[发明专利]一种预防高泥质油藏采油钻井过程中井壁失稳的缩膨剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种预防高泥质油藏采油钻井过程中井壁失稳的缩膨剂及其制备方法，涉及钻井液技术领域。该缩膨剂由季铵盐、氯化钙溶液和丙烯酸溶液配制而成，季铵盐、氯化钙、丙烯酸的质量比为1：2：2，其中，季铵盐由双分子季铵盐和长链季铵盐聚合物组成，双分子季铵盐由N,N二甲基十二烷基叔胺和1,3二溴丙烷在乙醇溶液中合成，季铵盐长链聚合物以偶氮二异丁腈为引发剂，由N,N二甲基十二烷基叔胺和环氧氯丙烷在乙醇溶液中合成。本发明制备的缩膨剂具有良好的水溶性，能够牢固的吸附粘土颗粒，缩膨效果显著，质量分数为2％时缩膨率即可达到40％以上，有效解决了因泥页岩膨胀导致的各种问题，弥补了国内市场高效缩膨剂的空缺，有利于采油行业的发展。

技术领域

本发明涉及钻井液技术领域，具体涉及一种预防高泥质油藏采油钻井过程中井壁失稳的缩膨剂及其制备方法。

背景技术

采油钻井过程中为了携带、悬浮钻屑、润滑保护钻头必须向井中注入钻井液，由于井下地层环境非常复杂，注入钻井液也会引发一系列井壁失稳的问题。并且随着钻井深度的加深，井壁失稳也会引发一系列的问题，除了导致生产效率的大幅降低也会引发安全事故。通过对井壁失稳进行分析，普遍认为是井壁失稳由于泥页岩的水化膨胀所导致的。

目前采用的缩膨剂为新一代泥页岩抑制剂，相比于常规的粘土稳定剂，其不仅具备较好的膨胀性，还具有一定的抑砂、缩膨作用，有助于提高注水井的酸化解堵，大幅度缩短钻井的防膨有效期。缩膨剂，顾名思义可以通过让已经膨胀的粘土体积缩小，在一定程度上恢复油气储层的渗透率，从而使得注水压力下降，提高采油率。

研究发现，缩膨剂作用于蒙脱石的缩膨机理一般有四种：

(1)压缩双电层机理；通过缩膨剂中的阳离子与蒙脱石晶体表面的负电荷中和，从而使得Zeta电位降低，压缩双电层，在宏观上收缩粘土的体积。(2)水分子脱除机理；通过缩膨剂中携带的强氧化性物质作用在粘土晶体上，脱出蒙脱石晶体中吸附的水分子，收缩粘土的体积，恢复储层的渗透率。(3)离子置换机理；每种阳离子具有不同的水化能，而蒙脱石晶体的膨胀往往是由水化能较大的离子造成的，水化能较大的粒子可以吸附更多的水分子，所以可以利用缩膨剂中携带的低水化能阳离子，置换出高水化能的离子，从而缩小蒙脱石晶体的体积，并且这些阳离子吸附在晶体表面还可以起到防膨的作用。(4)多点吸附机理；采用一种长链的缩膨剂分子，通过多点吸附发挥出缩膨剂分子的架桥作用，把分散的粘土晶体吸附在一起，从而阻止一部分粘土晶体的分散和转运，最终达到改善油气储层渗透率、提高采油效率的目的。

例如，专利文献CN 107338036 A提出了“一种缩膨型无固相修井液及其制备方法”，通过将氯化钾、氯化钠、亚硫酸钠、阳离子季铵盐、非离子表面活性剂、有机硅表面、聚山梨酯、黄原胶按一定比例复配而成，在实验井中能够大幅提高流体的有效渗透率，在实验室中测得缩膨率达到82％。但是，该专利中缩膨型无固相修井液的配制过程复杂，流程繁琐，不适用于大规模生产。

另外，专利文献CN 111607375 A提出了“一种用于低渗透敏感性油藏的防膨缩膨剂及其制备方法”，由甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸聚合而成，在浓度500ppm时，防膨率能达到98％以上，缩膨率为40％。但是，通过该专利方法合成的缩膨剂存在分子量太大、聚合程度不好控制、反应过程繁琐、水溶性偏差的问题，且配置该钻井液的过程耗时较长，不利于实际现场施工。

发明内容

针对高泥质油藏采油钻井过程中出现的井壁失稳现象，本发明提出了一种预防高泥质油藏采油钻井过程中井壁失稳的缩膨剂及其制备方法，有效解决了由于泥页岩膨胀而导致的各种问题，弥补了国内市场上高效缩膨剂的空缺，有利于采油行业的发展。

本发明采用以下的技术方案：