一种钻井液用弱凝胶增粘剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种钻井液用弱凝胶增粘剂。


背景技术：

2.随着油气勘探开发领域的深层次化以及钻探规模的日益扩大，对钻井液性能的要求也不断提高。比如在水平井钻井中,井眼稳定性差、环空悬砂携砂和井眼清洁能力差，传统的水基钻井液都会对储层造成很大伤害，而且无法解决大斜度段和水平段的静态悬砂和动态携砂问题，在水平井钻井施工中很容易在井筒底边形成岩屑床。


技术实现要素：

3.本发明为解决现有技术中传统的水基、油基钻井液都会对储层造成很大伤害，而且无法解决大斜度段和水平段的静态悬砂和动态携砂问题，提供一种钻井液用弱凝胶增粘剂，以多糖聚合物为主料，以葡萄糖苷为辅料，有利于提高无固相或低固相钻井液体系的结构粘度和切力，保持钻井液弱凝胶特性，提高钻井液携带与悬浮能力。
4.本发明还提供一种钻井液用弱凝胶增粘剂的制备方法，方法工艺简单，适于规模化生产。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种钻井液用弱凝胶增粘剂，包括以下重量份的原料，
7.多糖聚合物
ꢀꢀꢀ
30～50份；
8.葡萄糖苷
ꢀꢀꢀꢀꢀ
20～30份；
9.分散剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1～2份；
10.稳定剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5～1份；
11.碳酸钠
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1～5份；
12.碳酸氢钠
ꢀꢀꢀꢀꢀ
1～5份；
13.超细碳酸钙
ꢀꢀꢀ
1～5份；
14.抗高温稳定剂 1～2份；
15.除氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5～1份。
16.进一步地，所述多糖聚合物为纤维素、甲壳素、壳聚糖、黄原胶、瓜尔胶、透明质酸、海藻酸，改性淀粉、琼脂中的一种或者多种。
17.进一步地，所述多糖聚合物为黄原胶和瓜尔胶的混合物，黄原胶和瓜尔胶质量比为1.2～1：1。
18.进一步地，所述分散剂为硬脂酸或者硬脂酸盐。
19.进一步地，所述稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或者多种。
20.进一步地，所述抗高温稳定剂为磺化酚醛树脂。
21.进一步地，所述除氧剂为亚硫酸钠或者亚硫酸铵。
22.钻井液用弱凝胶增粘剂的制备方法，包含以下步骤，
23.步骤s1，多糖聚合物、碳酸钠和碳酸氢钠混合制成预混剂；
24.步骤s2，将步骤s1中的预混剂、分散剂、稳定剂、抗高温稳定剂、除氧剂和一半的超细碳酸钙混合，混合时间30～60min；
25.步骤s3，加入剩余的超细碳酸钙，继续混合5～10min，
26.步骤s4，对步骤s3中混合后的混合物进行真空干燥，干燥温度20～30℃，时间15～20h，得到弱凝胶增粘剂。
27.进一步地，所述步骤s1中，预混剂的制备包含以下步骤，
28.步骤s11，在搅拌状态下，将多糖聚合物溶解于水中，形成多糖聚合物溶液，质量浓度45～50％，溶解温度50～55℃；
29.步骤s12，在搅拌状态下，将碳酸钠和碳酸氢钠缓慢加入到多糖聚合物溶液中，维持温度50～55℃，混合时间5～10min，形成预混剂溶液；
30.步骤s13，对预混剂溶液进行低温加热，蒸发水分，加热温度不超过40℃，水分含量在5％以下时，进行真空干燥，干燥温度20～30℃，直至水分含量低于 1％，得到预混剂块料；
31.步骤s14，对预混剂块料进行粉碎，研磨，得到预混剂粉料，粒径200～300 目。
32.进一步地，所述步骤s1中，预混剂的制备包含以下步骤，
33.步骤s110，将多糖聚合物溶解与适量水混合，揉捻呈面团状；
34.步骤s120，加入碳酸钠和碳酸氢钠，继续揉捻，揉捻时间1～2h，控制混合物面团温度在20～30℃；
35.步骤s130，将揉捻后混合物面团牵拉呈薄片状，低温冷冻干燥，至水分含量低于1％，得到预混剂片料；
36.步骤s140，对预混剂片料进行粉碎，研磨，得到预混剂粉料，粒径200～300 目。
37.本发明的有益效果是：
38.1.本发明为解决现有技术中传统的水基、油基钻井液都会对储层造成很大伤害，而且无法解决大斜度段和水平段的静态悬砂和动态携砂问题，提供了一种钻井液用弱凝胶增粘剂。该弱凝胶增粘剂由多糖聚合物、葡萄糖苷、分散剂、稳定剂、碳酸钠、碳酸氢钠、超细碳酸钙、抗高温稳定剂和除氧剂等组成。其中，多糖聚合物和葡萄糖苷主要用于增加钻井液体系的粘度。碳酸钠和碳酸氢钠构成缓冲体系，对增粘剂的粘度进行调节。分散剂利用其双亲基团，吸附于多糖聚合物和葡萄糖苷粉末颗粒表面，控制在增粘剂分散和溶解过程。超细碳酸钙主要在多糖聚合物和葡萄糖粉末表面形成隔离层，利用其疏水特性，防止增粘剂吸潮结块，影响正常使用。本发明中的增粘剂有利于提高无固相或低固相钻井液体系的结构粘度和切力，保持钻井液弱凝胶特性，提高钻井液携带与悬浮能力。同时，本发明中的增粘剂配伍形成的钻井液中，通过提高液相粘度，避免钻井液对井壁的冲蚀，稳定井壁，并阻止钻井液固相和液相侵入地层，保护储层。
39.2.本发明还提供一种钻井液用弱凝胶增粘剂的制备方法，该方法工艺简单，适于规模化生产。
具体实施方式
40.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的
那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。
41.实施例1～4
42.钻井液用弱凝胶增粘剂的制备方法，包含以下步骤，
43.步骤s1，多糖聚合物、碳酸钠和碳酸氢钠混合制成预混剂。其中，多糖聚合物为纤维素、甲壳素、壳聚糖、黄原胶、瓜尔胶、透明质酸、海藻酸，改性淀粉、琼脂中的一种或者多种。
44.为了提高预混剂的均匀程度，本实施例中采用类似溶液混合方式进行。相比于简单的粉体混合方式，多糖聚合物与碳酸钠和碳酸氢钠构成缓冲体系接触更为紧密，更利于调节体系ph值，控制多糖聚合物内分子链的伸展，调节体系钻井液体系黏度，形成弱凝胶。
45.具体的预混剂的制备包含以下步骤，
46.步骤s11，在搅拌状态下，将多糖聚合物溶解于水中，形成多糖聚合物溶液，质量浓度45～50％，溶解温度50～55℃；
47.步骤s12，在搅拌状态下，将碳酸钠和碳酸氢钠缓慢加入到多糖聚合物溶液中，维持温度50～55℃，混合时间5～10min，形成预混剂溶液；
48.步骤s13，对预混剂溶液进行低温加热，蒸发水分，加热温度不超过40℃，水分含量在5％以下时，进行真空干燥，干燥温度20～30℃，直至水分含量低于 1％，得到预混剂块料；
49.步骤s14，对预混剂块料进行粉碎，研磨，得到预混剂粉料，粒径200～300 目。
50.步骤s2，将步骤s1中的预混剂、分散剂、稳定剂、抗高温稳定剂、除氧剂和一半的超细碳酸钙混合，混合时间30～60min。其中，超细碳酸钙粒径为 500～1000目。分散剂为硬脂酸或者硬脂酸盐比如硬脂酸钠。稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或者多种。抗高温稳定剂为磺化酚醛树脂。除氧剂为亚硫酸钠或者亚硫酸铵。
51.步骤s3，加入剩余的超细碳酸钙，继续混合5～10min，
52.步骤s4，对步骤s3中混合后的混合物进行真空干燥，干燥温度20～30℃，时间15～20h，得到弱凝胶增粘剂。
53.实施例1～参照上述方法进行，具体原料组成如下表所示。
54.表1实施例1～4的组成
[0055][0056]
实施例1～4中增粘剂分别以5％的掺量加入到淡水浆和4％的盐水浆中，依据《q/9151011466303827x8》进行检测，检测结果如下表所示。
[0057]
表2实施例1～4检测结果
[0058]
[0059][0060]
从以上结果可以看，实施例中制备的增粘剂满足应用需求。
[0061]
以实施例中的增粘剂为例，5％的掺量加入到淡水浆中，检测其不同温度下热滚16h后的流变性，结果如下表所示。
[0062]
表3不同温度下的钻井液热滚后的流变性
[0063]
温度/℃av/mpa
·
spv/mpa
·
syp/pa(yp/pv)/103s
‑1fl/ml253510262.613803110131.3131002510121.213120259.5121.313140259121.313
[0064]
从检测检测结果可以看出，采用本发明中的增粘剂配置的钻井液，在不同的热滚温度后，av以及yp/pv均降低。在100～140℃时，性能保持基本稳定。
[0065]
以实施例中的增粘剂为例，5％的掺量加入到淡水浆中，在120℃热滚16h 后静切力的变化，结果如下表所示。
[0066]
表4静切力变化
[0067]
时间/min静切力/pa175710730860812093009
[0068]
从检测结果可以看出，采用本发明中的增粘剂配置的钻井液在热滚后，静切力随时间变化不大，利于大斜度井和水平井悬砂携砂，防止形成岩屑床。
[0069]
综上，本发明中的增粘剂，具有以下特点：
[0070]
1.具有独特的流变性能，表观粘度低，动塑比高，低剪切速率粘度高，切力与时间无依赖性。
[0071]
2.溶解速度快，不起鱼眼，性能稳定，维护处理简单。
[0072]
3.能快速形成低渗透泥饼，可有效降低空隙介质滤失量，阻止外来流体侵入，稳定井壁，保护储层。
[0073]
4.弱凝胶钻井液抗温性好，在140℃下也具有良好的悬浮携砂能力，能满足超深井钻井施工的需要。
[0074]
5.荧光低，无污染，可生物降解，满足录井需要，有利于发现和保护油气层。
[0075]
6.适用于直井、斜井及水平井钻井，在无固相、低固相钻井液体系中性能更加突出。
[0076]
实施例5
[0077]
钻井液用弱凝胶增粘剂的制备方法，包含以下步骤，
[0078]
步骤s1，黄原胶35kg，碳酸钠1.5kg和碳酸氢钠2kg混合制成预混剂。
[0079]
具体的，预混剂的制备包含以下步骤，
[0080]
步骤s110，将多糖聚合物溶解与适量水混合，揉捻呈面团状；
[0081]
步骤s120，加入碳酸钠和碳酸氢钠，继续揉捻，揉捻时间1～2h，控制混合物面团温度在20～30℃；
[0082]
步骤s130，将揉捻后混合物面团牵拉呈薄片状，低温冷冻干燥，至水分含量低于1％，得到预混剂片料；
[0083]
步骤s140，对预混剂片料进行粉碎，研磨，得到预混剂粉料，粒径200～300 目。
[0084]
步骤s2，将步骤s1中的预混剂、硬脂酸钠1.5kg、聚丙烯酸钠0.5kg、磺化酚醛树脂1kg、亚硫酸钠0.5kg和超细碳酸钙2.5kg混合，混合时间30～60min。其中，超细碳酸钙粒径为500～1000目。分散剂为硬脂酸或者硬脂酸盐比如硬脂酸钠。稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或者多种。抗高温稳定剂为磺化酚醛树脂。除氧剂为亚硫酸钠或者亚硫酸铵。
[0085]
步骤s3，加入剩余的超细碳酸钙2.5kg，继续混合5～10min，
[0086]
步骤s4，对步骤s3中混合后的混合物进行真空干燥，干燥温度20～30℃，时间15～20h，得到弱凝胶增粘剂。
[0087]
实施例5中增粘剂分别以5％的掺量加入到淡水浆和4％的盐水浆中，依据《q/9151011466303827x8》进行检测，检测结果如下表所示。
[0088]
表5实施例5检测结果
[0089]
[0090][0091]
从以上结果可以看，实施例中制备的增粘剂满足应用需求。