一种高效石油钻井液及其制备方法与流程

2021-02-02 15:02:48|

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本发明涉及石油钻井液
技术领域：
，具体为一种高效石油钻井液及其制备方法。
背景技术：
：石油是深埋在地下的流体矿物，是重要的能源和化工原理。然而石油资源是有限的，因此，提高石油的开采收率具有十分重要的意义。石油开采过程中，通常要使用到钻井液，钻井液的主要作用是把井底的岩屑携带至地面，保持井底清洁，在井壁形成滤饼，防止对油气层的污染和井壁坍塌。钻井液分为水基钻井液和油基钻井液两大类，其中水基钻井液因环保、成本低等优点使用最为广泛。但水基钻井液也存在热稳定性差、润滑防卡能力不足、抗污染性差、维护处理工作繁琐等不足。技术实现要素：针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种安全、高效，具有较强的降滤失和防堵性能的水基钻井液。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效石油钻井液，包括如下成分：水、膨润土、氯化钾、改性纤维素降滤失剂、封堵材料和加重剂；其中，所述改性纤维素降滤失剂是由黄原酸酯和羧甲基纤维素为起始原料制得大分子raft试剂，利用该大分子raft试剂与2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯进行乳液聚合，随后在乳液聚合体系中加入n,n-二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵，制得的改性纤维素降滤失剂。进一步地，所述改性纤维素降滤失剂的制备步骤如下：1)在反应瓶中加入乙基黄原酸钾和丙酮，搅拌使其溶解，向反应瓶中逐滴滴加等摩尔的2-溴丙酸，室温下搅拌反应2h，用乙酸乙酯萃取分离出有机相，旋蒸除去乙酸乙酯，干燥得黄原酸酯；2)将所述黄原酸酯加入到反应瓶中，加入三氯甲烷使其溶解，向其中分别缓慢滴加n,n-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的三氯甲烷溶液得到混合溶液，将该混合溶液缓慢滴加至羧甲基纤维素的三氯甲烷溶液中，室温下搅拌反应48h，反应结束后将该反应液置于冷无水乙醇中结晶，过滤出固体真空干燥，得大分子raft试剂；3)按比例向水中依次加入引发剂、乳化剂、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯搅拌均匀后得到混合溶液，充入氮气，在氮气氛围下升温至60-70℃，加入所述大分子raft试剂，氮气保护下搅拌反应2-3h，随后冷却至室温得到聚合物乳液；4)将n,n-二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵溶于水中，随后逐滴滴加至所述聚合物乳液中，用盐酸和氢氧化钠溶液调节乳液体系的ph至8-9，升温至80℃反应8h；5)反应完成后，冷却至室温，透析，冷冻干燥，得到改性纤维素降滤失剂。进一步地，所述羧甲基纤维素、黄原酸酯、n,n-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的质量比为1:1～5:1～5:0.1～0.5。进一步地，所述大分子raft试剂与2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、引发剂、乳化剂的摩尔比为1:50～100:50～80:60～100:0.1～0.5:0.1～0.5；所述n,n-二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1:1。进一步地，所述水、膨润土、氯化钾、改性纤维素降滤失剂、封堵材料和加重剂的重量份数分别为水100份、膨润土3-5份、氯化钾5-8份、改性纤维素降滤失剂1-2份、封堵材料1-2份、加重剂50-80份。进一步地，所述封堵材料为碳纳米管-聚丙烯腈复合纳米纤维封堵材料。进一步地，所述碳纳米管-聚丙烯腈复合纳米纤维封堵材料是由丙烯腈和苯乙烯通过自由基聚合得到聚丙烯腈-苯乙烯共聚物，随后溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入多壁碳纳米管和碳酸钙后通过静电纺丝制得。进一步地，所述丙烯腈和苯乙烯的物质的量比为1:0.5～1，所述聚丙烯腈-苯乙烯共聚物、多壁碳纳米管和碳酸钙的质量比为1:0.01～0.1:0.5～1。进一步地，所述加重剂为重晶石、碳酸钙粉、铁矿粉、赤矿粉中的一种或多种。进一步地，所述引发剂为过硫酸盐；所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。本发明进一步公开了一种制备如上所述的高效石油钻井液的方法，包括如下步骤：将水和膨润土在2500-3500r/min的搅拌速度下搅拌混合均匀，密闭静置24h；随后加入氯化钾、改性纤维素降滤失剂、封堵材料和加重剂，以7000-9000r/min的搅拌速度搅拌均匀制得高效石油钻井液。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的高效水基钻井液，各成分之间配比合理、协同作用，钻井液使用效果佳；改性纤维素降滤失剂独特的核壳结构，以及聚合物链中含有丰富的羧基、磺酸基等功能性基团，使其抗高温抗盐效果好，有效降低钻井液的滤失量；利用碳纳米管和丙烯腈制成的纳米纤维膜作为封堵剂，纳米纤维材料有效解决微小孔隙的漏失问题，同时苯乙烯与丙烯腈聚合，提供刚性基团，提高承受能力，能够进行不同程度的裂缝的封堵作业；本发明的水基钻井液在含煤地层条件下的流变性、稳定性、封堵性和抑制性等方面性能良好。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例：一种高效石油钻井液，包括如下成分：水、膨润土、氯化钾、改性纤维素降滤失剂、封堵材料和加重剂。其中，所述改性纤维素降滤失剂的制备工艺如下：1)在反应瓶中加入8g乙基黄原酸钾和丙酮，搅拌使其溶解，向反应瓶中逐滴滴加7.7g2-溴丙酸，室温下搅拌反应2h，用乙酸乙酯萃取分离出有机相，旋蒸除去乙酸乙酯，干燥得8.81g黄原酸酯；2)取0.2mol黄原酸酯加入到反应瓶中，加入10ml三氯甲烷使其溶剂，向其中分别缓慢滴加0.2moln,n-二环己基碳二亚胺(dcc)和0.02mol4-二甲氨基吡啶(dmap)的三氯甲烷溶液得到混合溶液，将该混合溶液缓慢滴加至0.2mol羧甲基纤维素的三氯甲烷溶液中，室温下搅拌反应48h，反应结束后将该反应液置于冷无水乙醇中结晶，过滤出固体真空干燥，得大分子raft试剂；3)向水中依次加入0.005mol过硫酸钠、0.005mol十二烷基硫酸钠、2.5mol2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸、2.5mol丙烯酰胺、3mol丙烯酸羟乙酯搅拌均匀后得到混合溶液，充入氮气，在氮气氛围下升温至60-70℃，加入0.05mol大分子raft试剂，氮气保护下搅拌反应2-3h，随后冷却至室温得到聚合物乳液；4)将3moln,n-二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵溶于水中，随后逐滴滴加至所述聚合物乳液中，调节乳液体系的ph至8-9，升温至80℃反应8h；5)反应完成后，冷却至室温，透析，冷冻干燥，得到核壳结构的改性纤维素降滤失剂。其中，所述封堵材料的制备工艺如下：在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂中加入丙烯腈、苯乙烯和过氧化苯甲酰升温至80℃搅拌反应2-3h，反应完成后加入多壁碳纳米管和碳酸钙后通过静电纺丝制得。进一步地，制备如上所述的高效石油钻井液的方法，包括如下步骤：将水和膨润土在2500-3500r/min的搅拌速度下搅拌混合均匀，密闭静置24h；随后加入氯化钾、改性纤维素降滤失剂、封堵材料和加重剂，以7000-9000r/min的搅拌速度搅拌均匀制得高效石油钻井液。实施例1：水100份、膨润土3份、氯化钾5份、改性纤维素降滤失剂1份、封堵材料1份、碳酸钙粉50份。其中，所述封堵材料的制备工艺为：在10mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂中加入10mmol丙烯腈、10mmol苯乙烯和0.1mmol过氧化苯甲酰升温至80℃搅拌反应2-3h，反应完成后加入0.15g多壁碳纳米管和7g碳酸钙后通过静电纺丝制得。实施例2：水100份、膨润土5份、氯化钾5份、改性纤维素降滤失剂2份、封堵材料2份、铁矿粉20份、碳酸钙粉50份。其中，所述封堵材料的制备工艺为：在10mldmf溶剂中加入10mmol丙烯腈、10mmol苯乙烯和0.1mmol过氧化苯甲酰升温至80℃搅拌反应2-3h，反应完成后加入0.15g多壁碳纳米管和7g碳酸钙后通过静电纺丝制得。实施例3：水100份、膨润土5份、氯化钾5份、改性纤维素降滤失剂2份、封堵材料2份、重晶石30份、碳酸钙粉40份。其中，所述封堵材料的制备工艺为：在10mldmf溶剂中加入10mmol丙烯腈、10mmol苯乙烯和0.1mmol过氧化苯甲酰升温至80℃搅拌反应2-3h，反应完成后加入0.3g多壁碳纳米管和10g碳酸钙后通过静电纺丝制得。对比例1：同实施例3，区别在于将改性纤维素降滤失剂换为普通纤维素降滤失剂。对比例2：同实施例3，区别在于将封堵材料替换为市售的封堵剂。将实施例1-3及对比例1-2制得的钻井液采用xgrl-2型滚子加热炉进行老化，老化条件为120℃，16h，按照gb/t16783.1-2014测其基础性能，结果记录在表1中。表1av/mpa.spv/mpa.syp/pagel(pa/pa)fl/ml实施例14423171.5/5.59.2实施例2392215.51.0/5.08.8实施例33018140.5/2.58.1对比例16226214.5/11.518.9对比例2563023.56.0/15.516.2从表1中数据可知，实施例1-3制备的高效钻井液的表观粘度av、塑性粘度pv、动切(应)力yp以及静切力gel均要优于对比例1-2，尤其在提高降滤失性能方面较为明显，说明本发明制得的钻井液具有良好的流变性、稳定性和滤失性，可满足含煤地层条件下的安全钻井要求。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。当前第1页1 2 3

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