CN107805286A - 一种提切剂及其制备方法和油基钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提切剂的制备方法，包括：将苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸进行反应，得到提切剂。本发明提供的提切剂以苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸为原料制备得到，这种提切剂具有交替结构，能够提高钻井液的结构力，具有较高的提切率，使用这种提切剂的油基钻井液提切力高、动携静悬能力强，能够更好的满足现场施工的需求。本发明还提供了上述技术方案所述的方法制备得到的提切剂，具有式I所示的结构。本发明还提供了一种包括上述技术方案所述的提切剂的油基钻井液。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种提切剂及其制备方法和油基钻井液。
背景技术
油基钻井液与水基钻井液相比具有水基钻井液无法比拟的优势，在页岩气水平井开发中已经得到验证。目前推广使用的油基钻井液性能基本满足钻井工程和地质测井对钻井液的要求，但是针对大位移井，其井眼清洁能力不够，具体表现在钻井液静切力低，一般仅为2～4Pa，导致钻井液在井底的悬浮能力差，在一定程度上影响了钻井液的动态携砂和静态悬屑的能力。在现场应用中通过提高有机土的加量提高切力，导致钻井液表观粘度大幅度上升，这就必然会导致机械钻速大幅度下降，从而大大影响经济效益。更为棘手的问题是，表观粘度和悬浮能力以及钻井液的滤失量等性能不容易同时兼顾。降低表观粘度导致静切力下降，使钻井液的悬浮能力恶化、钻井液滤失量大幅度增加。因此，在表观粘度不变化的情况下，解决油基钻井液的动携静悬能力的问题十分迫切，它是油基钻井液在国内外大面积推广应用的前提和关键，也是用油基钻井液在现场应用要考虑到的问题。
现有技术一般通过在钻井液中加入提切剂来提高钻井液的提切力。如申请号为201210054648.8的中国专利公开了一种含氟油基钻井液提切剂，将10～300g的丙烯酸酯和0.1～60g的全氟烷基乙基丙烯酸酯加入到1L的二甲亚砜溶液中，室温搅拌下至溶解；向溶解液中加入1～10g的偶氮二异丁腈，搅拌至溶解，然后置于250℃恒温水浴中，搅拌并通入氮气25～35min；将得到的溶液温度升至50～80℃，反应4～36小时，得到聚合物溶液；将得到的聚合物溶液置入无水丙酮与无水乙醚体积比为1：1的混合溶液中，沉淀物经干燥、粉碎，得到产品。申请号为201410820504.8的中国专利公开了一种耐高温油基钻井液提切剂，将150～250重量份的二聚酸、100～150重量份的三乙二醇单丁醚、30～50重量份的二乙醇胺依次加入到反应容器中，搅拌下，加热反应；加入10～17重量份的有机烯胺，继续反应，反应结束，降温；加入与上述相同重量份的三乙二醇单丁醚和20～30重量份的碳酸丙烯脂，搅拌均匀得到耐高温油基钻井液提切剂。申请号为201510260760.0的中国专利提供了一种增粘提切剂，由聚脂防酸和多乙烯多胺按羧基和胺基的摩尔比为1：0.4～1.6的比例在三乙二醇单丁醚存在的条件下反应制成，反应温度140～160℃，保持温度至不再有水脱出后继续反应10～20min后完成反应，反应的同时脱除反应生成的水。申请号为201510277996.5的中国专利提供了一种油包水乳化钻井液提切剂，所述提切剂为二聚酸-有机胺共聚物，这种共聚物包括来自二聚酸的结构单元、来自烷基胺的结构单元以及来自芳香胺的结构单元，其中，所述二聚酸为油酸和亚油酸的二聚体，所述烷基胺为C10～C20的烷基伯胺中的一种或多种，所述芳香胺为苯胺和苯环上被C1～C3的烷基单点取代或多点取代的苯胺中的一种或多种。申请号为201510910347.4的中国专利公开了一种改性多聚酸类提切剂，这种提切剂由多聚酸、多烯多胺和伯胺组成，其中多聚酸单体与多烯多胺单体的摩尔比为1.8～2：0.9～1.1，伯胺的摩尔加入量与多烯多胺单体相同。
现有技术公开了多种提切剂，但是这些提切剂的提切力低，限制了提切剂的广泛应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提切剂及其制备方法和油基钻井液，本发明提供的方法制备得到的提切剂具有较好的提切力。
本发明提供了一种提切剂的制备方法，包括：
将苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸进行反应，得到提切剂。
优选的，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸的摩尔比为1：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。
优选的，所述反应的温度为150～180℃。
优选的，所述反应的时间为6～10小时。
优选的，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物中的乙烯基羧酸为丙烯酸、衣康酸或马来酸。
优选的，所述二元胺为NH2(CH2)a-NH2，其中a为4～10的整数。
优选的，所述含有羟基的脂肪酸为CH2OH(CH2)b-COOH，其中，b为11～14的整数。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的提切剂，具有式I所示的结构：
式I中，n为10～150的整数；m为4～10的整数；
R为-(CH2)x-CH3，x为11～14的整数；
优选的，n为30～120的整数，m为5～8的整数，x为12～13的整数。
本发明提供了一种油基钻井液，包括上述技术方案所述的方法制备得到的提切剂或上述技术方案所述的提切剂。
本发明提供的提切剂以苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸为原料制备得到，这种提切剂具有交替结构，能够提高钻井液的结构力，具有较高的提切率，使用这种提切剂的油基钻井液提切力高、动携静悬能力强，能够更好的满足现场施工的需求。而且，本发明提供的提切剂的制备方法工艺简单、操作简便。另外，本发明提供的提切剂能够应用于多种不同基液和密度的油基钻井液，能够提高不同油基钻井液的提切力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的提切剂的红外光谱图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种提切剂的制备方法，包括：
将苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸进行反应，得到提切剂。
在本发明中，所述反应的温度优选为150～180℃，更优选为160～170℃。在本发明中，所述反应的时间优选为6～10小时，更优选为8小时。
在本发明中，所述提切剂的制备方法优选为：
将苯乙烯乙烯基羧酸共聚物和二元胺进行反应；将得到的反应产物和含羟基的脂肪酸进行反应，得到提切剂。
在本发明中，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物和二元胺反应的温度优选为150～180℃，更优选为160～170℃。在本发明中，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物和二元胺反应的时间优选为3～5小时，更优选为4小时。在本发明中，所述反应产物和含羟基的脂肪酸反应的温度优选为150～180℃，更优选为160～170℃。在本发明中，所述反应产物和含羟基的脂肪酸反应的时间优选为3～5小时，更优选为4小时。
在本发明中，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物中的乙烯基羧酸优选为丙烯酸、衣康酸或马来酸。本发明对所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。
在本发明中，所述二元胺优选为NH2(CH2)a-NH2，其中a为11～14的整数，更优选为11、12、13或14。本发明对所述二元胺的来源没有特殊的限制，可有市场购买获得。
在本发明中，所述含有羟基的脂肪酸优选为CH2OH(CH2)b-COOH，其中，b为11～14的整数，优选为11、12、13或14。本发明对所述含有羟基的脂肪酸的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。
在本发明中，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸的摩尔比优选为1：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)，更优选为1：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)，最优选为1：1：1。
本发明提供了一种提切剂，具有式I所示的结构：
在本发明中，所述式I中n为10～150的整数，优选为30～120的整数，更优选为50～100的整数，最优选为60～80的整数。m为4～10的整数，优选为5～8的整数，更优选为6～7的整数。
R为-(CH2)x-CH3，x为11～14的整数，优选为12～13的整数。
在本发明中，所述提切剂的制备方法与上述技术方案所述提切剂的制备方法一致，在此不再赘述。
本发明提供了一种油基钻井液，包括提切剂。在本发明中，所述提切剂与上述技术方案所述提切剂一致，在此不再赘述。本发明对所述油基钻井液中除提切剂外的其他成分没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的油基钻井液的成分即可。在本发明中，所述油基钻井液优选包括基浆和提切剂。在本发明中，所述提切剂的用量优选为所述基浆质量的0.5～1.5％，更优选为0.8～1.2％，最优选为1％。
在本发明中，所述基浆优选包括基液、乳化剂、有机土、氧化沥青、氧化钙和重晶石。在本发明中，所述基液中的油水体积比优选为(7～10)：1，更优选为(8～9)：1，最优选为9：1。在本发明中，所述基液中的油优选为0号柴油，水优选为氯化钙水溶液。在本发明中，所述氯化钙水溶液的质量浓度优选为15～25％，更优选为18～22％，最优选为20％。在本发明中，所述乳化剂可以为山东得顺源石油科技有限公司提供的OME-1型号的产品。在本发明中，所述乳化剂的用量优选为所述基液质量的3～7％，更优选为4～6％，最优选为5％。在本发明中，所述有机土的用量优选为所述基液质量的2～4％，更优选为2.5～3.5％，最优选为3％。在本发明中，所述有机土可以为浙江丰虹新材料股份有限公司提供的HFGEL-120型号的产品。在本发明中，所述氧化沥青的用量优选为所述基液质量的2～4％，更优选为2.5～3.5％，最优选为3％。在本发明中，氧化沥青的软化点优选为180～220℃，更优选为190～210℃，最优选为200℃。在本发明中，所述氧化沥青可以为河南省新乡市第七化工有限公司提供的软化点为200℃的产品。在本发明中，所述氧化钙的用量优选为所述基液质量的2～4％，更优选为2.5～3.5％，最优选为3％。在本发明中，所述重晶石的用量优选为基液质量的30～80％，更优选为40～70％，最优选为50～60％。在本发明中，重晶石的粒度优选为300～350目，更优选为320～330目，最优选为325目。在本发明中，所述重晶石可以为山东潍坊高密远程矿产品加工厂提供的325目产品。
按照GB/T16783.2-2013《石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液》的标准，在基液中加入本发明制备得到的提切剂后测试基液的提切效果，通过动切力的变化测定提切率，所述基液为0号柴油、5号白油或合成基，所述合成基为中国南海麦克巴公司提供的聚烯烃PAO型号的产品；所述提切剂的加入量为基液质量的1％。实验结果表明，本发明提供的提切剂在不同的基液中均有提切效果，提取率大于50％。
将本发明提供的提切剂配制成油基钻井液，配方为基浆包括：300mL油水体积比不同基液(按照不同油水体积比配制不同密度的油基钻井液)，油为0号柴油，水为质量浓度为20％的氯化钙水溶液，山东得顺源石油科技有限公司提供的OME-1型号的乳化剂、浙江丰虹新材料股份有限公司提供的HFGEL-120型号的有机土、河南省新乡市第七化工有限公司提供的软化点为200℃的氧化沥青、山东潍坊高密远程矿产品加工厂提供的325目产品的重晶石；所述乳化剂的用量为基液质量的5％，所述有机土的用量为基液质量的3％，所述氧化沥青的用量为基液质量的3％，所述氧化钙的用量为基液质量的3％，所述重晶石的用量为基液质量的60％；所述提切剂的用量为基浆质量的1％。
将上述制备得到的油基钻井液在150℃老化16小时，按照GB/T16783.2-2013《石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液》的标准测试其性能。测试结果为，本发明提供的提切剂能够提高不同密度的油基钻井液的动切力，使其具有良好的流变性，提切率在40％以上。
实施例1
将1.0mol的苯乙烯丙烯酸共聚物和1.0mol己二胺在150℃条件下，共聚反应3h，然后加入1.0mol的含羟基的十二酸，在150℃条件下，共聚反应3h，自然冷却后得粘稠状提切剂。
所述苯乙烯丙烯酸共聚物为上海向岚化工有限公司提供的303型号产品；所述含羟基的十二酸的来源为湖北巨胜科技有限公司提供的2-羟基十二酸产品。
对本发明实施例1制备得到的提切剂进行红外光谱检测，检测结果如图1所示，由图1可知，本发明实施例1制备得到的提切剂具有式1结构：
按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例1制备得到的提切剂加入到不同基液中的提切效果，测试结果如表1所示，表1为本发明实施例1提供的提切剂加入不同基液的提切效果。
表1本发明实施例1提供的提切剂加入不同基液的提切效果
注：AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表1可知，本发明实施例1制备得到的提切剂在不同基液中均有提切效果，提切率大于50％。
按照上述技术方案所述的方法，采用本发明实施例1制备得到的提切剂制备得到不同密度的油基钻井液，测试油基钻井液的性能，测试结果如表2所示，表2为本发明实施例1制备得到的油基钻井液的性能测试结果。
表2本发明实施例1制备得到的油基钻井液的性能测试结果
| 钻井液 | ρ/(g/cm3) | AV/mPa·s | PV/mPa·s | YP/Pa | 提切率/％ |
| 基浆 | 1.2 | 28 | 25 | 3.0 | - |
| 基浆+1％提切剂 | 1.2 | 28.5 | 24 | 4.5 | 50 |
| 基浆 | 1.6 | 32 | 28 | 4.0 | - |
| 基浆+1％提切剂 | 1.6 | 32 | 26 | 6.0 | 50 |
| 基浆 | 1.8 | 51 | 46 | 5.0 | - |
| 基浆+1％提切剂 | 1.8 | 52 | 44 | 8.0 | 60 |
| 基浆 | 2.2 | 62 | 55 | 7.0 | - |
| 基浆+1％提切剂 | 2.2 | 62 | 52 | 10 | 42.8 |
注：ρ为密度，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表2可知，本发明实施例1制备得到的提切剂能够提高不同密度的油基钻井液的动切力，使其具有良好的流变性，提切率在40％以上。
实施例2
将1.0mol的苯乙烯衣康酸共聚物和1.0mol癸二胺在160℃条件下，共聚反应4h，然后加入1.0mol的含羟基的十四酸，在160℃条件下，共聚反应4h，自然冷却后得粘稠状提切剂。
所述苯乙烯衣康酸共聚物的来源为上海嶅稞实业有限公司浦东分公司提供的产品；所述含羟基的十四酸的来源广西锦乐化工有限公司提供的3-羟基十四酸产品。
对本发明实施例2制备得到的提切剂进行红外光谱检测，检测结果为本发明实施例1制备得到的提切剂具有式2结构：
按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例2制备得到的提切剂加入到不同基液中的提切效果，测试结果如表3所示，表3为本发明实施例2提供的提切剂加入不同基液的提切效果。
表3本发明实施例2提供的提切剂加入不同基液的提切效果
| 基液类型 | AV(mPa·s) | PV(mPa·s) | YP(Pa) | 提切率(％) |
| 柴油 | 3.5 | 3.0 | 0.5 | - |
| 柴油+1％提切剂 | 3.5 | 2.5 | 1.0 | 50 |
| 白油 | 5.0 | 5.0 | 0 | - |
| 白油+1％提切剂 | 5.0 | 4.0 | 1.0 | 100 |
| 合成基 | 4.5 | 4.5 | 0 | - |
| 合成基+1％提切剂 | 4.5 | 3.5 | 1.0 | 100 |
注：AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表3可知，本发明实施例3制备得到的提切剂在不同基液中均有提切效果，提切率大于50％。
按照上述技术方案所述的方法，采用本发明实施例2制备得到的提切剂制备得到不同密度的油基钻井液，测试油基钻井液的性能，测试结果如表4所示，表4为本发明实施例2制备得到的油基钻井液的性能测试结果。
表4本发明实施例2制备得到的油基钻井液的性能测试结果
注：ρ为密度，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表4可知，本发明实施例2制备得到的提切剂能够提高不同密度的油基钻井液的动切力，使其具有良好的流变性，提切率在40％以上。
实施例3
将1.0mol的苯乙烯马来酸共聚物和1.0mol辛二胺在180℃条件下，共聚反应5h，然后加入1.0mol的含羟基的十六酸，在180℃条件下，共聚反应5h，自然冷却后得粘稠状提切剂。
所述苯乙烯马来酸共聚物的来源为余姚市汇鸿塑料厂提供的产品；所述含羟基的十六酸的来源湖北巨胜科技有限公司提供的2-羟基十六酸产品。
对本发明实施例3制备得到的提切剂进行红外光谱检测，检测结果为本发明实施例3制备得到的提切剂具有式3结构：
按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例3制备得到的提切剂加入到不同基液中的提切效果，测试结果如表5所示，表5为本发明实施例3提供的提切剂加入不同基液的提切效果。
表5本发明实施例3提供的提切剂加入不同基液的提切效果
注：AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表5可知，本发明实施例5制备得到的提切剂在不同基液中均有提切效果，提切率大于50％。
按照上述技术方案所述的方法，采用本发明实施例3制备得到的提切剂制备得到不同密度的油基钻井液，测试油基钻井液的性能，测试结果如表6所示，表6为本发明实施例3制备得到的油基钻井液的性能测试结果。
表6本发明实施例3制备得到的油基钻井液的性能测试结果
注：ρ为密度，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表6可知，本发明实施例3制备得到的提切剂能够提高不同密度的油基钻井液的动切力，使其具有良好的流变性，提切率在45％以上。
实施例4～10
按照实施例1所述的方法，采用表1中的原料制备得到提切剂，表1为实施例4～10的制备提切剂的原料。
表1实施例4～10制备提切剂的原料
按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例4～10制备得到的提切剂加入到不同基液中的提切效果，测试结果为本发明实施例4～10制备得到的提切剂在不同基液中均有提切效果，提切率大于50％。
按照上述技术方案所述的方法，采用本发明实施例4～10制备得到的提切剂制备得到不同密度的油基钻井液，测试油基钻井液的性能，测试结果为，本发明实施例4～10制备得到的提切剂能够提高不同密度的油基钻井液的动切力，使其具有良好的流变性，提切率在40％以上。
由以上实施例可知，本发明提供了一种提切剂的制备方法，包括：将苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸进行反应，得到油基钻井液用提切剂。本发明提供的提切剂以苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸为原料制备得到，这种提切剂具有交替结构，能够提高钻井液的结构力，具有较高的提切率，使用这种提切剂的油基钻井液提切力高、动携静悬能力强，能够更好的满足现场施工的需求。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种提切剂的制备方法，包括：
将苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸进行反应，得到提切剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物、二元胺和含羟基的脂肪酸的摩尔比为1：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为150～180℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的时间为6～10小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述苯乙烯乙烯基羧酸共聚物中的乙烯基羧酸为丙烯酸、衣康酸或马来酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二元胺为NH2(CH2)a-NH2，其中a为4～10的整数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有羟基的脂肪酸为CH2OH(CH2)b-COOH，其中b为11～14的整数。
8.一种权利要求1～7中任意一项所述的方法制备得到的提切剂，具有式I所示的结构：
式I中，n为10～150的整数；m为4～10的整数；
R为-(CH2)x-CH3，x为11～14的整数。
9.根据权利要求8所述的提切剂，其特征在于，所述n为30～120的整数，m为5～8整数，x为12～13整数。
10.一种油基钻井液，包括权利要求1～7中任意一项所述的方法制备得到的提切剂或权利要求8～9中任意一项所述的提切剂。
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