[發(fā)明專利]仿生頁巖抑制劑及其制備方法和鉆井液及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510064987.8
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104789195A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣官澄;宣揚(yáng);伍賢柱;宋然然;陳俊斌;王璽;歐陽偉;羅淘淘;王蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（北京）;中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C09K8/24;C08G69/10
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 劉兵;李婉婉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生頁巖抑制劑及其制備方法和鉆井液及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

維持鉆井井壁穩(wěn)定的問題是鉆井行業(yè)的一個(gè)世界性難題，該問題在世界上許多油田都存在，并一直沒有能夠得到很好解決。隨著我國油氣勘探開發(fā)目標(biāo)進(jìn)一步面向埋藏在地質(zhì)條件十分復(fù)雜的深層油氣資源以及煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)資源，在鉆探過程中常遇到井壁穩(wěn)定難題，這將導(dǎo)致復(fù)雜深井和頁巖氣水平井鉆井速度慢、復(fù)雜事故多、鉆井周期長、成本高，已嚴(yán)重影響我國油氣資源重要接替區(qū)勘探開發(fā)進(jìn)程。特別是我國西部油氣田(例如川渝地區(qū))，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，高陡構(gòu)造地層破碎、大斜度穿越或水平穿越泥頁巖段時(shí)極易發(fā)生井壁垮塌、井漏、縮徑卡鉆、電測遇阻、固井質(zhì)量低下等復(fù)雜事故，不但延誤鉆井周期，而且會造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。

鉆井過程中90％的井壁失穩(wěn)事故發(fā)生在泥頁巖地層，泥頁巖中粘土因水化膨脹而導(dǎo)致泥頁巖分散、剝落是導(dǎo)致井壁失穩(wěn)的最根本的因素。由于油不會造成粘土膨脹，因此在過去幾十年中，油基鉆井液一直都是解決井壁泥頁巖失穩(wěn)問題的理想選擇，然而隨著當(dāng)前環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，油基鉆井液的使用因其對環(huán)境的嚴(yán)重?fù)p害而受到限制。因此，具有較強(qiáng)的頁巖抑制性的水基鉆井液重新成為了研究熱點(diǎn)。

水基鉆井液的頁巖抑制性強(qiáng)弱通常由其中的頁巖抑制劑性能所決定。由于中和粘土表面的負(fù)電荷是抑制其水化分散的主要途徑，因而目前國內(nèi)外常用的水基鉆井液頁巖抑制劑均以陽離子聚合物為主，包括陽離子聚丙烯酰胺、聚胺(如聚二甲基二烯丙基氯化銨)和氨基聚醚類(如聚醚二胺)抑制劑等。然而，除了氨基聚醚類抑制劑外，多數(shù)陽離子聚合物抑制劑通常難以生物降解，對環(huán)境有一定危害。而氨基聚醚抑制劑所帶正電荷密度較低，對于粘土的水化膨脹抑制程度較為有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的鉆井液的頁巖抑制劑性能不夠理想且其含有的頁巖抑制劑具有環(huán)境危害性的缺陷，提供一種頁巖抑制劑性能高且環(huán)保的仿生頁巖抑制劑及其制備方法，以及含有該仿生頁巖抑制劑的鉆井液及其應(yīng)用。

為此，本發(fā)明提供一種仿生頁巖抑制劑，其中，該仿生頁巖抑制劑由式(1)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(2)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，

式(1)式(2)

其中，式(1)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(2)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為0.2-6：1；并且，所述仿生頁巖抑制劑的重均分子量為800-4000g/mol。

本發(fā)明還提供了一種仿生頁巖抑制劑的制備方法，其中，該方法包括：在無機(jī)酸催化劑存在下，將精氨酸和賴氨酸進(jìn)行縮合反應(yīng)；所述精氨酸和賴氨酸的用量的摩爾比為0.2-6：1；所述縮合反應(yīng)條件使得到的聚合物的重均分子量為800-4000g/mol。

本發(fā)明還提供了由上述方法制得的仿生頁巖抑制劑。

本發(fā)明還提供了一種鉆井液，其中，該鉆井液含有上述仿生頁巖抑制劑或上述方法制得的仿生頁巖抑制劑。

本發(fā)明還提供了上述鉆井液在頁巖井壁維穩(wěn)中的應(yīng)用。

本發(fā)明通過將由特定摩爾比的精氨酸和賴氨酸的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的聚氨基酸，并選擇在特定重均分子量范圍內(nèi)的該聚氨基酸作為本發(fā)明的仿生頁巖抑制劑，從而使得含有該仿生頁巖抑制劑的鉆井液在用于頁巖井壁維穩(wěn)中時(shí)，該仿生頁巖抑制劑在發(fā)揮有效的抑制頁巖失穩(wěn)后，能夠較好地進(jìn)行生物降解，具有良好的環(huán)保性能，是一種“仿生頁巖抑制劑”；并且，本發(fā)明的仿生頁巖抑制劑正電荷密度高且易于進(jìn)入泥頁巖納米級孔隙并吸附在粘土礦物表面上，從而能夠更好地壓縮粘土表面雙電層、降低粘土膨脹壓，防止因粘土膨脹導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種仿生頁巖抑制劑，其中，該仿生頁巖抑制劑由式(1)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(2)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，

式(1)式(2)

其中，式(1)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(2)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為0.2-6：1；并且，所述仿生頁巖抑制劑的重均分子量為800-4000g/mol。