CN101845295A - 一种有利于保护油气层的钻井液增粘剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有利于保护油气层的钻井液增粘剂，属油田钻井液添加剂技术领域。它由5～95份的四元共聚物和95～5份的双季胺盐混配而成，所述的四元共聚物由三种烯类单体和一种疏水单体复配而成。该钻井液增粘剂为低分子量聚合物，在水溶液中通过分子缔合形成蚯蚓状或长圆棒状的胶束溶液；当胶束浓度超过临界值时，分子间形成空间网架结构，具有较强的悬浮能力，当遇到油气时会自动破胶，不需要化学破胶剂就可解除钻井液对油层的污染。解决了现有钻井液水溶性高分子增粘剂不能彻底破胶的问题。本发明与常规钻井液增粘剂相比，除含有亲水基团外，还含有长碳链的疏水基团，可降低钻井液的表面张力，有效地预防水锁，提高油井产能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种有利于保护油气层的钻井液增粘剂，属油田钻井液添加剂技术领域。
背景技术：
目前常规的水基钻井液通常采用水溶性高分子，如水解聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、改性胍胶等作为增粘剂配制而成。这些水基钻井液在完井后期存在不能彻底破胶的问题，高分子一旦被挤入地层极易被吸附、滞留在孔隙中，造成油流受阻，导致油井产能下降。针对这一问题，目前常规的解决方法是采用化学破胶剂来彻底破胶，以防止水基钻井液中的水溶性高分子一旦被地层吸附、滞留在孔隙中，造成油流受阻情况的发生。但这一解决方法其弊端是化学破胶剂通常为氧化剂，运输和使用过程中都存在不安全因素，无法满足钻井安全作业的工程需要。
发明内容：
本发明的目的在于：提供一种由四元共聚物和双季胺盐复配而成，在水溶液中形成胶束溶液，当胶束浓度超过临界值时，分子间形成空间网架结构，从而使溶液粘度大幅度增加，并具有较强的悬浮能力，遇到油气会自动破胶，最大限度地保护油气层，提高油井产能。彻底解决现有钻井液水溶性高分子增粘剂不能彻底破胶问题的有利于保护油气层的钻井液增粘剂。
本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的：
一种有利于保护油气层的钻井液增粘剂，其特征在于：它由下列重量份的组分构成：
四元共聚物 5～95份
双季胺盐 95～5份；
所述的四元共聚物由三种烯类单体和一种疏水单体聚合而成，三种烯类单体和一种疏水单体的质量配比为：20～30∶30～20∶47～45∶3～5；
所述的三种烯类单体为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、衣康酸、富马酸中的任意三种；
所述的疏水单体为2-丙烯酰胺基十二烷磺酸、N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺、N-单马来酸十六烷基酰胺、N-单马来酸十八烷基酰胺中的任意一种；
所述的双季胺盐为：N，N′-双(十四烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐、N，N′-双(十六烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐、N，N′-双(十二烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐、N，N′-双(十二烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐、N，N′-双(十六烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐中的任意一种。
上述的有利于保护油气层的钻井液增粘剂的制备方法为：
(1)、制取四元共聚物：
取300毫升去离子水倒入洗净的广口瓶中，加入5克氢氧化钠，搅拌使氢氧化钠完全溶解，然后依次按照质量比为20～30∶30～20∶47～45∶3～5的配比取丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、衣康酸、富马酸中的任意三种原料和2-丙烯酰胺基十二烷磺酸、N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺、N-单马来酸十六烷基酰胺、N-单马来酸十八烷基酰胺中的任意一种原料，使四种单体总的质量为100克，加入到广口瓶中，搅拌均匀，使四种单体完全溶解为止。再用10％的氢氧化钠溶液调节混合液的PH值在4～6，在室温条件下通氮气30分钟后，以0.4～0.8克的过硫酸钾和0.2～0.4克亚硫酸钠作为引发剂进行聚合反应，待反应时间达到6小时后，聚合反应完成，生成低分子量聚合物，然后经喷雾干燥、粉碎、过40目筛即得四元共聚物，备用；
(2)、制取钻井液增粘剂：
将四元共聚物按上述配比与双季胺盐混合均匀，粉碎后过40目筛，即为本发明钻井液增粘剂产品。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1、该产品由特种烯类单体的聚合物和双季胺盐复配而成，为低分子量聚合物，在水溶液中通过分子缔合形成胶束溶液，起增粘提切作用，其胶束主要呈蚯蚓状或长圆棒状；由于疏水缔合作用，当胶束浓度超过临界值时，分子间形成空间网架结构，从而使溶液粘度大幅度增加并具有一定弹性和较强的悬浮能力，以满足钻井作业的工程需要，
2、在投产时遇到油气会自动破胶，不需要化学破胶剂，就可解除钻井液对油层的污染。采用该钻井液增粘剂替代常规钻井液中的粘土和高分子量聚合物构建钻井液体系，有利于保护油气层。
3、本发明的钻井液增粘剂与常规钻井液增粘剂相比，除含有亲水基团外，还含有长碳链的疏水基团，可降低钻井液的表面张力，有效地预防水锁，提高油井产能。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1：
烯类单体取丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；疏水单体取N-单马来酸十六烷基酰胺；双季胺盐取N，N′-双(十六烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐。
(1)、制取四元共聚物：
在洗净的反应容器中依次加入适量300毫升的去离子水、5克氢氧化钠搅拌均匀，依次取丙烯酸28克、对苯乙烯磺酸钠22克、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸47克、N-单马来酸十六烷基酰胺3克，加入到广口瓶中，搅拌均匀，使单体完全溶解为止，再用10％的氢氧化钠溶液调节上述混合液的PH值在4，在室温条件下通氮气30分钟后，以0.4克过硫酸钾和0.2克亚硫酸钠作为引发剂进行聚合反应，密闭反应6小时后，生成低分子量聚合物，然后经喷雾干燥、粉碎、过40目筛即得四元共聚物，备用；
(2)、制取钻井液增粘剂：
取合成的四元共聚物50份重量份与N，N′-双(十六烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐50份重量份混合均匀，粉碎后过40目筛，即制得本发明钻井液增粘剂产品。
实施例2：
烯类单体取丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯磺酸钠；疏水单体取N-十二烷基丙烯酰胺；双季胺盐取N，N′-双(十二烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐。
(1)、制取四元共聚物：
在洗净的反应容器中依次加入适量300的去离子水、5克氢氧化钠搅拌均匀，依次取丙烯酰胺23克、N，N-二甲基丙烯酰胺27克、丙烯磺酸钠46克、N-十二烷基丙烯酰胺4克加入到广口瓶中，搅拌均匀，使单体完全溶解为止，用10％的氢氧化钠溶液调节混合液的PH值在5，在室温条件下通氮气30分钟后，以0.6克过硫酸钾和0.3克亚硫酸钠作为引发剂进行聚合反应，密闭反应6小时后，生成低分子量聚合物，然后经喷雾干燥、粉碎、过40目筛即得四元共聚物，备用；
(2)、制取钻井液增粘剂：
取合成的四元共聚物80份重量份与N，N′-双(十二烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐20份重量份混合均匀，粉碎后过40目筛，即制得本发明钻井液增粘剂产品。
为了进一步证明该有利于保护油气层的钻井液增粘剂的有益效果，对该钻井液增粘剂的性能进行了室内评价，其具体结果如下：
1、钻井液增粘剂的性能评价：
室内评价了不同加量增粘剂在海水中的增粘情况，实验结果如表1：
表1 不同加量增粘剂在海水中的增粘特性
| 加量 | AV(mPa·s) | PV(mPa·s) | YP(Pa) | Ф6/Ф3 |
| 0.2％ | 10 | 6 | 4 | 2/1 |
| 0.5％ | 18 | 12 | 6 | 4/3 |
| 0.8％ | 30 | 16 | 14 | 10/9 |
| 1.0％ | 35 | 19 | 16 | 12/11 |
实验数据表明，本发明增粘剂在海水中均具有较好的增粘效果，由于分子胶束间的相互缔合作用而形成网络结构，从而具有较高的动切力，有利于分支井的携岩。
2、水基钻井液基本性能评价：
以本发明增粘剂为核心处理剂，构建的水基钻井液体系配方如下：
海水+0.15％NaCO3+0.3％NaOH+1.0％～1.5％增粘剂+2％降滤失剂FL+3％聚合醇JLX+3％KCl+5％封堵剂QWY(200目)。
表2 水基钻井液体系基本性能
| 实验条件 | AVmPa.s | PVmPa.s | YPPa | YP/PV | Ф6/Ф3 | FLAPIml | FLHTHPml |
| 滚前 | 33 | 14 | 19 | 1.36 | 12/10 | ||
| 滚后 | 36 | 17 | 19 | 1.12 | 14/12 | 4.8 | 10 |
老化条件：100℃×16h。
从以上实验结果中可以看出，构建的水基钻井液具有良好的流变性和良好的失水造壁性，可以满足油气钻探要求。
5、水基钻井液油气层保护性能评价
评价程序是按照中国石油天然气行业标准SY/T6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》执行的，采用高温高压动态失水仪模拟钻井条件下以及高温高压岩心流动仪对钻井液的油气层保护性能进行评价。表3实验结果表明：两块岩心渗透率恢复值都在90％以上，表明由本发明增粘剂构建的水基钻井液体系具有较好的油气层保护性能。
表3 水基钻井液体系岩心流动实验结果
| 岩心号 | 2984 | 2875 |
| Ko，10-3μm2 | 85.8 | 96.4 |
| K1，10-3μm2 | 78.5 | 91.1 |
| 渗透率恢复值Krd，％ | 91.5 | 94.5 |
注：钻井液动态污染实验条件为温度100℃、压力3.5MPa、时间125min。
Claims (4)
1.一种有利于保护油气层的钻井液增粘剂，其特征在于：它由下列重量份的组分构成：
四元共聚物 5～95份
双季胺盐 95～5份；
所述的四元共聚物由三种烯类单体和一种疏水单体聚合而成，三种烯类单体和一种疏水单体的质量比为20～30∶30～20∶47～45∶3～5；
上述的有利于保护油气层的钻井液增粘剂的制备方法为：
(1)、制取四元共聚物：
取300毫升去离子水倒入洗净的广口瓶中，加入5克的氢氧化钠，搅拌使氢氧化钠完全溶解，然后依次按照质量比为20～30∶30～20∶47～45∶3～5的配比取丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、衣康酸、富马酸中的任意三种原料和2-丙烯酰胺基十二烷磺酸、N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺、N-单马来酸十六烷基酰胺、N-单马来酸十八烷基酰胺中的任意一种，使四种单体总的质量为100克，加入到广口瓶中，搅拌均匀，使四种单体完全溶解为止；再用10％的氢氧化钠溶液调节混合液的PH值在4～6，在室温条件下通氮气30分钟后，以0.4～0.8克的过硫酸钾和0.2～0.4克亚硫酸钠作为引发剂进行聚合反应，待反应时间达到6小时后，聚合反应完成，生成低分子量聚合物，然后经喷雾干燥、粉碎、过40目筛即得四元共聚物，备用；
(2)、制取钻井液增粘剂：
将四元共聚物按上述配比与双季胺盐混合均匀，粉碎后过40目筛，即为本发明钻井液增粘剂产品。
2.根据权利要求1所述的有利于保护油气层的钻井液增粘剂，其特征在于：所述的三种烯类单体为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、衣康酸、富马酸中的任意三种。
3.根据权利要求1所述的有利于保护油气层的钻井液增粘剂，其特征在于：所述的疏水单体为2-丙烯酰胺基十二烷磺酸、N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺、N-单马来酸十六烷基酰胺、N-单马来酸十八烷基酰胺中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的有利于保护油气层的钻井液增粘剂，其特征在于：所述的双季胺盐为：N，N′-双(十四烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐、N，N′-双(十六烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐、N，N′-双(十二烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐、N，N′-双(十二烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐、N，N′-双(十六烷基二甲基)-1，3-二溴化丙二铵盐中的任意一种。
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