一种无固相钻井液的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种无固相钻井液，其包括水和聚合物溶胀微粒。优选所述无固相钻井液中还包括碱和/或盐。本发明制备得到的无固相钻井液，可根据地层需要选择不同种类、溶胀倍数和粒径的聚合物溶胀微粒进行搭配。该无固相钻井液性能稳定，具有良好的抗温、抗盐能力，且可达到流变性、润滑性和降滤失性均处于较好水平，与常规无固相钻井液相比其配浆、维护工艺都比较简单。
【专利说明】一种无固相钻井液
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无固相钻井液。
【背景技术】
[0002]无固相钻井液体系中不含膨润土，其主要组成为有机高分子聚合物和盐。以盐类作为加重剂和抑制剂，提高体系的防塌能力；以高分子聚合物作为提粘提切剂，使体系具有很好的携带悬浮岩屑的能力；与清水相比，无固相钻井液能在井壁上形成薄而韧的吸附膜，具有一定的护壁防塌能力，并有较好的润滑和减阻作用；与含有膨润土的固相钻井液相比，它具有低流动阻力、粘度可调等优点，有利于井下马达的正常工作和井底钻头碎岩效率的提高，从而保持较高的钻进速度；另外无固相钻井液还具有粘度低，静切力小，利于除砂、除气，不存在高温分散、钝化等作用，特别适用于低压、低渗裂缝发育的气藏，利于发现和保护气层。
[0003]常规无固相钻井液提粘提切方面主要以黄原胶为主，黄原胶具有较好的抗剪切能力和良好的悬浮性，但黄原胶抗温效果较差，且其价格昂贵，特别在深井钻井时，每天需要大量黄原胶来维护泥浆粘切，极大地提高了钻井液成本；无固相钻井液降失水方面主要依靠超细碳酸钙形成泥饼，配合淀粉类物质填充来共同控制，这三种物质保持一定的比例，使钻井液体系维持好的粘度和降失水能力。在钻井过程中需要对三种处理剂的加量进行维护，确保合适加量及比例。
[0004]专利申请CN102433107描述了一种钻井液用低分子量聚合物型降滤失剂，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸盐和烯基磺酸盐经共聚反应而得；该降滤失剂在饱和盐水浆中，经200°C高温老化16h后 ，中压失水较小，在高密度钻井液体系中不会高温稠化，具有较好的降滤失效果。但所得的降滤失剂是不可用于无固相钻井液体系的。
[0005]本发明根据钻井液对聚合物的要求，从单体结构和聚合物分子结构设计出发，希望开发出一种同时兼具增粘、提切和降滤失效果的无固相钻井液主处理剂。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种无固相钻井液，其包括水和聚合物溶胀微粒。
[0007]优选本发明所述无固相钻井液中还包括碱和/或盐。在钻井过程中通常会产生钻屑，在无固相钻井液中加碱有利于钻屑的悬浮和分散，且将碱加入本发明中的无固相钻井液后并不会对钻井液的流变性和滤失性带来不利影响，因此，优选本发明的无固相钻井液中包含一定浓度的碱。在钻井过程中，盐可作为抑制剂提高体系的防塌能力，且本发明所述无固相钻井液的抗盐性能良好，因而优选本发明的无固相钻井液中还包含一定浓度的盐。
[0008]在本发明的一个优选实施例中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述盐为KCl或NaCl。
[0009]在本发明的另一个优选实施例中，所述聚合物溶胀微粒为两种或两种以上的不同交联度和/或不同粒度的聚合物溶胀微粒的混合物。通过不同种聚合物溶胀微粒间的混合调配，可使得本发明所述的无固相钻井液适合不同种地层的需要。
[0010]在本发明中，优选所述聚合物溶胀微粒由丙烯酰胺、丙烯酸、烯基磺酸盐单体、交联剂、引发剂、水和PH值调节剂反应制备得到。其中，所述pH值调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。其中，所述交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷、N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。所述烯基磺酸盐单体为乙烯磺酸钠、乙烯磺酸钾、丙烯磺酸钠、丙烯磺酸钾、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钾、异戊二烯磺酸钠、异戊二烯磺酸钾、对苯乙烯磺酸钠和对苯乙烯磺酸钾中的一种或多种。所述引发剂为氧化还原引发剂，其中氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和异丙苯过氧化氢中的一种或多种；还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、四甲基乙二胺、氯化亚铁和氯化亚铜中的一种或多种。
[0011]在本发明的一个优选实施例中，制备所述聚合物溶胀微粒过程中，以质量计，丙烯酰胺10-100份，丙烯酸2~20份，烯基磺酸盐单体5飞O份，交联剂0.1-30份，引发剂0.01-0.5份；优选所述丙烯酰胺10-60份，丙烯酸2~12份，烯基磺酸盐单体10-30份，交联剂0.1~20份，引发剂0.1~0.3份。
[0012]本发明还提供一种如上所述的无固相钻井液的制备方法，包括往水中加入一种或几种不同交联度和/或不同粒度的聚合物溶胀微粒，再可选择地加入盐和/或碱，并搅拌混匀。
[0013]在上述制备方法中，优选所述聚合物溶胀微粒加量为0.l_5wt%，更优选为0.2-2wt% ;所述盐的加量为0.01-10wt%,更优选为0.r5wt% ;所述碱的加量为0.001 ~0.5wt%，更优选为 0.1-0.2wt%o
[0014]本发明为一种新的无固相钻井液，其主要成分为聚合物溶胀微粒，聚合物溶胀微粒是一种具有多种几何形状的网状结构高分子，它不同于现有技术中的线性高分子聚合物。在合成过程中通过控制不同的交联度来控制它在水中的溶解性，一般而言，聚合物溶胀微粒在水中的溶胀作用大于溶解作用。本发明中聚合物溶胀微粒提高粘度和切力的机理与常规聚合物提高粘度和切力的机理不同，常规聚合物依靠分子链间的缠结和内摩擦来提高体系的粘度；而聚合物溶胀微粒由于具有一定的交联度，属于部分交联聚合物，交联的部分在水中溶胀，形成网络支撑结构，未交联的部分溶解，分子链扩散到水中，整体形成一个类似于“毛球”的结构；扩散的分子链彼此缠结维持体系的粘度和切力，支撑的内部交联结构自由分散成不同尺寸的微小粒子，作为体系的固相粒子，用于形成泥饼降低体系滤失，和封堵微裂隙，提高稳定井壁能力；因此，本发明中使用聚合物溶胀微粒作为唯一主剂的无固相钻井液同时兼具增粘、提切和降滤失的多重作用。
[0015]本发明中配制无固相钻井液时只需要按照一定配比加入聚合物溶胀微粒即可，无需添加黄原胶或超细碳酸钙等处理剂来增粘、提切和降滤失，也不需要考虑各组分的配比变化等问题，体系组成和维护处理都比较简单，成本低廉，具有很好的使用效果和应用价值。
[0016]本发明所得的无固相钻井液，对于提高机械钻、保护油气层具有很好的效果。且所述钻井液体系配浆工艺简单，性能稳定，流变性、润滑性和降滤失性好，还具有良好的抗温、抗盐能力。【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
[0018]聚合物溶胀微粒制备实施例
[0019]聚合物溶胀微粒A制备:在反应釜内加入水和氢氧化钠20Kg，搅拌均匀后冷却至室温，然后加入甲基丙烯磺酸钠150Kg，待完全溶解后，转入混合釜，搅拌下加入丙烯酰胺400Kg，待完全溶解后，加入丙烯酸90Kg，搅拌均匀；将混合溶液放入聚合釜中，用氢氧化钠水溶液调节聚合体系的PH值为9.5，控温为20°C，加入过硫酸钾、四甲基乙二胺水溶液引发剂共2Kg引发反应，维持聚合反应1.5h ;然后加入环氧氯丙烷20Kg，控温50°C，维持交联反应2h，将聚合得到的胶状物切割、造粒后，送入烘干房，在105°C下烘干，然后粉碎得到10-20目的聚合物溶胀微粒A。
[0020]聚合物溶胀微粒B制备:其制备方法与聚合物溶胀微粒A制备基本相同，仅将其中的“环氧氯丙烷20Kg”改为使用“N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺40Kg”，且粉碎后得到20-30目的聚合物溶胀微粒B。
[0021]聚合物溶胀微粒C制备:其制备方法与聚合物溶胀微粒A制备基本相同，仅将其中的“环氧氯丙烷20Kg”改为使用“环氧氯丙烷60Kg”，且粉碎后得到30-40目的聚合物溶胀微粒C。
[0022]聚合物溶胀微粒D制备:其制备方法与聚合物溶胀微粒A制备基本相同，仅将其中的“环氧氯丙烷20Kg”改为使用“乙二醇二丙烯酸酯lOOKg”，且粉碎后得到40-50目的聚合物溶胀微粒D。
[0023]聚合物溶胀微粒E制备:其制备方法与聚合物溶胀微粒A制备基本相同，仅将其中的“环氧氯丙烷20Kg”改为使用“N-羟甲基丙烯酰胺150Kg”，且粉碎后得到50目以上的聚合物溶胀微粒E。
[0024]实施例1
[0025]本实施例以聚合物溶胀微粒A配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水和Ig (0.25wt%)聚合物溶胀微粒A ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0026]实施例2
[0027]本实施例以聚合物溶胀微粒A配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水、Ig (0.25wt%)聚合物溶胀微粒A和8g (2wt%) NaCl ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0028]实施例3
[0029]本实施例以聚合物溶胀微粒A配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水；加入2g (0.5wt%)聚合物溶胀微粒A和0.4g NaOH ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0030]实施例4
[0031]本实施例以聚合物溶胀微粒A配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL 水；加入 2g (0.5wt%)聚合物溶胀微粒 Α、0.4g NaOH 和 8g (2wt%) NaCl ;并在 10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0032]实施例5
[0033]本实施例以两种聚合物溶胀微粒A和E配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水；加入聚合物溶胀微粒A和E各2g (共占lwt%)、0.4gNaOH和8g (2wt%)KCl ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表I ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0034]实施例6
[0035]本实施例以四种聚合物溶胀微粒Al配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水；加入聚合物溶胀微粒A~D各2g (共占2wt%)、0.4gNaOH和20g(5wt%)KCl ；并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。另外，还测试本实施例中无固相钻井液在常温和120°C老化16h的极压润滑系数见表2。
[0036]实施例7
[0037]本实施例以四种聚合物溶胀微粒Al配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水；加入聚合物溶胀微粒A~D各2g (共占2wt%)、0.4g NaOH和8g (2wt%)NaCl ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0038]实施例8
[0039]本实施例以五种聚合物 溶胀微粒A~E配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水；加入聚合物溶胀微粒A和E各lg、聚合物溶胀微粒Bi各2g (五种聚合物溶胀微粒共占2wt%)、0.4g NaOH和20g (5wt%)KCl ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0040]实施例9
[0041]本实施例以五种聚合物溶胀微粒Al配制无固相钻井液。具体步骤为:往高搅杯中加入400mL水；加入聚合物溶胀微粒A和E各lg、聚合物溶胀微粒Bi各2g (五种聚合物溶胀微粒共占2wt%)、0.4g NaOH和20g (5wt%) NaCl ;并在10000转/min的转速下高速搅拌溶液20min ;检测其室温下的常规性能数据见表1 ;再在120°C下热滚上述溶液16h，检测120°C下老化后的常规性能数据见表1。
[0042]对比例I
[0043]用普通的聚合物配制常规无固相钻井液。其配方为:400mL水+0.5wt%黄原胶+0.5wt%淀粉+5wt%KCL+0.lwt%Na0H+5wt%超细碳酸钙，分别在室温和120°C下热滚老化16h后的常规性能检测数据见表1、润滑性能检测数据见表2。
[0044]表1
[0045]
【权利要求】
1.一种无固相钻井液，其包括水和聚合物溶胀微粒。
2.根据权利要求1所述的无固相钻井液，其特征在于，所述无固相钻井液中还包括碱和/或盐。
3.根据权利要求2所述的无固相钻井液，其特征在于，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述盐为KCl或NaCl。
4.根据权利要求1所述的无固相钻井液，其特征在于，所述聚合物溶胀微粒为两种或两种以上的不同交联度和/或不同粒度的聚合物溶胀微粒的混合物。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的无固相钻井液，其特征在于，所述聚合物溶胀微粒由丙烯酰胺、丙烯酸、烯基磺酸盐单体、交联剂、引发剂、水和pH值调节剂反应制备得到。
6.根据权利要求5所述的无固相钻井液，其特征在于:所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷、N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的无固相钻井液，其特征在于:所述烯基磺酸盐单体为乙烯磺酸钠、乙烯磺酸钾、丙烯磺酸钠、丙烯磺酸钾、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钾、异戊二烯磺酸钠、异戊二烯磺酸钾、对苯乙烯磺酸钠和对苯乙烯磺酸钾中的一种或多种；所述引发剂为氧化还原引发剂，其中氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和异丙苯过氧化氢中的一种或多种；还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、四甲基乙二胺、氯化亚铁和氯化亚铜中的一种或多种。
8.根据权利要求5~7中任意一项所述的无固相钻井液，其特征在于:制备所述聚合物溶胀微粒过程中，以质量计，丙烯酰胺10-100份，丙烯酸2~20份，烯基磺酸盐单体5~6O份，交联剂0.1~30份，引发剂0.01~0.5份；优选所述丙烯酰胺10-60份，丙烯酸2~12份，烯基磺酸盐单体10~30份，交联剂0.1~20份，引发剂0.1~0.3份。
9.一种如权利要求广8中任意一项所述的无固相钻井液的制备方法，其特征在于，往水中加入一种或几种不同交联度和/或不同粒度的聚合物溶胀微粒，再可选择地加入盐和/或碱，并搅拌混匀。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合物溶胀微粒加量为0.l-5wt%,优选为0.2-2wt% ;所述盐的加 量为0.01-10wt%,优选为0.l~5wt% ;所述碱的加量为.0.001 ~0.5wt%，优选为 0.1~0.2wt%.
【文档编号】C08F228/02GK103509536SQ201210215236
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】赵素丽, 钱晓琳, 陈铖, 杨小华, 李胜, 董晓强, 王琳 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院