專利名稱：一種鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油鉆井過程中鉆井液用處理劑，用于鉆井液施工中，屬于石油鉆探領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
井壁失穩(wěn)是石油天然氣鉆探過程中普遍存在、經(jīng)常遇到的復(fù)雜問題。由于井壁失穩(wěn)引起的井下復(fù)雜事故，對鉆井、完井施工危害極大，一直是困擾國內(nèi)外石油工程界的突出難題。鉆井作業(yè)中，一旦發(fā)生井壁失穩(wěn)，不僅延誤鉆井時(shí)間、傷害油氣層、干擾地質(zhì)錄井等工作，導(dǎo)致井塌、卡鉆等一系列井下復(fù)雜情況與事故，嚴(yán)重井壁失穩(wěn)處理不當(dāng)時(shí)甚至?xí)?dǎo)致井眼報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。井壁泥頁巖的穩(wěn)定性取決于泥頁巖顆粒的表面化學(xué)特性。在水敏性泥頁巖中，穩(wěn)定作用取決于顆粒表面之間的氫鍵。當(dāng)水溶液削弱了泥頁巖顆粒之間的結(jié)合力時(shí)，強(qiáng)度降低，粘土的膨脹力便成為泥頁巖分散的主要因素。泥頁巖吸水一方面改變井壁巖石的力學(xué)性能，使巖石強(qiáng)度降低；另一方面產(chǎn)生水化膨脹，如果這種膨脹受到約束便會產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，從而改變近井壁的應(yīng)力狀態(tài)，誘發(fā)或加劇井壁巖石的受力不平衡。因此，鉆井液體系中要加入抑制劑來抑制泥頁巖的水化分散膨脹。隨著現(xiàn)階段鉆井液技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出許多不同形式、不同特點(diǎn)的抑制劑，其中聚合物包被抑制劑、陽離子聚合物抑制劑、硅酸鹽類抑制劑、胺類抑制劑等使用較為廣泛，同時(shí)現(xiàn)場應(yīng)用過程中也收到了不錯的效果，但是也存在著一些缺點(diǎn)。比如包被抑制劑和陽離子聚合物抑制劑等大分子的聚合物抑制劑，雖然能保持鉆屑的完整，但不能保持巖屑的強(qiáng)度。硅酸鹽類抑制劑最大的弱點(diǎn)就是流變性較難控制。現(xiàn)在使用的胺類抑制劑對鉆井液的流變性和濾失性影響較大，加量不易控制，而且不少胺類抑制劑生物毒性高，滿足不了現(xiàn)在鉆井工程中的環(huán)保要求。 鉆井過程中鉆井液使用的理想的強(qiáng)抑制劑的要求是，大幅度提高鉆井液對黏土和鉆屑抑制性，防止鉆頭泥包，利于提高了機(jī)械鉆速，具有高溫穩(wěn)定性，減少儲層傷害，生物毒性低，可以用于深水鉆井中。因此若能開發(fā)一種可以大幅度提高鉆井液的抑制性，防止泥頁巖的水化分散，減少鉆頭泥包；抑制泥巖的水化膨脹，防止井壁失穩(wěn)，而且與鉆井液體系適用性好，生物毒性低的新型鉆井液用強(qiáng)抑制劑，可以減少井壁失穩(wěn)的問題，縮短處理井下復(fù)雜情況的時(shí)間，這對于降低鉆井綜合成本、提高鉆井時(shí)效、加快勘探開發(fā)速度均具有極其重要的經(jīng)濟(jì)意義。目前使用的抑制劑要么只能保持鉆屑完整，但不能保持鉆屑強(qiáng)度；加入后鉆井液的性能變化較大，性能不易控制，或者生物毒性較高，不能滿足現(xiàn)在鉆井工程的環(huán)保要求。為了解決以上問題，研究開發(fā)了一種新型強(qiáng)抑制劑，即鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑、制備方法及應(yīng)用?？梢蕴岣咩@井液的抑制性，還可以大幅度提高鉆井液對黏土和鉆屑抑制性，防止鉆頭泥包，利于提高了機(jī)械鉆速，具有高溫穩(wěn)定性，減少儲層傷害，生物毒性低，可以用于深水鉆井中。本發(fā)明的目的之一是提供一種鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑。本發(fā)明的目的之二是提供一種所述鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑的制備方法。本發(fā)明一種鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑，該聚胺強(qiáng)抑制劑是通過胺類化合物在堿金屬催化劑存在下與環(huán)氧化合物在90-110°C條件下反應(yīng)合成的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑；所述的胺類化合物為聚醚胺、烷基胺、醚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺或多乙烯多胺；所述的環(huán)氧化合物為環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷。所述的胺類化合物優(yōu)選聚醚胺、烷基胺、醚胺，堿金屬催化劑優(yōu)選氫氧化鉀。所述的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑制備方法，胺類化合物在堿金屬催化劑存在下與環(huán)氧化合物在90-110°C條件下反應(yīng)合成的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑。所述的胺類化合物為聚醚胺、烷基胺、醚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺或多乙烯多胺。所述的環(huán)氧化合物為環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷；所述的胺類化合物與環(huán)氧化合物的加料摩爾比為1: 2 3 ;胺類化合物與堿金屬催化劑的重量比為950 1100: I;具體包括如下步驟:(I)反應(yīng)釜清洗干凈，烘干后抽真空，按比例加入胺類化合物和堿金屬催化劑，升溫;(2)反應(yīng)釜溫度升至90°C后開始加入環(huán)氧化合物，在溫度由90°C升至115°C范圍內(nèi)加入環(huán)氧化合物總量的30%，環(huán)氧丙烷分多次加入；加入過程中保證壓力不超過
0.3MPa，同時(shí)控制釜體溫度最大不超過125°C ；

(3)待反應(yīng)釜壓力降為零之后，保持溫度120°C左右繼續(xù)反應(yīng)lh，然后降溫出料，得到聚胺強(qiáng)抑制劑。本發(fā)明針對現(xiàn)有鉆井液用抑制劑存在的問題，提供了一種新型的鉆井液用強(qiáng)抑制劑及制備方法，利用本發(fā)明可以提高鉆井液的抑制性，還可以大幅度提高鉆井液對黏土和鉆屑抑制性，防止鉆頭泥包，利于提高了機(jī)械鉆速，具有高溫穩(wěn)定性，減少儲層傷害，生物毒性低，可以用于深水鉆井中。本發(fā)明得到的聚胺強(qiáng)抑制劑是一種具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)胺鹽H2NCH2CH2CH20CH2CH2NHR0H，(其中R = 2-10的烷基。最優(yōu)范圍為2_4的烷基。)可充填在黏土層間，并把它們束縛在一起，有效地減少黏土的吸水傾向；胺分子通過金屬陽離子吸附在黏土表面，或者是在離子交換中取代了金屬陽離子形成了對黏土的束縛；其抑制頁巖膨脹的機(jī)理不同于其他類鉆井液用抑制劑，而是由于胺基獨(dú)特的束縛作用。由于聚胺強(qiáng)抑制劑分子具有“遙爪型”的二胺或多胺類化合物結(jié)構(gòu)使其能嵌入黏土晶層，依靠首尾兩個(gè)或多個(gè)胺基固定黏土晶片，更好地發(fā)揮胺類化合物對泥頁巖、黏土的的優(yōu)良抑制作用。X射線衍射分析結(jié)果表明，當(dāng)聚胺強(qiáng)抑制劑濃度為0.5%時(shí)鈉膨潤土的層間距從
2.02nm降低至1.41nm，此后隨著濃度的增加層間距幾乎不再變化。通過X射線衍射層間距測試可知，加入聚胺強(qiáng)抑制劑能將粘土層間吸附的水分子驅(qū)出來，使粘土顆粒去水化，并可以通過架橋的方式穿過土層進(jìn)行束縛。該鉆井液強(qiáng)抑制劑適合于蒙脫石含量高易造漿的地層，及井壁水敏性強(qiáng)易水化膨脹，易失穩(wěn)垮塌，掉塊較嚴(yán)重的泥巖地層。該劑可大幅度提高鉆井液體系的抑制性，使用工藝簡單，加量少，可以有效降低鉆井液成本，減少復(fù)雜地層的井壁失穩(wěn)的問題。
該新型聚胺強(qiáng)抑制劑具有強(qiáng)抑制性，在宣化膨潤土加量高達(dá)30%時(shí)，對動切力有穩(wěn)定作用，體系配伍性好，巖屑滾動回收率可以達(dá)到90%以上，7h頁巖線性膨脹率10%，抗溫性能≥180°C，生物毒性低，LC50值為38010mg/L。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1新型聚胺強(qiáng)抑制劑的室內(nèi)小樣的合成: 起始劑聚醚胺加量為1004.8g，氫氧化鉀加量為lg，環(huán)氧丙烷加量為200.5g，攪拌速度小于150r/min,導(dǎo)熱油加熱。先加入起始劑聚醚胺和氫氧化鉀，升溫至90°C后加入15wt%環(huán)氧丙烷。升溫至110°C后分多次加入剩下的環(huán)氧丙烷。待最后一次加入環(huán)氧丙烷后，保持溫度為110 C左右，待壓力降為零之后，保持溫度120 C左右繼續(xù)反應(yīng)1h,冷卻，抽真空，出料。實(shí)施例2新型聚胺強(qiáng)抑制劑的工業(yè)中試:起始劑聚醚胺加量為588kg,氫氧化鉀加量0.6Kg,環(huán)氧丙燒加量為140kg。反應(yīng)釜清洗干凈并烘干后抽真空，先加入起始劑聚醚胺588Kg和氫氧化鉀0.6Kg，然后升溫。溫度升至90°C后開始加入環(huán)氧丙烷，在溫度由90°C升至115°C范圍內(nèi)加入環(huán)氧丙烷42kg，環(huán)氧丙烷分三次加入。待溫度升至115°C之后，將剩余的環(huán)氧丙烷分次加入，加入過程中保證壓力不超過0.3MPa，同時(shí)控制釜體溫度最大不超過125°C。待壓力降為零之后，保持溫度120°C左右繼續(xù)反應(yīng)lh，然后降溫出料。產(chǎn)物顏色為淡黃色，粘度適中，產(chǎn)物質(zhì)量為721kg，收率為99.04%。實(shí)施例3新型聚胺強(qiáng)抑制劑的工業(yè)生產(chǎn):起始劑聚醚胺加量為6045Kg，氫氧化鉀6Kg，環(huán)氧丙烷加量1206Kg。反應(yīng)釜內(nèi)先加入聚醚胺為6045Kg，氫氧化鉀6Kg，溫度升至90°C時(shí)通入184Kg環(huán)氧丙烷，然后繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度達(dá)到110°C時(shí)，后根據(jù)釜內(nèi)壓力變化間斷加入剩余環(huán)氧丙烷，共分七次投入。反應(yīng)過程中溫度最高時(shí)為135°C。整個(gè)反應(yīng)過程保證壓力不超過0.3MPa。當(dāng)釜內(nèi)壓力降為-0.03MPa并保持不變，通循環(huán)水冷卻、抽真空，然后出料。產(chǎn)物顏色為無色透明，粘度適中。實(shí)施例4起始劑聚醚胺加量為600g，氫氧化鉀加量為0.6g，環(huán)氧乙烷加量為88g，攪拌速度300r/min,導(dǎo)熱油加熱。先加入起始劑聚醚胺和氫氧化鉀,升溫至90°C后加入15wt%環(huán)氧乙烷。升溫至110°C后分三次加入剩下的環(huán)氧乙烷。待最后一次加入環(huán)氧乙烷后，保持溫度為110°C左右，待壓力降為零之后，繼續(xù)維持溫度30min，然后冷卻至常溫，開釜出料，得到無色或微黃色液體，可直接加入鉆井液中作為抑制劑。實(shí)施例5抑制宣化膨潤土造漿與抗溫性能測試步驟(以下為質(zhì)量分?jǐn)?shù)):在清水中加入聚胺強(qiáng)抑制劑配制3%的聚胺水溶液，再加入30%的宣化膨潤土高速攪拌15min，在不同溫度下熱滾16h，測其流變性。結(jié)果見表I。
實(shí)施例6鉆井液體系配伍性評價(jià)(以下均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))①4 %膨潤土漿+0.2 %陽離子懸浮聚合物+0.5 %有機(jī)硅醇抑制+0.2 %HV-CMC+1 %水解聚丙烯銨鹽+2.0%磺化酚醛樹脂+2.0%褐煤樹脂+2.0%浙青+2%碳酸鈣+30%重晶石(陽離子聚合物體系)②4 %膨潤土漿+0.2 %陽離子懸浮聚合物+0.5 %有機(jī)硅醇抑制劑+0.2 %HV-CMC+0.5%聚胺強(qiáng)抑制劑+1%水解聚丙烯銨鹽+2.0%磺化酚醛樹脂+2.0%褐煤樹脂+2.0%浙青+2%碳酸鈣+30%重晶石(陽離子聚合物體系)結(jié)果見表2。實(shí)施例7體系配伍性評價(jià)(以下為質(zhì)量分?jǐn)?shù))①4%膨潤土漿+0.3%聚丙烯酸鉀+3.0%磺化酚醛樹脂+3.0%褐煤樹脂+7.0%原油+0.3%乳化劑+2.5%浙青+30%重晶石(聚磺混油體系)②4%膨潤土漿+0.3%聚丙烯酸鉀+0.5%聚胺強(qiáng)抑制劑+3.0 %磺化酚醛樹脂+3.0%褐煤樹脂+7.0%原油+0.3%乳化劑+2.5%浙青+30%重晶石(聚磺混油體系)結(jié)果見表3。實(shí)施例8抑制性評價(jià):頁巖滾動回收率。這是鉆井液評價(jià)抑制性的常用方法。結(jié)果見表4。實(shí)施例9
生物毒性評價(jià)根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性檢驗(yàn)方法》(GB/T 18420.2-2009)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性分級》(GB 18420.1-2009)，由中國海洋局天津海洋監(jiān)測中心站檢測，根據(jù)本發(fā)明的LC5tl值為38010mg/L，為無毒產(chǎn)品。實(shí)施例10抑制頁巖膨脹性能(這是鉆井液評價(jià)抑制性的常用方法)結(jié)果見表5。表I
鉆井液實(shí)驗(yàn)條件[~pyP^p
3 %聚胺水溶液+30 %宣化膨潤土88°C熱滾16h1413
3 %聚胺水溶液+30 %宣化膨潤土120°C熱滾16h 17U75
3 %聚胺水溶液+30 %宣化膨潤土150°C熱滾16h 175 5
3 %聚胺水溶液+30 %宣化膨潤土180°C熱滾16h 16Tl,PV:鉆井液塑性粘度，mPa.sYP:鉆井液動切力，Pa表權(quán)利要求
1.一種鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑，其特征在于，該聚胺強(qiáng)抑制劑是通過胺類化合物在堿金屬催化劑存在下與環(huán)氧化合物在90-110°C條件下反應(yīng)合成的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑；所述的胺類化合物為聚醚胺、烷基胺、醚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺或多乙烯多胺；所述的環(huán)氧化合物為環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑，其特征在于所述的胺類化合物為聚醚胺、烷基胺或醚胺；堿金屬催化劑為氫氧化鉀。
3.權(quán)利要求1 2之一所述的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑制備方法，其特征在于，胺類化合物在堿金屬催化劑存在下與環(huán)氧化合物在90-110°C條件下反應(yīng)合成的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑；所述的胺類化合物為聚醚胺、烷基胺、醚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺或多乙烯多胺；所述的環(huán)氧化合物為環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷；所述的胺類化合物與環(huán)氧化合物的加料摩爾比為1: 2 3 ;胺類化合物與堿金屬催化劑的重量比為950 1100: I ;包括如下步驟: (1)反應(yīng)釜清洗干凈，烘干后抽真空，按比例加入胺類化合物和堿金屬催化劑，升溫； (2)反應(yīng)釜溫度升至90°C后開始加入環(huán)氧化合物，在溫度由90°C升至115°C范圍內(nèi)加入環(huán)氧化合物總量的30%，環(huán)氧丙烷分多次加入；加入過程中保證壓力不超過0.3MPa，同時(shí)控制釜體溫度最大不超過125°C ； (3)待反應(yīng)釜壓力降為零之后，保持溫度120°C左右繼續(xù)反應(yīng)lh，然后降溫出料。
4.權(quán)利要 求1 2之一所述的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑在鉆井中的應(yīng)用，其特征在于:在鉆井液體系中加入0.5% 1.0的所述聚胺強(qiáng)抑制劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑，該聚胺強(qiáng)抑制劑是通過胺類化合物在堿金屬催化劑存在下與環(huán)氧化合物在90-110℃條件下反應(yīng)合成的鉆井液用聚胺強(qiáng)抑制劑；所述的胺類化合物為聚醚胺、烷基胺、醚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺或多乙烯多胺；所述的環(huán)氧化合物為環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷。針對高溫強(qiáng)水敏易失穩(wěn)地層，通過特殊的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使該抑制劑具有強(qiáng)抑制性，能抑制粘土造漿和頁巖的水化膨脹。該抑制劑在宣化膨潤土加量高達(dá)30％時(shí)，對動切力有穩(wěn)定作用，巖屑滾動回收率可以達(dá)到90％以上，8h頁巖線性膨脹率≤10％，抗溫性能≥180℃，生物毒性低，LC50值大于38010mg/L。
文檔編號C08G65/00GK103087691SQ20111033489
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者張國, 劉貴傳, 徐江, 梅春桂, 劉金華, 陳紅壯, 高偉 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院