本發(fā)明涉及一種石油鉆井液助劑，特別是一種鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。本發(fā)明還涉及所述鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)油氣資源豐富,隨著近幾十年的油氣田開發(fā)，頁(yè)巖抑制和環(huán)境保護(hù)一直是鉆井液性能研究的重要課題，至今成熟的水基鉆井液體系滿足不了強(qiáng)抑制性的大斜度井及深井的性能需要。頁(yè)巖是由粘土顆粒硬化而成，易吸水膨脹碎裂。尤其是鉆井過程中遇到炭質(zhì)頁(yè)巖，遇水后在非常短的時(shí)間內(nèi)膨脹垮塌，造成井壁坍塌、卡鉆等一系列井下復(fù)雜事故。我國(guó)在針對(duì)炭質(zhì)泥頁(yè)巖垮塌的問題仍然沒有有效的手段解決。
隨著油氣開采技術(shù)的進(jìn)步，在鉆井過程中遇到的井壁不穩(wěn)定情況也越來越復(fù)雜，但是抑制劑的種類沒有太大的發(fā)展。目前常用的鉆井液助劑中起抑制作用的主要為氯化鉀、甲酸鉀、瀝青、聚胺等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品都各有優(yōu)缺點(diǎn)，無機(jī)類抑制劑成本低，但是用量大抑制效果相對(duì)較差；有機(jī)類抑制劑用量少，抑制效果優(yōu)異，但是成本高，對(duì)油氣層有損害。
發(fā)明人檢索到以下相關(guān)專利文獻(xiàn)：CN104140490A公開了一種無黏土相鉆井液用聚合物抑制劑及其制備方法。該聚合物抑制劑由有機(jī)酰胺類單體A、抑制酰胺基水解單體B、陽(yáng)離子單體C按(56～76)：(10～25)：(14～19)的質(zhì)量百分比，在引發(fā)劑和pH值調(diào)節(jié)劑的作用下共聚而成。其特性黏數(shù)為2.0～3.0dl/g。CN103773333A公開了一種高溫抗油泡沫鉆井液及其制備方法，其特征是泡沫液發(fā)泡劑0.5-3份、穩(wěn)泡劑0.5-2份、抗油乳化劑0.1-0.5份、抑制劑1-2份、殺菌劑0.05-0.3份、水100份。在水中依次按比例加入穩(wěn)泡劑、抑制劑、乳化劑和殺菌劑，高速攪拌或循環(huán)30-50分鐘后，加入發(fā)泡劑，攪拌或循環(huán)1-10分鐘即得到該泡沫液。
以上這些技術(shù)對(duì)于如何使有機(jī)硅聚合物做到抑制性強(qiáng)，吸附包覆粘土顆粒能力強(qiáng)，能有效的降低頁(yè)巖的膨脹系數(shù)，減小粘土的造漿率，抑制頁(yè)巖的水化分散，提高井壁的穩(wěn)定性，并未給出具體的指導(dǎo)方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物，它抑制性強(qiáng)，吸附包覆粘土顆粒能力強(qiáng)，它能有效的降低頁(yè)巖的膨脹系數(shù)，減小粘土的造漿率，抑制頁(yè)巖的水化分散，提高井壁的穩(wěn)定性，抑制垮塌，有效的保護(hù)油氣層。
為此，本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于，提供一種鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物(或者說是作為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑的有機(jī)硅聚合物)，其技術(shù)方案在于它是由下述重量配比的原料制成的(經(jīng)聚合反應(yīng)合成的)：
上述的天然高分子聚合物選自木質(zhì)素、殼聚糖、纖維素中的一種，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈中的一種，分子量調(diào)節(jié)劑選自十二烷基硫醇、甲基丙烯磺酸鈉、巰基丙酸中的一種。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在60℃～80℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)至2小時(shí)10分鐘，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在120～160℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為8～10小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自木質(zhì)素，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自十二烷基硫醇。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在80℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在150℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自殼聚糖，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自甲基丙烯磺酸鈉。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在60℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在120℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自纖維素，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異戊腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自巰基丙酸。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在70℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在130℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為9小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自殼聚糖，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自巰基丙酸。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在70℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在125℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自殼聚糖，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自巰基丙酸。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在75℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在150℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為9小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈。步驟①中天然高分子聚合物的水解溫度為70～80℃，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)；步驟②中聚合反應(yīng)溫度選用150～160℃，反應(yīng)時(shí)間選用8～9小時(shí)。
本發(fā)明提供的基于天然高分子聚合物及有機(jī)硅單體聚合而成的鉆井液用抑制劑(有機(jī)硅聚合物，也稱為本產(chǎn)品)的性能良好，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本產(chǎn)品可以使鉆井液具有憎水的毛細(xì)作用，具有較強(qiáng)的抑制泥頁(yè)巖膨脹性能。目前市場(chǎng)中能夠達(dá)到《鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物》(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 1062-2009)的產(chǎn)品非常少，主要是抑制性較差，本產(chǎn)品的抑制性能夠達(dá)到60％以上，能較市場(chǎng)中同類產(chǎn)品提高了15％～20％。
(2)本產(chǎn)品中引入的有機(jī)硅化合物，使產(chǎn)品具有較強(qiáng)的抗溫、降粘作用，改善鉆井液的流變性能，抗溫性能可達(dá)到180℃以上。
(3)本產(chǎn)品無異味、無毒，無害。目前市場(chǎng)中同類產(chǎn)品均加入了丙烯腈鹽，以提高產(chǎn)品的抑制性能，但是產(chǎn)品的強(qiáng)堿性特征使丙烯腈鹽具有不穩(wěn)定性，會(huì)產(chǎn)生大量的刺激性氣味(氨氣)，對(duì)人體和環(huán)境具有一定的危害。本產(chǎn)品以可降解的天然高分子替代了丙烯腈鹽，不會(huì)產(chǎn)生任何刺激性氣體，對(duì)人體和環(huán)境不會(huì)造成危害。與已有相關(guān)的抑制劑相比，本發(fā)明的制造成本降低了22％以上。
綜上所述，本發(fā)明的抑制性強(qiáng)，吸附包覆粘土顆粒能力強(qiáng)，它有效的降低了頁(yè)巖的膨脹系數(shù)，減小了粘土以及膨潤(rùn)土的造漿率，抑制了頁(yè)巖的水化分散，提高了井壁的穩(wěn)定性，抑制了垮塌，有效的保護(hù)了油氣層。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：本發(fā)明的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自木質(zhì)素，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自十二烷基硫醇。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在80℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在150℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
實(shí)施例2：本發(fā)明的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自殼聚糖，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自甲基丙烯磺酸鈉。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在60℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在120℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
實(shí)施例3：本發(fā)明的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自纖維素，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異戊腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自巰基丙酸。
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在70℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在130℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為9小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
實(shí)施例4：本發(fā)明的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的天然高分子聚合物選自殼聚糖，上述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異庚腈，分子量調(diào)節(jié)劑選自巰基丙酸；
所述的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物的制備方法包括如下工藝步驟：①首先按上述重量配比稱取天然高分子聚合物，將其加入到反應(yīng)釜中，將所述天然高分子聚合物進(jìn)行降解反應(yīng)，使其在70℃下水解成大分子化合物，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，得到中間產(chǎn)物；②然后再在中間產(chǎn)物中(可以是依次)加入上述有機(jī)硅單體、偶氮類引發(fā)劑以及分子量調(diào)節(jié)劑，在125℃下聚合，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，最終所得的產(chǎn)物即為鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物。
以下為本發(fā)明的試驗(yàn)部分(參見表1)：
將鈣膨潤(rùn)土通過孔徑為0.125mm的標(biāo)準(zhǔn)篩后與105℃±2℃下烘干4小時(shí)，取出在干燥器中冷卻5min后稱取10.00g±0.01g裝入頁(yè)巖膨脹儀測(cè)筒中，在壓力機(jī)上加壓4MPa并保持5.0min,制得試驗(yàn)巖心，把裝有巖心的測(cè)筒安裝在頁(yè)巖膨脹測(cè)試儀上，樣品溶液注入測(cè)筒，測(cè)定8小時(shí)線性膨脹量，同時(shí)用蒸餾水做空白試驗(yàn)。
樣品溶液濃度為3％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，用NP-01頁(yè)巖線性膨脹儀測(cè)定加樣后的膨脹量。頁(yè)巖膨脹降低率計(jì)算公式為：
△H--3％試樣溶液巖心線性膨脹量
△H1--蒸餾水巖心線性膨脹量
表1
堿含量、硅含量、表觀粘度降低率按Q/SY 1062-2009石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；
本發(fā)明的鉆井液用頁(yè)巖抑制劑有機(jī)硅聚合物在鉆井液體系中的用量根據(jù)實(shí)際的鉆井地質(zhì)條件而定，不同區(qū)塊的地質(zhì)條件決定了有機(jī)硅聚合物加量的不同，如在我國(guó)川慶鉆井過程中，有機(jī)硅聚合物的加量一般為2％-3％(重量百分比)。
本發(fā)明(以上各實(shí)施例)中引入的有機(jī)硅化合物，使產(chǎn)品(有機(jī)硅聚合物)具有較強(qiáng)的抗溫、降粘作用，改善鉆井液的流變性能，抗溫性能可達(dá)到180℃以上。本產(chǎn)品無異味、無毒，無害。目前市場(chǎng)中同類產(chǎn)品均加入了丙烯腈鹽，以提高產(chǎn)品的抑制性能，但是產(chǎn)品的強(qiáng)堿性特征使丙烯腈鹽具有不穩(wěn)定性，會(huì)產(chǎn)生大量的刺激性氣味(氨氣)，對(duì)人體和環(huán)境具有一定的危害。本產(chǎn)品以可降解的天然高分子替代了丙烯腈鹽，不會(huì)產(chǎn)生任何刺激性氣體，對(duì)人體和環(huán)境不會(huì)造成危害。與已有相關(guān)的抑制劑相比，本發(fā)明(以上各實(shí)施例)的制造成本皆降低了22％以上。
綜上所述，本發(fā)明的抑制性強(qiáng)，吸附包覆粘土顆粒能力強(qiáng)，它有效的降低了頁(yè)巖的膨脹系數(shù)，減小了粘土以及膨潤(rùn)土的造漿率，抑制了頁(yè)巖的水化分散，提高了井壁的穩(wěn)定性，抑制了垮塌，有效的保護(hù)了油氣層。
根據(jù)上述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)描述。需要說明的是，以上實(shí)施例僅僅為了舉例本說明而已。在不偏離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的多種替換方案和改進(jìn)方案，其均應(yīng)被理解為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。