min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌30min,然后通入氮气除氧40min后,加入引发剂1.0份,升温至65℃聚合4h得到终产品。
具体实施例6
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入白油75份,石蜡25份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂20份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水100份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌30min,然后依次缓慢加入丙烯酸9份、丙烯酰胺10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸9份、苯乙烯7份,氧化石墨烯0.8份,调整pH值至8,搅拌40min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌30min,然后通入氮气除氧40min后,加入引发剂1.5份,升温至60℃聚合4h得到终产品。
具体实施例7
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入柴油80份,石蜡20份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水90份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌40min,然后依次缓慢加入丙烯酸8份、丙烯酰胺9份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8份、苯乙烯6份,氧化石墨烯0.6份,调整pH值至7,搅拌60min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌40min,然后通入氮气除氧50min后,加入引发剂1.0份,升温至65℃聚合3h得到终产品。
具体实施例8
钻井液用润滑封堵降滤失剂,按照以下方法制备得到:
(1)油相配制:
在常温条件下,在反应釜中加入柴油75份,石蜡25份,90r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂20份,搅拌50min,得到油相,备用;
(2)水相配制:
在另一反应釜中加入水90份,开启搅拌,转速为90r/min,搅拌30min,然后依次缓慢加入丙烯酸9份、丙烯酰胺10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸9份、苯乙烯7份,氧化石墨烯0.8份,调整pH值至8,搅拌40min,得到水相,备用;
(3)聚合:
将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至130r/min搅拌30min,然后通入氮气除氧40min后,加入引发剂1.5份,升温至60℃聚合4h得到终产品。
实验1
为考察实施例产品的粒径分布情况,对实施例1所得产品进行粒度测试,所得结果如图1所示。
实验2
为考察实施例产品在钻井液中的作用效果,以膨润土浆为基浆,在含4wt%膨润土的基浆中加入2wt%的实施例所得钻井液用润滑封堵降滤失剂配成试验浆,按照本领域常规检测方法考察试验浆的润滑性、封堵性和滤失性。
表1.试验浆常温下的性能
表2.试验浆220℃/16h老化后的性能
综上所述,本发明的这种钻井液用润滑封堵降滤失剂原料易得,合成方法简单,由于含有不同粒径的高润滑性可变性物质,在有效封堵不同尺寸裂缝及孔隙的同时,能在井壁表面形成一层润滑隔离膜,减少滤液向地层的漏失,功能性单体与氧化石墨烯的协同作用提高了产品的稳定性及抗温抗盐性能,实现了润滑、封堵、降滤失的复合作用。在钻井液用润滑封堵降滤失剂加量2%的黏土基浆中润滑系数降低率可达80%以上,粘附系数降低率达到60%以上,钻井液和泥饼均有很好的润滑效果,砂床侵入深度小,砂床滤失量为0,裂缝和孔隙得到有效封堵,常温API滤失量均小于7mL,220℃/16h老化后,淡水基浆滤失量小于8mL,饱和盐水基浆小于11mL,产品抗温抗盐、降滤失效果显著,综合性能优异,具有广泛的应用前景。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种钻井液用润滑封堵降滤失剂,其特征在于,包括如下制备步骤:(1)油相配制:在常温条件下,在反应釜中加入油相分散介质70~80份,石蜡20~30份,80~100r/min搅拌条件下缓慢加入复合乳化剂15~20份,搅拌40~60min,得到油相,备用;(2)水相配制:在另一反应釜中加入水80~100份,开启搅拌,转速为80~100r/min,搅拌30~40min,然后依次缓慢加入丙烯酸8~9份、丙烯酰胺9~10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8~9份、苯乙烯6~7份,氧化石墨烯0.6~0.8份,调整pH值至7~8,搅拌40~60min,得到水相,备用;(3)聚合:将步骤(2)得到的水相缓慢加入到步骤(1)所得油相中,开启搅拌器转速调至120~150r/min搅拌30~40min,然后通入氮气除氧30~50min后,加入引发剂1.0~1.5份,升温至60~70℃聚合3~4h得到终产品;所述复合乳化剂是重量比为1:1的Span80和Tween80。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液用润滑封堵降滤失剂,其特征在于,所述复合乳化剂是由Span80和Tween80均匀混合制得。
3.根据权利要求1所述的一种钻井液用润滑封堵降滤失剂,其特征在于,所述油相介质为白油或柴油。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液用润滑封堵降滤失剂,其特征在于,所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合物。
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