一种低用量黏弹性无固相水基钻井液及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种低用量黏弹性无固相水基钻井液，包括以下重量百分比的组分：两性离子表面活性剂1.0

【技术实现步骤摘要】
一种低用量黏弹性无固相水基钻井液及应用


[0001]本专利技术涉及水利工程钻探钻井液
，尤其是一种低用量黏弹性无固相水基钻井液及应用。

技术介绍

[0002]水利水电事业的发展既是民生改善的紧迫要务，也是生态安全的源头保障。在水利工程勘探开发技术不断发展的今天，钻遇地层日趋复杂，深井、超深井等特殊工艺井增多。水利工程钻探不同于工民建、地质矿产、煤田等行业的钻探，它的钻孔除取芯外，还要进行水文地质试验。常见水文地质试验有水位观测、抽水试验、压水试验以及注水试验，主要是测试地层的渗透性。这就要求在钻探过程中钻井液的使用上需进行必要的选择，相应规范中都规定不能使用泥浆钻进，这往往与钻探中护胶固壁相矛盾。但在复杂的地质条件下，要保证孔壁不坍塌，就要求钻井液有良好的护壁性；而起护壁作用的泥皮或高分子吸附膜反过来却会堵塞孔壁和内部含水层的孔(空)隙，降低含水层的渗透性，从而会大大降低水井的出水量。因此，根据施工需要急需开发一种既可以起到护壁作用，又不会影响含水层渗透性的钻井液。
[0003]与此同时，在深井作业中，井斜角都会随着钻井深度的增加而不断增大，钻具和井壁之间发生的摩擦也会越来越多，摩擦阻力自然不断增加。而且钻井深度越深，井下钻井液的密度越大，从而导致钻头遇到的阻力也越来越大，非常容易产生大量热量，出现高温情况，或者直接造成钻具卡住，影响钻井施工进度，这就要求钻井液需要较好的润滑性能。
[0004]钻井液被称为钻探的“血液”，它除具有保护孔壁、润滑钻头和钻具、减弱钻具振动等作用外，还包括清洗孔底，悬浮和携带岩粉，冷却钻头，提高钻头的使用寿命等作用。这都需要钻井液具有较好的黏弹性来悬浮岩粉，且后期返排率高。常规钻井液体系中含有的固相颗粒不仅会封堵孔喉结构、降低储层渗透率，影响后续水文地质调查，而且当固相含量高时可导致形成厚的滤饼，容易引起压差卡钻；形成的滤饼渗透率高，滤失量大，造成储层损害和井眼不稳定；造成钻头及钻柱的严重磨损，尤其是造成机械钻速降低，影响钻进效率。近年来无固相钻井液体系的出现有效解决了这一难题，避免了固相颗粒的侵入对储层造成的损害。但是已有的无固相钻井液体系主要使用高分子聚合物为钻井液主剂，聚合物钻井液在钻杆中流动时产生的摩阻较大，同时聚合物分子量较大，在使用过程中容易堵塞空隙影响后续水文地质调查，在后续返排过程中必须使用高浓度的破胶剂移除滤饼，且滤饼清除不完全，返排效率低，不利于现场施工。

技术实现思路

[0005]为了解决现场钻进过程中钻井液既要起到护壁作用，又不能影响含水层渗透性的技术难题，本专利技术提供了一种低用量黏弹性无固相水基钻井液。通过低分子量的黏弹性两性离子表面活性剂来解决钻孔护壁和在渗透性试验为主的钻孔中严禁使用钻井液的矛盾。该钻井液可以用于测试地层的渗透性。
[0006]本专利技术提供的低用量黏弹性无固相水基钻井液，包括以下重量百分比的组分：
[0007]两性离子表面活性剂1.0％
‑
1.5％、无机盐2％、余量为水。
[0008]所述无机盐优选为氯化钾或氯化钠。
[0009]所述两性离子表面活性剂的制备方法如下：
[0010](1)将4
‑
氨基
‑3‑
羟基苯甲酸与环氧氯丙烷溶于乙醇中，加入氢氧化钠溶液，在碱性条件下加热至80℃，反应9小时，以进行开环反应，得到中间产物；
[0011](2)将十八烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺与中间产物溶解于乙醇和水的混合液中，加热至80℃，回流反应22小时，然后通过旋蒸除去乙醇，进行2
‑
3次的重结晶，最终制得黏弹性的两性离子表面活性剂，呈黄色膏状，密度在0.96
‑
0.99g/cm3范围内。
[0012]优选的是，所述步骤(1)中，4
‑
氨基
‑3‑
羟基苯甲酸与环氧氯丙烷的摩尔比为1:2.1
‑
2.3。
[0013]优选的是，所述步骤(1)中，得到的中间产物进行2
‑
3次的重结晶进行提纯。
[0014]优选的是，所述步骤(2)中，十八烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺与中间产物的摩尔比为2.1
‑
2.3：1。
[0015]上述制备两性离子表面活性剂的反应原理过程如下：
[0016][0017][0018]式中，R为碳原子数为15或17的烷基。
[0019]本专利技术的低用量黏弹性无固相水基钻井液可以用作水利工程钻探过程中的钻井液，即用于以渗透性试验为主的钻孔过程中的钻井液。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0021](1)本专利技术采用的两性离子表面活性剂具有多个阴、阳离子位点，分子链中含阳离子和阴离子基团，阳离子基团以静电吸附方式快速地吸附于黏土粒子表面，中和黏土表面部分负电荷，并形成致密包被，有效地抑制黏土水化分散。阴离子基团水化形成水化基团，大量水化基团又形成致密水化膜，使包被膜增厚，减弱了黏土颗粒的絮凝能力，增强了体系
的稳定性。该两性离子表面活性剂具有较好的抗盐性，表面活性剂分子量小，不堵塞井筒空隙，易返排。
[0022](2)该两性离子表面活性剂存在大位阻空间基团，在水中很容易形成独特的蠕虫状胶束而使其水溶液具有优异的黏弹性以及抗剪切性能，且具有较强的耐温性。表面活性剂的临界胶束浓度为35.61μmol
·
L
‑1，远低于传统两性离子表面活性剂。
[0023](3)所述两性离子表面活性剂在酸性及碱性条件下均具有优良的稳定性，其配伍性能良好。该表面活性剂在1.00％
‑
1.50％的低浓度下与氯化钾、氯化钠复配时具有良好增黏性、较好的生物相容性，抗盐性达到4％。溶于热水，可做成浓缩液，方便现场使用。
[0024](4)所述两性离子表面活性剂在90℃条件下，产品的水溶液具有优异的黏弹性以及抗剪切性能。在剪切速率为170s
‑1下，剪切2小时左右，表观黏度仍维持在35mPa
·
s左右，即在低用量下具有较好的性能。
[0025](5)所述两性离子表面活性剂易生物降解，不含有机溶剂，绿色环保，使用安全无毒，刺激性小；且采用的化合物原料均为工业化生产精细化学品，原料易得，生产成本低。
[0026](6)本专利技术通过对两性离子表面活性剂分子结构设计满足相关现场施工要求，同时在水电钻探过程中为钻井液提供新的选择。既解决了现场施工难题，又扩大了表面活性剂在水电钻探行业实用性。
[0027]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0028]图1、本专利技术实施例1的表面活性剂的临界胶束浓度的测试图。
[0029]图2、钻井液的抗盐性测试图。
[0030]图3、钻井液的黏弹性能测试图。
[0031]图4、1.0％NP20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低用量黏弹性无固相水基钻井液，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：两性离子表面活性剂1.0％
‑
1.5％、无机盐2％、余量为水；所述两性离子表面活性剂的分子结构式如下：式中，R为碳原子数为15或17的烷基。2.如权利要求1所述的低用量黏弹性无固相水基钻井液，其特征在于，所述两性离子表面活性剂的制备方法如下：(1)将4
‑
氨基
‑3‑
羟基苯甲酸与环氧氯丙烷溶于乙醇中，加入氢氧化钠溶液，在碱性条件下进行开环反应，反应条件是加热至80℃，反应9小时，，得到中间产物；(2)将十八烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺与中间产物溶解于乙醇和水的混合液中，加热至80℃，回流反应22小时，然后通过旋蒸除去乙醇，进行2
‑
3次的重结晶，最终制得黏弹性的两性离子表面活性剂，呈黄色膏状。3.如权利要求2所述的低用量黏弹性无固...

【专利技术属性】
技术研发人员：和志明，寸猛，王寰，邢志龙，柏育敏，王海兵，
申请(专利权)人：甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：