一种钻井液用添加剂及钻井液用组合物

摘要

本发明涉及一种钻井液用添加剂、一种钻井液用添加剂的制备方法及包含所述钻井液用添加剂的钻井液组合物。所述钻井液用添加剂包括式I所示的化合物。所述钻井液用添加剂通过不同取代基取代的马来酸酐及其衍生物与聚醚胺中端伯胺基团在有机溶剂中反应生成酰胺键，将起抑制作用的伯胺基团暂时保护，避免了在钻井液中的损耗，同时改善由丰富的正电荷带来的配伍性问题；当钻遇呈中酸性的低pH地层环境时，酰胺键水解断裂，伯胺基团解开保护，抑制粘土水化膨胀。

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，具体涉及一种钻井液用添加剂、钻井液用添加剂的制备方法和包含所述钻井液用添加剂的钻井液用组合物。

背景技术

聚醚胺在钻井液中用作泥页岩抑制剂。其丰富的端胺基，在溶液中部分解离形成氨基阳离子，可以中和粘土表面负电荷，降低黏土水化斥力；同时通过静电作用和氢键作用吸附在粘土颗粒表面，束缚住粘土片层；其吸附后可在粘土表面形成一层聚合物的吸附保护膜，进一步防止粘土颗粒的水化、膨胀、分散和运移，因此，聚醚胺抑制剂有着持久、优异的抑制作用。

现有技术中的聚醚胺抑制剂，由于分子结构中含有较多正电荷，在钻井液体系中容易与其它阴离子处理剂发生不配伍现象，如与阴离子聚合物处理剂产生絮凝和沉淀而失效，影响钻井液体系性能，造成抑制剂不必要的损耗。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明第一方面提供了一种钻井液用添加剂。本发明提供的钻井液用添加剂能够对聚醚胺类抑制剂的胺基进行保护，从而改善聚醚胺类抑制剂的配伍性，减少在钻井液输送中的损耗。

本发明第二方面提供了一种钻井液用添加剂的制备方法。

本发明第三方面提供了一种钻井液用组合物。

本发明第四方面提供了上述钻井液用添加剂或钻井液用组合物在钻探中酸性环境地层中的应用。

根据第一方面，本发明提供的钻井液用添加剂包括式I所示的化合物

其中，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，n为5-30。

在本发明的一些优选实施方式中，n为8-20。

本发明所提供的钻井液用添加剂，在呈碱性的钻井液中将胺基暂时保护起来，避免其在钻井液中与其它处理剂不配伍；当钻遇呈中酸性的低pH地层环境时，酰胺键水解断开，恢复成胺基，在该地层发挥抑制作用。

根据第二方面，本发明提供的钻井液添加剂的制备方法包括使式II所示的单体与式III所示的单体在有机溶剂存在的条件下反应，得到所述钻井液用添加剂，

其中，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，R

根据本发明的一些实施方式，n为5-30。

在本发明的一些优选实施方式中，n为8-20。

根据本发明的一些实施方式，所述式II的单体为端氨基聚醚。端氨基聚醚(又名聚醚胺、聚醚多元胺)是一类由伯氨基和/或仲氨基封端的聚环氧烷烃化合物。

根据本发明的一些实施方式，所述端氨基聚醚的分子量为500-1500。

根据本发明的一些实施方式，所述式III的单体为马来酸酐或其衍生物。

根据本发明的一些实施方式，所述方法包括以下步骤：

a)将式II所示的单体与有机溶剂混合，以形成溶液；

b)将式III所示的单体分多次，优选分1-3次加入步骤a)的溶液中进行反应，得到所述钻井液用添加剂。

根据本发明的一些实施方式，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述式II所示的单体与式III所示的单体的摩尔比为(0.5-1):1。

根据本发明的一些实施方式，所述反应的温度为70-120℃，优选为80-100℃。

根据本发明的一些实施方式，所述反应的时间为2-10h，优选为4-8h。

在本发明的一些优选实施方式中，所述钻井液用添加剂的制备方法包括以下具体步骤：

(1)在氮气保护中，将一定量聚醚胺溶于有机溶剂中，搅拌均匀，升温至60-65℃；

(2)将马来酸酐或其衍生物分次滴加至聚醚胺溶液中，每次之间间隔10min-30min，持续搅拌；

(3)升温至80～100℃，保温反应4-8h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

本发明的合成工艺简单，通过马来酸酐或其衍生物与伯胺基团反应，生成酰胺键，将伯胺基团暂时保护起来，当钻遇呈酸性的低pH地层环境时，酰胺键水解断开，伯胺基团解开保护，抑制粘土水化膨胀。能够改善由正电荷带来的配伍性问题，也避免了在钻井液中的损耗。其对酸性的敏感性可通过改变马来酸酐的取代基R

根据第三方面，本发明提供的钻井液用组合物包含第一方面所述的钻井液用添加剂或第二方面所述方法制备的钻井液用添加剂和其他钻井液用处理剂。

根据本发明的一些实施方式，所述钻井液组合物的pH为8.5-10.5。

本发明中，钻井液由于加入多种处理剂，一般呈碱性，pH为8.5-10.5，因此所述钻井液用组合物能够在此碱性的钻井液中稳定存在，在钻遇酸性地层时水解释放。

根据本发明的一些实施方式，所述其他钻井液用处理剂选自阴离子处理剂中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述其他钻井液用处理剂选自阴离子丙烯酰胺、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素钠、水解聚丙烯腈铵盐和水解聚丙烯腈钠盐中的一种或多种。

根据第四方面，本发明提供了第一方面所述的钻井液用添加剂或第二方面所述的方法制备的钻井液用添加剂或第三方面所述的钻井液用组合物在钻探中酸性环境地层中的应用。

根据本发明的一些实施方式，所述钻井液用添加剂或钻井液用组合物在钻探中酸性环境地层中作为固壁材料使用，尤其是作为抑制剂使用。

本发明的发明人发现，本发明中所采用的钻井液用抑制剂对酸性的敏感性，可以通过调整取代基R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值小于或等于5.0时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值小于或等于5.0时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值小于或等于5.0时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值小于或等于5.0时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值小于或等于5.0时，R

根据本发明的一些实施方式，所述地层环境的pH值大于5.0且小于7.0时，R

根据本发明的一些实施方式，所述地层环境的pH值大于5.0且小于7.0时，R

根据本发明的一些实施方式，所述地层环境的pH值大于5.0且小于7.0时，R

根据本发明的一些实施方式，所述地层环境的pH值大于5.0且小于7.0时，R

根据本发明的一些实施方式，所述地层环境的pH值大于5.0且小于7.0时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值为7.0-7.5时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值为7.0-7.5时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值为7.0-7.5时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值为7.0-7.5时，R

根据本发明的一些实施方式，当所述地层环境的pH值为7.0-7.5时，R

本发明的有效效果：本发明的合成工艺简单，通过马来酸酐或其衍生物与伯胺基团反应，生成酰胺键，将伯胺基团暂时保护起来，当钻遇呈酸性的低pH地层环境时，酰胺键水解断开，伯胺基团解开保护，抑制粘土水化膨胀。能够改善由正电荷带来的配伍性问题，也避免了在钻井液中的损耗。其对酸性的敏感性可通过改变马来酸酐的取代基R

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明做进一步地说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1-实施例11：用于说明马来酸酐修饰添加剂的制备方法

实施例1

(1)在氮气保护中，将47g

(2)将9.8g

(3)升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例2

(1)在氮气保护中，将47g

(2)将11.2g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例3

(1)在氮气保护中，将47g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例4

(1)在氮气保护中，将47g

(2)将17.5g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例5

(1)在氮气保护中，将47g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例6

(1)在氮气保护中，将47g

(2)将15.4g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例7

(1)在氮气保护中，将36g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例8

(1)在氮气保护中，将25g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例9

(1)在氮气保护中，将14g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例10

(1)在氮气保护中，将61.7g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例11

(1)在氮气保护中，将76.4g

(2)将12.6g

(3)从第一次滴加时即升温至80℃，滴加完毕后保温反应4h。

(4)反应后的溶液进行减压蒸馏，得到液体产物。

实施例12：利用线性膨胀率方法测试添加剂对酸性的敏感程度，即适用的pH条件

线性膨胀率测试方法参照标准SY-T6335-1997。用氢氧化钠、盐酸、水配制不同pH值的溶液，(酸性溶液中，需用氯化钠补入与碱性溶液中氢氧化钠相同物质量的钠离子，以避免钠离子对膨润土的水化作用对结果的影响)，将实施例1-11合成的添加剂加入溶液中，作为膨润土压片的浸泡液，记录每个样品最小膨胀率所对应的pH值，即为该添加剂适用的pH条件，测试结果见表1和表2。

表1添加剂适用pH值及线性膨胀率

表2

实施例13：配伍性测试

将实施例1-11的添加剂产物与钻井液常用阴离子处理剂配制成溶液，观察记录现象，结果见表3。

表3添加剂与阴离子处理剂配伍性测试

实施例14

以实施例1-6合成原料中所对应的聚醚胺为对比样，测试其和添加剂产物的线性膨胀率，结果见表4。

表4添加剂及原料聚醚胺的线性膨胀率

由以上结果可知，合成的添加剂产物在碱性条件下，线性膨胀率较高，说明起抑制作用的端伯胺基已经被酰胺键保护起来，而在低pH条件下，线性膨胀率显著降低，说明酰胺基水解断裂，释放出的伯胺基开始发挥抑制作用，且抑制性与原料聚醚胺相差不多，说明马来酸酐修饰和酰胺键接保护对聚醚胺抑制性基本无影响。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。