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多聚胺强抑制水基钻井液体系及其制备方法与流程

2021-02-02 18:02:20|290|起点商标网

本发明涉及油田用水基钻井液制备技术领域,是一种多聚胺强抑制水基钻井液体系及其制备方法。



背景技术:

随着我国经济高速发展,对能源的需求越来越大,石油依然是能源的重要组成部分。随着钻井深度不断增加,钻遇地层日趋复杂,钻井作业对钻井液处理剂的要求越来越高;加上全世界对环境保护日益重视,环保型钻井液受到广泛关注。在解决复杂钻遇条件特别是深井和超深井时,油基钻井液具有抗高温、润滑效果好和抑制性能强的显著优势。但是油基钻井液的后处理、排放问题和环境污染问题难以解决。因此,高性能胺基聚合物水基钻井液得以迅速发展。



技术实现要素:

本发明提供了一种多聚胺强抑制水基钻井液体系及其制备方法,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决黏土表面水化问题以及油基钻井液的后处理、排放问题和环境污染严重的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种多聚胺强抑制水基钻井液体系,原料按照重量份数计,包括水1000份、钻井液用膨润土20份至40份、无水碳酸钠2份至5份、包被剂2份至8份、页岩抑制剂10份至30份、降滤失剂20份至60份、封堵剂40份至80份、活度调节剂150份至300份。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进:

上述按照下述步骤得到:第一步,取所需量的水平均分成两份,取其中一份于室温环境中加入所需量的钻井液用膨润土和无水碳酸钠,在转速为300rpm至600rpm下搅拌1h至3h,静置16h至24h,得到基浆a;第二步,取另一份水,在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的包被剂和页岩抑制剂,搅拌3h至6h后得到胶液b;第三步,取基浆a在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的降滤失剂,搅拌20min至40min,再边搅拌边加入所需量的封堵剂搅拌20min至40min,得到泥浆c;第四步,取上述泥浆c在转速为300rpm至600rpm下边搅拌边加入胶液b中,并搅拌20min至40min,再向胶液b中加入所需量的活度调节剂,搅拌2h至4h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

上述包被剂为高分子胺基聚合物xz-102。

上述页岩抑制剂为小分子胺基聚合物xz-301。

上述封堵剂为抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和化学封堵剂络合铝zk-303以1:1至3的重量比在300rpm至600rpm下搅拌2h至4h的产物。

上述降滤失剂为抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b以1:1至3的重量比在1000rpm至2000rpm下搅拌0.5h至1h的产物。

上述活度调节剂为nacl和kcl按照质量份数为7:3的比例配制的复合盐。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种多聚胺强抑制水基钻井液体系的制备方法,按照下述步骤进行:第一步,取所需量的水平均分成两份,取其中一份于室温环境中加入所需量的钻井液用膨润土和无水碳酸钠,在转速为300rpm至600rpm下搅拌1h至3h,静置16h至24h,得到基浆a;第二步,取另一份水,在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的包被剂和页岩抑制剂,搅拌3h至6h后得到胶液b;第三步,取基浆a在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的降滤失剂,搅拌20min至40min,再边搅拌边加入所需量的封堵剂搅拌20min至40min,得到泥浆c;第四步,取上述泥浆c在转速为300rpm至600rpm下边搅拌边加入胶液b中,并搅拌20min至40min,再向胶液b中加入所需量的活度调节剂,搅拌2h至4h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进:

上述包被剂为高分子胺基聚合物xz-102;或/和,页岩抑制剂为小分子胺基聚合物xz-301;或/和,活度调节剂为nacl和kcl按照质量份数为7:3的比例配制的复合盐。

上述包封堵剂为抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和化学封堵剂络合铝zk-303以1:1至3的重量比在300rpm至600rpm下搅拌2h至4h后反应得到的第一混合物;或/和,降滤失剂为抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b以1:1至3的重量比在1000rpm至2000rpm下搅拌0.5h至1后反应得到的第二混合物。

本发明涉及一种多聚胺强抑制水基钻井液体系及其制备方法,本发明具有超强的抑制性能,并解决了黏土表面水化问题,具有良好的流变性和井壁稳定性,抗温180℃以上,可抗饱和盐水,密度可控范围广(1.1g/cm3至2.3g/cm3),环保零排放,可实现快速优质安全钻井。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明,均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品;本发明中的百分数如没有特殊说明,均为质量百分数;本发明中的溶液若没有特殊说明,均为溶剂为水的水溶液,例如,盐酸溶液即为盐酸水溶液;本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度,一般定义为25℃。

下面结合实施例对本发明作进一步描述:

实施例1:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,原料按照重量份数计,包括水1000份、钻井液用膨润土20份至40份、无水碳酸钠2份至5份、包被剂2份至8份、页岩抑制剂10份至30份、降滤失剂20份至60份、封堵剂40份至80份、活度调节剂150份至300份。

本发明通过胺基大、中、小分子聚合物构成一种由胺基处理剂组成的钻井液,不仅提高水基钻井液的抑制性,而且增强了稳定性和配伍性。另外,本发明所提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系既保持了水基钻井液的优点,又达到了与油基钻井液媲美的安全和快速钻井的优势。本发明既解决了环境保护问题,又降低了钻井成本,是一种通用型的优质水基钻井液体系。

本发明将胺基基团引入到高分子胺基聚合物、中分子胺基聚合物、小分子胺基聚合物分子链上,提高聚合物的吸附性能,从而增强与黏土的作用力,构成一种由多胺基处理剂组成的钻井液。本发明由于胺基离子容易嵌入粘土晶胞中并且与粘土的负电荷形成强烈的电性吸附,加上大分子的包被效果,对粘土在水中的分散起到强抑制作用。

实施例2:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,原料按照重量份数计,包括水1000份、钻井液用膨润土20份或40份、无水碳酸钠2份或5份、包被剂2份或8份、页岩抑制剂10份或30份、降滤失剂20份或60份、封堵剂40份或80份、活度调节剂150份或300份。

实施例3:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,按照下述步骤得到:第一步,取所需量的水平均分成两份,取其中一份于室温环境中加入所需量的钻井液用膨润土和无水碳酸钠,在转速为300rpm至600rpm下搅拌1h至3h,静置16h至24h,得到基浆a;第二步,取另一份水,在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的包被剂和页岩抑制剂,搅拌3h至6h后得到胶液b;第三步,取基浆a在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的降滤失剂,搅拌20min至40min,再边搅拌边加入所需量的封堵剂搅拌20min至40min,得到泥浆c;第四步,取上述泥浆c在转速为300rpm至600rpm下边搅拌边加入胶液b中,并搅拌20min至40min,再向胶液b中加入所需量的活度调节剂,搅拌2h至4h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

实施例4:作为上述实施例的优化,包被剂为高分子胺基聚合物xz-102。

实施例5:作为上述实施例的优化,页岩抑制剂为小分子胺基聚合物xz-301。

实施例6:作为上述实施例的优化,封堵剂为抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和化学封堵剂络合铝zk-303以1:1至3的重量比在300rpm至600rpm下搅拌2h至4h的产物。本发明利用纳米乳胶聚合物的物理封堵性能加上化学封堵剂络合铝zk-601ph效应的化学封堵性能的双重作用,实现超强的封堵效果。抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601是含有硬内核的柔韧性球形微粒,其粒径分布于纳米至亚微米区间,吸附在井壁表面形成光滑的纳米油膜,摩擦系数低,抗磨承压能力强,同时纳米硬核颗粒为球状,可以起到滚动润滑效应,可有效改善钻井液的润滑性。体系不需要额外添加润滑剂,有利于环保和控制成本。

实施例7:作为上述实施例的优化,降滤失剂为抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b以1:1至3的重量比在1000rpm至2000rpm下搅拌0.5h至1h的产物。

实施例8:作为上述实施例的优化,活度调节剂为nacl和kcl按照质量份数为7:3的比例配制的复合盐。

实施例9:该多聚胺强抑制水基钻井液体系的制备方法,按照下述步骤进行:第一步,取所需量的水平均分成两份,取其中一份于室温环境中加入所需量的钻井液用膨润土和无水碳酸钠,在转速为300rpm至600rpm下搅拌1h至3h,静置16h至24h,得到基浆a;第二步,取另一份水,在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的包被剂和页岩抑制剂,搅拌3h至6h后得到胶液b;第三步,取基浆a在转速300rpm至600rpm下边搅拌边加入所需量的降滤失剂,搅拌20min至40min,再边搅拌边加入所需量的封堵剂搅拌20min至40min,得到泥浆c;第四步,取上述泥浆c在转速为300rpm至600rpm下边搅拌边加入胶液b中,并搅拌20min至40min,再向胶液b中加入所需量的活度调节剂,搅拌2h至4h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

实施例10:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,按照下述步骤得到:第一步,取500ml的水于室温环境中加入2g无水碳酸钠和20g钻井液用膨润土,在转速600rpm下搅拌1h,静置16h至24h,得到基浆a1;第二步,取500ml水,在转速600rpm下,边搅拌边加入2g高分子胺基聚合物xz-102和10g小分子胺基聚合物xz-301,搅拌3h使充分溶解,得到胶液b1;第三步,取基浆a1在转速600rpm下,边搅拌边加入20g抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和40g抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b,搅拌20min,然后边搅拌边加入30g抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和40g化学封堵剂络合铝zk-303,搅拌20min后得到泥浆c1;第四步,取上述泥浆c1在转速600rpm下,边搅拌边冲入胶液b1,搅拌20min使充分混合,然后加入210gnacl和90gkcl,搅拌1h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

实施例11:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,按照下述步骤得到:第一步,取500ml的水于室温环境中加入3g无水碳酸钠和30g钻井液用膨润土,在转速600rpm下搅拌1h,静置16h至24h,得到基浆a2;第二步,取500ml水,在转速600rpm下,边搅拌边加入4g高分子胺基聚合物xz-102和20g小分子胺基聚合物xz-301,搅拌3h使充分溶解,得到胶液b2;第三步,取基浆a2在转速600rpm下,边搅拌边加入10g抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和30g抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b,搅拌20min,然后边搅拌边加入30g抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和30g化学封堵剂络合铝zk-303,搅拌20min后得到泥浆c2;第四步,取上述泥浆c2在转速600rpm下,边搅拌边冲入胶液b2,搅拌20min使充分混合,然后加入175gnacl和75gkcl,搅拌1h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

实施例12:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,按照下述步骤得到:第一步,取500ml的水于室温环境中加入4g无水碳酸钠和40g钻井液用膨润土,在转速600rpm下搅拌1h,静置16h至24h,得到基浆a3;第二步,取500ml水,在转速600rpm下,边搅拌边加入6g高分子胺基聚合物xz-102和30g小分子胺基聚合物xz-301,搅拌3h使充分溶解,得到胶液b3;第三步,取基浆a3在转速600rpm下,边搅拌边加入15g抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和15g抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b,搅拌20min,然后边搅拌边加入20g抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和20g化学封堵剂络合铝zk-303,搅拌20min后得到泥浆c3;第四步,取上述泥浆c3在转速600rpm下,边搅拌边冲入胶液b3,搅拌20min使充分混合,然后加入140gnacl和60gkcl,搅拌1h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

实施例13:该多聚胺强抑制水基钻井液体系,按照下述步骤得到:第一步,取500ml的水于室温环境中加入5g无水碳酸钠和30g钻井液用膨润土,在转速600rpm下搅拌1h,静置过夜,得到基浆a4;第二步,取500ml水,在转速600rpm下,边搅拌边加入8g高分子胺基聚合物xz-102和25g小分子胺基聚合物xz-301,搅拌3h使充分溶解,得到胶液b4;第三步,取基浆a4在转速600rpm下,边搅拌边加入10g抗温可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501a和10g抗盐可变形胺基聚合物降滤失剂xz-501b,搅拌20min,然后边搅拌边加入45g抗盐纳米可变形聚合物乳胶xz-601和35g化学封堵剂络合铝zk-303,搅拌20min后得到泥浆c4;第四步,取上述泥浆c4在转速600rpm下,边搅拌边冲入胶液b4,搅拌20min使充分混合,然后加入105gnacl和45gkcl,搅拌1h,得到多聚胺强抑制水基钻井液体系。

按照实施例10至实施例13所述步骤得到的多聚胺强抑制水基钻井液体系,测试相关性能指标,数据如表1所示。其中,av为表观粘度、pv为塑性粘度、yp为屈服值、g为静切力、flapi为api滤失量、flhthp为高温高压滤失量。

由附表1可以看出,本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系相比于其他水基钻井液的表观粘度和塑性粘度低,说明本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系具有更好的流动性,同时相对于其他水基钻井液降低了切力,使得现场应用时对钻具造成的影响更小,能够减少井下复杂事故的发生。

由附表1可以看出,本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系的flapi和flhthp相对于其他水基钻井液有所减少,说明本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系在钻井时能够在井壁上形成致密的膜,减少了钻井液与井壁内的相互滤失,能够保证钻井液的性能稳定,粘度不会大幅上升。

由附表1可以看出,本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系的页岩回收率接近油基钻井液,是现有水基钻井液的顶尖水平,说明本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系的抑制性优异,能够抑制粘土的水化分散,在钻井过程中能够更好的携带钻屑返回,维持钻井液性能。

由附表1可以看出,本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系的砂床侵入深度相对于其他水基钻井液更少,说明针对不同孔隙的裂缝、岩心,本发明提供的多聚胺强抑制水基钻井液体系具有更好的封堵能力,能够更快的形成封堵膜,增强内泥饼封堵强度,大幅提高岩心承压能力,扩大了安全密度窗口,更好的防止漏失、卡钻和垮塌的发生。

综上所述,本发明利用胺基强抑制作用和物理化学协同封堵作用实现了超强的抑制性和井壁稳定性,并解决了黏土和钻屑表面水化问题。不仅提高水基钻井液的抑制性,而且增强了稳定性和配伍性,既保持了水基钻井液的优势,又达到与油基钻井液相当的性能。

以上技术特征构成了本发明的实施例,其具有较强的适应性和实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。

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