一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂及其制备方法

摘要

本发明提供了一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂及其制备方法，按重量百分比配比，在密闭反应釜中加入所需的配比余量水，加入50％～70％的天然双糖搅拌溶解，通入纯氮气搅拌0.5h，80℃～90℃时，先后均匀加入5％～7％溴乙酸、2％～5％氢氧化钠搅拌1h，120℃～125℃时，用1h均匀加入2.5％～3.5％二乙醇胺，搅拌反应1h，再先后加入0.1％～0.5％乙酸酐、0.5％～1.5％N‑溴乙酰胺，搅拌反应3h停止加温，加入0.2％～0.6％冰醋酸调整pH值至8‑9；冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎制得该抑制剂。本发明满足稳定井壁、保护产层、保护环境等要求，同时又能降低泥页岩抑制剂制备成本。

权利要求

1.一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：50%～70%，溴乙酸：5%～7%，二乙醇胺: 2.5%～3.5%，氢氧化钠：2%～5%，乙酸酐：0.1%～0.5%，N-溴乙酰胺0.5%～1.5%，冰醋酸：0.2%～0.6%,其余是水；

该钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂的制备方法是：在密闭反应釜中加入所需的水，开始搅拌，加入所需的50%～70%的天然双糖直到完全溶解后，通入纯氮气继续搅拌0.5h，当反应釜温度达到80℃～90℃时，先后均匀加入所需的5%～7%的溴乙酸、2%～5%的氢氧化钠，搅拌反应1h，继续升温至120℃～125℃，用1h时间均匀加入所需的2.5%～3.5%的二乙醇胺，搅拌反应1h，再先后加入所需的0.1%～0.5%的乙酸酐、0.5%～1.5%的N-溴乙酰胺，搅拌反应

3h，停止加温，加入所需的0.2%～0.6%的冰醋酸将pH值调整至8-9；冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎，即制得所述钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂。

2.如权利要求1所述的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，所述的天然双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖中的一种或者多种的混合物。

3.如权利要求1所述的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，所述的溴乙酸为天然双糖重量的10.0%。

4.如权利要求1所述的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，所述的二乙醇胺为天然双糖重量的5.0%。

5.如权利要求1所述的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，所述抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：60%，溴乙酸：6%，二乙醇胺: 3%，氢氧化钠：2%，乙酸酐：0.3%，N-溴乙酰胺1%，冰醋酸：0.2%,其余是水。

6.如权利要求1所述的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，所述抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：70%，溴乙酸：7%，二乙醇胺: 3.5%，氢氧化钠：

5%，乙酸酐：0.5%，N-溴乙酰胺1.5%，冰醋酸：0.6%,其余是水。

7.如权利要求1所述的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其特征在于，所述抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：50%，溴乙酸：5%，二乙醇胺:2.5%，氢氧化钠：

2%，乙酸酐：0.1%，N-溴乙酰胺0.5%，冰醋酸：0.2%,其余是水。

说明书

一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水基钻井液用泥页岩抑制剂及其制备方法，尤其是一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 鄂尔多斯盆地长庆油田常规井、水平井、探井钻井过程中，目前使用的钻井液用泥页岩抑制剂品种繁多，无机抑制剂如：氯化钾、氯化钠、氯化钙等，有机抑制剂如：聚合醇、乙二醇、阳离子聚合物等等，随着新两法(新环境保护法、新安全生产法)的强力实施，为了保护水源将禁止使用无机盐类抑制剂，防止其对地下水造成无以挽回的环境污染，而部分有机抑制剂由于原材料选取、生产加工工艺等原因导致最终产品都不同程度含有对环境、人身健康有毒有害的物质，且质量又不稳定，加上追求市场高额利润，其中的某些产品综合质量更不能有效满足安全钻井、保护环境的需求。近年来长庆油田油气当量实现5000万吨/年的宏伟目标，为了在“三低”(低渗、低压、低丰度)油气田，甚至在某些区块是超低渗透型的大背景下要实现稳产增产，水平井规模(特别是水平井、超长水平井、储气库井等)也不断扩大，水平段也不断加长延伸，对钻井液用泥页岩抑制剂的用量剧增，同时对钻完井液的稳定井壁能力、保护环境提出极高的要求，使得以天然原材料研究环保无毒、可生物降解的钻井液泥页岩抑制剂尤为显得迫切。

[0003] 随着我国双糖产地多、来源丰富，价格便宜，为研发低成本、环境友好的钻井液用泥页岩抑制剂提供了一条有效的、全新的途径。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于以天然双糖为基础原料研制无生物毒性、可生物降解的钻井液用泥页岩抑制剂，满足长庆油田规模开发过程稳定井壁、保护产层、保护环境等对钻井液泥页岩抑制剂的要求，同时又能降低泥页岩抑制剂制备成本的水基钻井液用泥页岩抑制剂及其制备方法。

[0005] 为此，本发明提供了一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，其技术方案是：一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂，由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：50％～70％，溴乙酸：5％～7％，二乙醇胺:2.5％～3.5％，氢氧化钠：2％～5％，乙酸酐：0.1％～0.5％，N-溴乙酰胺0.5％～1.5％，冰醋酸：0.2％～0.6％,其余是水。

[0006] 上述的天然双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖中的一种或者多种的混合物。

[0007] 上述的溴乙酸为天然双糖重量的10.0％。

[0008] 上述的二乙醇胺为天然双糖重量的5.0％。

[0009] 上述抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：60％，溴乙酸：6％，二乙醇胺:3％，氢氧化钠：2％，乙酸酐：0.3％，N-溴乙酰胺1％，冰醋酸：0.2％,其余是水。

[0010] 上述抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：70％，溴乙酸：7％，二乙醇胺:3.5％，氢氧化钠：5％，乙酸酐：0.5％，N-溴乙酰胺1.5％，冰醋酸：0.6％,其余是水。

[0011] 上述抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：50％，溴乙酸：5％，二乙醇胺:2.5％，氢氧化钠：2％，乙酸酐：0.1％，N-溴乙酰胺0.5％，冰醋酸：0.2％,其余是水。

[0012] 上述抑制剂的制备方法：在密闭反应釜中加入所需的水，开始搅拌，加入所需的50％～70％的天然双糖直到完全溶解后，通入纯氮气继续搅拌0.5h，当反应釜温度达到80℃～90℃时，先后均匀加入所需的5％～7％的溴乙酸、2％～5％的氢氧化钠，搅拌反应1h，继续升温至120℃～125℃，用1h时间均匀加入所需的2.5％～3.5％的二乙醇胺，搅拌反应
1h，再先后加入所需的0.1％～0.5％的乙酸酐、0.5％～1.5％的N-溴乙酰胺，搅拌反应3h，停止加温，加入所需的0.2％～0.6％的冰醋酸将pH值调整至8-9；冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎，即制得所述钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂。

[0013] 本发明的有益效果：本发明以天然双糖为基础原料研制出了一种钻井液用泥页岩抑制剂，该泥页岩抑制剂水溶性、配伍性良好，有效抑制泥页岩膨胀、分散、掉块、垮塌，维持井壁稳定能力强，无生物毒性、可生物降解属于环保型，所采用的原材料成本低，制备方法和所需设备条件简单，易于实施，既能满足长庆规模化钻井施工过程中对钻井液泥页岩抑制剂要求，又能大幅度降低生产成本，同时为研究天然环保型钻井液完井液提供技术支持，经济效益和社会效益良好，很值得推广应用。本发明可应用于鄂尔多斯盆地长庆油田常规井、探井、分支水平井、超长水平井、储气库井等，有效抑制泥页岩水化分散、掉块坍塌，提高钻井液稳定井壁的能力，既满足安全钻井需求又利于环境保护。

具体实施方式

[0014] 实施例1：

[0015] 本发明提供了一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂及其制备方法，该抑制剂由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：50％～70％，溴乙酸：5％～7％，二乙醇胺:2.5％～3.5％，氢氧化钠：2％～5％，乙酸酐：0.1％～0.5％，N-溴乙酰胺0.5％～1.5％，冰醋酸：
0.2％～0.6％,其余是水。其中天然双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖中的一种或者多种的混合物。

[0016] 在满足上述配制比例的前提下，所述溴乙酸可取为天然双糖重量的10.0％。所述二乙醇胺可取为天然双糖重量的5.0％。

[0017] 本发明所提供的一种钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂的制备方法，其具体制备方法是：在密闭反应釜中加入所需的水，开始搅拌，加入所需的50％～70％的天然双糖直到完全溶解后，通入纯氮气继续搅拌0.5h，当反应釜温度达到80℃～90℃时，先后均匀加入所需的5％～7％的溴乙酸、2％～5％的氢氧化钠，搅拌反应1h，继续升温至120℃～125℃，用1h时间均匀加入所需的2.5％～3.5％的二乙醇胺，搅拌反应1h，再先后加入所需的0.1％～0.5％的乙酸酐、0.5％～1.5％的N-溴乙酰胺，搅拌反应3h，停止加温，加入所需的0.2％～
0.6％的冰醋酸将pH值调整至8-9；冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎，即制得所述钻井液用改性双糖泥页岩抑制剂。

[0018] 实施例2：

[0019] 在实施例1的基础上，本发明所提供的抑制剂的配比可由以下原材料按重量百分比组成：天然双糖：60％，溴乙酸：6％，二乙醇胺:3％，氢氧化钠：2％，乙酸酐：0.3％，N-溴乙酰胺1％，冰醋酸：0.2％,其余是水。其制备过程为：制备过程严格按照加料次序在密闭反应釜中加入适量的水，开始搅拌，加入天然双糖直到完全溶解后，通入纯氮气继续搅拌0.5h，当反应釜温度达到80℃～90℃时，缓慢均匀先后加入溴乙酸、氢氧化钠，搅拌反应1h，继续升温至120℃～125℃，加入二乙醇胺(1h左右加完)，搅拌反应1h，再先后加入乙酸酐、N-溴乙酰胺，搅拌反应3h，停止加温，加入冰醋酸将pH值调整至8-9。冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎。即制得本实施例的钻井液用泥页岩抑制剂。

[0020] 一、实施例2改性双糖泥页岩抑制剂的防塌抑制性评价实验

[0021] 测试1：实施例2的泥页岩抑制剂的页岩岩屑回收率评价实验

[0022] 本试验通过测试钻井液的页岩岩屑回收率来表征钻井液的防塌性抑制性的强弱，将实施例2的泥页岩抑制剂按照不同加量配制成水溶液，分别加入长庆油田直罗组页岩岩屑50克，然后在五轴加热滚子炉100℃下热滚16小时，测试钻井液的页岩岩屑一次回收率，然后将收集到的岩屑放入自来水中在五轴加热滚子炉100℃下热滚16小时，测试页岩岩屑二次回收率，同时与清水的页岩岩屑一次回收率、二次回收率做对比。结果见表1。

[0023] 表1页岩岩屑回收率数据

[0024]

[0025] 从表1数据可以看出，加量到2％，该泥页岩抑制剂的页岩岩屑一次回收率高达92.7％，该泥页岩抑制剂的页岩岩屑二次回收率达到84.9％，岩屑经抑制剂充分作用后仍然棱角分明，没有出现水化、膨胀、分散的现象，证实了该抑制剂能牢固吸附、包被在钻屑表面，形成坚韧、致密的高强度吸附膜，该膜一旦形成即使在清水作用下也保持完好，有效阻止了钻屑粘土矿物与水的接触，防止泥页岩地层水化、分散，从而起抑制作用。页岩的一次回收率反映泥页岩抑制剂化学抑制性强弱，二次回收率反映经过抑制剂浸泡后的岩屑在清水中的分散性，分散性越小，说明页岩被抑制作用更强，井壁自然更趋稳定。

[0026] 测试2：实施例2的泥页岩抑制剂的页岩线膨胀率评价实验

[0027] 为了进一步评价实施例2的泥页岩抑制剂防塌抑制能力，本试验采用NP-01型页岩膨胀试验仪测试了实施例2的泥页岩抑制剂的页岩线膨胀率，结果见表2。

[0028] 表2页岩线膨胀率数据

[0029]

[0030] 从表2可以看出，加量到2％，该抑制剂的页岩线膨胀率只有10.7％，而清水的达58.4％，表明抑制剂对页岩岩屑的分散确实具有很强的抑制作用，能有效抑制粘土的水化膨胀、分散。根据长庆油田地层特点，按照地层造浆轻重情况，加入0.5-2％该泥页岩抑制剂能有效防止地层坍塌，满足安全钻井要求。

[0031] 测试2：实施例2的泥页岩抑制剂的抗温性能评价

[0032] 本试验将实施例2的泥页岩抑制剂配制成2％水溶液，分别在100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃下在测试了页岩岩屑回收率，结果见表3。从表3可以看出，该泥页岩抑制剂适用温度范围为≤130℃。超过130℃的更高温度下，该抑制剂容易发生生物降解而破坏分子结构，在井壁或者岩屑表面吸附量减少，从而减弱抑制泥页岩分散的作用。

[0033] 表3抗温试验数据

[0034]

[0035] 二、实施例2改性双糖泥页岩抑制剂的各项性能

[0036] 表4改性双糖泥页岩抑制剂性能参数

[0037]

[0038]

[0039] 从表1～表4可以看出，实施例2的泥页岩抑制剂的性能指标均满足现场使用要求，可以交付现场应用。

[0040] 三、实施例2改性双糖泥页岩抑制剂的现场试验情况及效果

[0041] 实施例2改性双糖泥泥页岩抑制剂在长庆油田水平井已经现场试验应用3口井(苏东27-30H2井、苏48-19-68H2井、洲8-14H1井)，现场维持加量0.5-2.0％，泥页岩岩屑外形规整，棱角分明，能清晰看见PDC钻头牙齿啃出的痕迹，表明该抑制剂能有效抑制泥页岩的水化、膨胀、分散，为录井作业提供了几乎完整的岩屑，利于打钻过程中准确掌握地层分布情况。泥页岩井段无掉快、无坍塌、无缩径现象，起下钻畅通无阻，井径规则，平均井径扩大率在15％以内，表明该抑制剂能有效抑制泥页岩的垮塌，维持井壁稳定的能力强。

[0042] 在苏东27-30H2井水平段试验，采用实施例2的改性双糖泥页岩抑制剂提高钻井液抑制性，有效降低地层坍塌压力，实现了以1.25g/cm3(以往密度都在1.35g/cm3以上)的低密度安全穿越318m泥岩，试验井段起下钻顺畅，电测一次成功，下完井管串作业顺利，创造了该地区安全穿越大段泥岩最低的钻井液密度记录，为安全快速钻进奠定了基础，平均机械钻速达10.57m/h，创造当时该区块平均机械钻速最快纪录。试验现场取样经过室内评价，结果是页岩一次回收率为92.3％，二次回收率为90.6％，达到预期的试验效果。

[0043] 苏48-19-68H2井水平段钻遇泥岩后，首先采用实施例2的改性双糖泥页岩抑制剂加以抑制，安全钻过6段共246m泥岩，其中(3868-3888m灰绿色泥岩20m)(4262-4298m灰色砂质泥岩76m)(4298-4310m，泥岩黑绿色泥岩12m,)(4311-4361m灰黑色炭质泥岩50m)(4700-4714m灰绿色泥岩14m)(4715-4825m棕红色泥岩110m)，由于井壁稳定、井下安全，该井钻井周期为57.3天，较原先设计的缩短了8.9天，全井平均机械钻速为5.63m/h，比预计的提高了
6.8％，实现钻井持续提速。

[0044] 在洲8-14H1井直井段钻进过程中，通过加入0.5％左右实施例2改性双糖泥泥页岩抑制剂，有效抑制了泥页岩地层造浆，严格将钻井液密度控制在1.02g/cm3以下，防止了因地层造浆而密度上升后造成严重的压差性井漏发生。到了该井斜井段钻进，由于要提高钻井液密度来维持井壁稳定，井漏复杂频繁发生，严重影响了安全钻井，将该抑制剂加量提高到1.0-2.0％，有效降低地层坍塌压力，从1.30g/cm3降低密度至1.22g/cm3阻止了井漏的继3 3
续发展，实现了在1.21-1.22g/cm (以往密度都在1.30g/cm以上)低密度安全着陆入窗、通井、电测、下套管作业顺利，创造子洲区块气井水平井斜井段入窗钻井液密度最低的纪录。

[0045] 实施例3：在实施例1的基础上，天然双糖：70％，溴乙酸：7％，二乙醇胺:3.5％，氢氧化钠：5％，乙酸酐：0.5％，N-溴乙酰胺1.5％，冰醋酸：0.6％,其余是水。严格按照加料次序在密闭反应釜中加入适量的水，开始搅拌，加入天然双糖直到完全溶解后，通入纯氮气继续搅拌0.5h，当反应釜温度达到80℃～90℃时，缓慢均匀先后加入溴乙酸、氢氧化钠，搅拌反应1h，继续升温至120℃～125℃，加入二乙醇胺(1h左右加完)，搅拌反应1h，再先后加入乙酸酐、N-溴乙酰胺，搅拌反应3h，停止加温，加入冰醋酸将pH值调整至8-9。冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎。即制得本发明的钻井液用用泥页岩抑制剂。

[0046] 实施例4：在实施例1的基础上，天然双糖：50％，溴乙酸：5％，二乙醇胺:2.5％，氢氧化钠：2％，乙酸酐：0.1％，N-溴乙酰胺0.5％，冰醋酸：0.2％,其余是水。严格按照加料次序在密闭反应釜中加入适量的水，开始搅拌，加入天然双糖直到完全溶解后，通入纯氮气继续搅拌0.5h，当反应釜温度达到80℃～90℃时，缓慢均匀先后加入溴乙酸、氢氧化钠，搅拌反应1h，继续升温至120℃～125℃，加入二乙醇胺(1h左右加完)，搅拌反应1h，再先后加入乙酸酐、N-溴乙酰胺，搅拌反应3h，停止加温，加入冰醋酸将pH值调整至8-9。冷却后，于100℃～110℃下烘干，粉碎。即制得本发明的钻井液用用泥页岩抑制剂。

[0047] 在实施例3，4的应用中，改性双糖泥页岩抑制剂同样有效抑制泥页岩地层的造浆、掉块、坍塌，维持井壁稳定能力强，非常利于安全钻井。

[0048] 本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。