一种油气能源开发用环保水基保护液及其方法

技术领域

本发明涉及能源开发环保控制材料领域，尤其涉及一种油气能源开发用环控水基保护液及其方法。

背景技术

现有的钻井开采液或开采材料存在如滤失大或滤失漏液污染地层，现有的钻采液也存在润湿滑动性衰减或携带岩屑性不稳定的缺点，以上问题的出现主要由于现有的钻井开采液中缺乏保护剂或者现有的开采液中使用的聚合物护水护水性能不佳或缺失引起，如聚合物护水性不稳导致钻井液失水快，分子结构破坏快，粘度降解快，钻采液中的无机物在缺乏护水聚合有机物协助下阻力增大或结构性润通变性差，导致开采不稳或漏液穿液破坏开采油层，现有的能源开采材料缺乏保护性或环保控制性，另外现有的钻采液类保护性助剂缺乏有效制备和快速效果评价的方法，严重制约着钻采液类保护或保护材料发展，急需开发一种高效的能源开采用保护材料及其相关方法。

发明内容

为了至少解决上述问题之一，本发明提供了一种油气能源开发用环保水基保护剂，包括含糖羟基，羟基，脂肪族烷基的至少一种组分构成的保护物质。

优选地，所述组分还包括由丙烯酸十二酯，a烯烃磺酸钠，透明质酸构成的吸水护水的物质。

优选地，所述组分还包括3-甲基-3-丁烯-1-醇，所述组分通过化学反应形成含有如下的分子结构式(Ⅰ)

的物质。

优选地，所述保护剂可加入膨润土形成保护液。

本发明也提供一种油气能源开发用环保水基保护剂的制备方法，将包括丙烯酸十二酯，a烯烃磺酸钠，白油，乙醇，司盘80，透明质酸按要求的质量反应形成护水功能的乳液。

进一步地，首先将a烯烃磺酸钠溶于水中形成0.1％的水溶液，测试水溶液的表面张力为B1,将油气能源开发用环保水基保护液溶于水中形成0.1％的水溶液，测试其表面张力B2；其次，将B2的张力值转换成油气能源开发用环保水基保护液中含有0.1％等量的a烯烃磺酸钠时的表面张力值B21，并通过比较张力来评定所检测的油气能源开发用环保水基保护液生产的质量或不同选择情况。

本发明也提供一种油气能源开发用环保水基保护液结构性能的测试方法，首先将本发明的保护剂液按一定的量加入常规的钻井液配方中或加入膨润土形成测试液，对环状切刀测试装置进行拉升锥形连杆锤高度测试，然后，去掉环状切刀测试装置的封隔板，通过滤失仪测试滤失量，再将测试滤失量后的滤饼放在锥形测力台上，拉升锥形连杆锤至能切透所述常规的钻井滤饼的高度释放，连杆锤头下切向锥形滤饼的锥顶部分，测量锥形滤饼锥顶下陷的距离。

本发明也同时也提供一种保护液或滤失剂或能源开采材料结构性能的测试装置，包括锥形测力台，环状切刀，加宽腔，锥形框架，锥形斗，锥形连杆锤，支撑台，所述环状切刀上端连接加宽腔，所述加宽腔中设置锥形斗，所述锥形斗中设置锥形连杆锤，所述锥形斗一侧设置支撑台，所述环状切刀下端设置锥形测力台。

本发明的有益效果：

本发明保护剂具有护水或减少滤失的效果，进一步地在分子结构层面实现了的护水效果，进一步地通过吸收和护水相辅相成，吸水后能促使加强护水，进一步地，钻采液中的无机物以及普通聚合有机物协助下护水护水抗滤失，增强润通性，进而有益稳定钻采保护开采的油气层，本发明的合成具有分子结构的保护性助剂，本发明的保护液具有减少滤失量，吸水护水或结构性吸水护水，减少其他能源开采的液体渗入地层污染地层效果，同时本发明保护液材料的组分选择也是环保物公害的材料，通过试验数据的检测说明本发明保护液为安全环保性保护液，另外使用水基保护液或开采液体比油基开采液体选择本身是较为环保的方式，同时也具有减少或阻止其他液体渗入地层污染地层的效果或控制环境污染效果，本发明更进一步的效果分析原理过程存在发明中设计的吸水基团和丙烯酸十二酯的存再配合本发明的分子结构能使本发明的油气能源开发用环保水基保护液在快速吸水防止失水。

本发明还提供了一种油气能源开发用环保水基保护液实验测试方法，该方法具有初判生产的样品有效性，通过样品有效性的判断决定是否可以进行下一步效果的评价，该方法简单快捷，能指协助导生产过程，也能减少无效检测评价，提高工作效率。

本发明提供的油气能源开发用环保水基保护液的效果评价方法具有实现综合计算其效果好坏，具有将效果评价方法数据定量化，方便准确快捷的效果。

附图说明

图1：为本发明3-甲基-3-丁烯-1-醇、a烯烃磺酸钠、丙烯酸十二酯合成反应后物质的部分分子结构示意图；

图2：电镜测试本发明的油气能源开发用环保水基保护剂样品的到电镜图部分形状图；

图3：本发明乳液中分子化合物的红外光谱图,；

图4：为本发明锥形测力台示意图；

图5：为环状切刀测试装置切割滤饼前锤拉升状态示意图；

图6：为锥顶收缩外环脱离的凸沿结构示意图；

图7：为锥顶帽的结构示意图；

图8：为环状切刀切滤饼后加厚状态的结构示意图；

图9：为本发明的锥形斗示意图；

图10：为锥形斗内设置锥形连杆锤的部分结构示意图；

图11：为支撑板框内部部分结构示意图；

图12：为连接杆通过后锥形连杆锤与锥形斗一起下降状态示意图；图13：为连杆锤的锤头尖端部穿透滤饼下表面未超过一定距离锥形斗未下降的状态示意图；

图14：为T型齿轮连接的折杆和压板的端部齿结构示意图；

图15：为T型齿轮立体结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种油气能源开发用环保水基保护剂,包括由丙烯酸十二酯，a烯烃磺酸钠，透明质酸以至少构成或实现护水或减少滤失的物质。·所述组分还包括3-甲基-3-丁烯-1-醇，所述组分依次通过包括酯化和加成反应至少形成如下的分子结构模式(Ⅰ)的物质，见图1可知，通过酯化使透明质酸与3-甲基-3-丁烯-1-醇形成的吸水物质或结构性物质或结构性吸收护水物质，在通过吸水物质与a烯烃磺酸钠、丙烯酸十二酯催化加成反应后形成化合物，如图2所示，通过电镜测试本发明的油气能源开发用环保水基保护剂样品的到电镜图部分形状图，电镜图中出现了长粗链状物质包围一片小网格形状的图形，该电镜图像的形状表明化合物分子中的a烯烃磺酸钠、丙烯酸十二酯相互作用可使丙烯酸十二酯形成排列在分子结构的周围以实现结构护水，本发明中的a烯烃优选C14-C16或十四碳烯磺酸钠，为了合成单一或稳定性由旋的透明质酸为人工合成品，由以上的电镜测试结合滤失测试实验结果分析认为存在原理过程为，分子结构中存在a烯烃磺酸钠，在a烯烃磺酸钠的低张力下，当透明质酸吸水后,a烯烃磺酸钠配合使水分快速在分子内扩散并促使丙烯酸十二酯形成团束排列在分子结构的外部周围，a烯烃磺酸钠中的硫酸钠亲水部分朝向透明质酸，a烯烃部分朝向透明质酸外部，从而产生了丙烯酸十二酯与a烯烃磺酸钠包围吸水透明质酸的结构，进而具有实现了分子结构层面的的护水效果，通过本发明的保护剂具有好的吸水性，由图2分析存在吸水物质的结构是限变动即吸收物质如质酸限变动在如图长链的范围内的吸收物质，通过吸收和护水相辅相成，本发明进一步的效果的原理是通过吸水护水后控制失水来达到调节整体钻采液表面性或润通性，由于结构外层的长链设置增加了整体液体的润动和牵动性，分析本发明进一步的效果原理过程为由于本发明中设计的吸水基团和丙烯酸十二酯的存再配合本发明的分子结构能使本发明的油气能源开发用环保水基保护液在快速吸水和护水相辅相成，吸水后能促使加强护水，降本发明的保护剂与钻采液中的无机物以及普通聚合有机物协助下吸水护水抗滤失，突显表面活性或润通性。实验显示，所述保护剂可加入膨润土或加入水形成保护液或形成钻井液，如0.5％保护剂+6％钠基膨润土形成保护液或钻井液，优选地，将本发明的保护剂按0.5％加入常规钻井液形成保护液或用作钻井液，(常规钻采液配方：4％钠基膨润土+0.2％Na

以下提供一种保护液或滤失剂或钻井液结构性能的测试方法，以至少实现测试或评价一种能源开发材料的下切的切透力来评价厚度或测试锥形滤饼锥顶下陷的距离评价弹性结构或切刀施加给测力台的压力等之一效果，本方法使用任何能源开采用弹性护水材料或结构性材料或含弹性性的滤失剂性能测试，以下优选本发明的保护液为例进行说明，首先将本发明的保护剂液按一定的量加入常规的钻井液配方中或加入膨润土形成测试液，首先对环状切刀测试装置进行拉升锥形连杆锤高度测试，然后，去掉环状切刀测试装置的封隔板，通过滤失仪测试滤失量，如图4-6，再将测试滤失量后的滤饼放在锥形测力台ZXCLT上，拉升锥形连杆锤至能切透所述常规的钻井滤饼的高度释放，连杆锤头下切向锥形滤饼的锥顶部分，测量锥形滤饼锥顶下陷的距离，或记录滤饼环状切刀HZQD周围的切透力。

进一步地，凸沿配合环状切刀将滤饼切割成锥形，如图7，按压收缩可伸缩锥顶至所述本体直径内，使凸沿将切成锥形滤饼包括滤饼底部推入到加宽腔，然后凸沿或无环凸沿下移，优选下移至锥顶与加宽腔的端下平面或不超过加宽腔的下平面高度，进一步的，如图8，凸沿底部上升至与环状切刀上端面平齐时凸沿外环嵌入环状切刀内以形成上升时加厚切刀下端部，将压切后加厚的环状切刀装置放置于可环状切刀外部固定的架台或铁架台上，进一步地，测试完成后，压缩切刀上半段或用力拉下卡与环状切刀外环使其归位与无环凸沿上。

拉升锥形连杆锤高度测试具体说明如下，要求为将所述常规的钻井液，按GB/T5005-2010和SYT 6865-2021标准测试形成滤饼，优先中压常温条件下形成的滤饼不超过3mm厚度，按所述要求测试拉升锥形连杆锤的高度为3-5cm,

环状切刀切滤饼测试时，去掉所述封隔板，拉升锥形连杆锤至能切透所述常规的钻井滤饼的高度释放，连杆锤头下切向锥形滤饼的锥顶部分，测量锥形滤饼锥顶下陷的距离，下降距离越少，存在滤饼结构性越强的可能、尤其是弹性结构，如上方法本发明保护液按0.5％加入所述常规的钻井液形成的滤饼下降的距离8mm,进一步的说明本发明保护液属具有抗钻采开采剪切挤压变形漏液性能，进一步的加强了开采稳定性和保护防止漏液污染地层性能，同等条件下测试比未加保护液的所述常规钻井液形成的滤饼下降少7mm,且未加保护液的所述常规钻井液形成的滤饼穿透超过13mm,进一步地，如果连杆锤上设置的测试锤竖向切力的装置显示数据越大进一步证实滤饼结构性越强；

进一步地，如图13，连杆锤的锤头尖端部穿透滤饼下表面未超过一定距离连接杆未触碰到凸型挂扭或锥形斗未下降压板未推压弯折滤饼测试的状态，如果连杆锤的锤头尖端部穿透滤饼下表面超过13mm则支撑杆通过板框压板启动，如测试未加保护液的所述常规钻井液形成的滤饼下降为15mm,则连接杆触碰凸型挂扭脱离所述挂杆，弹簧带动所述通过板框归位后，如图12所示，所述支撑杆ZCG可过所述通过板框配合锥形连杆锤下降至锥形斗与锥形斗一起向下运动，向下运动的锥形斗的折杆ZG通过T型齿轮带动竖直压板横向压剪滤饼以至少测试滤饼从穿透口处压切性或压切弯折性，测量压切形变数据大小或观看压板上的测力装置的数据大小，数据越大说明存在一定的压切阻滞性；测试未加保护液的所述常规钻井液形成的滤饼被压板压缩了6mm,压板压力数据2.3N,按照生产经验如果压缩超过1.5mm,压力数据小于2则一般认为数据较小滤饼结构胶松软。

更进一步地，切透力测试装置数据越大则说明锥形滤饼切面的厚度或硬度较高，如果连杆锤头没有切穿滤饼，且锥形滤饼锥顶下陷的距离越少，则说明滤饼结构性越强、滤饼材质或质地密实，如果切穿滤饼为被压板压切且下降距离越少结构性较强、滤饼材质或质地密实较优；如果连杆锤头切穿滤饼，且压板上的测力装置的数据越大则说明材料质地松软但有一定的粘滞性；如果连杆锤头切穿滤饼，且压板上的测力装置的数据越较小，压板上的测力数据小于常规的钻井液同等条件下的数据，说明滤饼结构性较差质地松软，可能影响油气能源地层的安全性环保性。

由此，本发明保护剂材料属结构性材料或结构性吸水护水材料，本发明有益稳定钻采或能保护开采的油气层或具有减少漏液减少其他液体大滤失或漏污染地层，保护剂进一步地具有润通性或抗压切性，也有益于加快开采；优选地，可用反-对香豆酸替换透明质酸，如果在低温能源开发如油气开发中也可用反-对香豆酸至少部分替换透明质酸,如果仅用于常规压裂开采钻井液中护水可用本领域知晓的分子量大于80万的疏水缔和物代替结构式(Ⅰ)的物质。

一种保护液或滤失剂或能源开采材料结构性能的测试装置，至少实现测力台的承受的力学测试，即环状切刀测试装置，该装置包括锥形测力台ZXCLT，环状切刀HZQD，加宽腔JKQ，锥形框架ZXKJ，锥形斗ZXD，锥形连杆锤ZXLGC，支撑台，所述环状切刀HZQD上端连接加宽腔JKQ，所述加宽腔JKQ中设置锥形斗ZXD，所述锥形斗ZXD中设置锥形连杆锤ZXLGC，所述锥形斗ZXD一侧设置支撑台，所述环状切刀HZQD下端设置锥形测力台，优先地测力台底部设置测力计以测试承受切刀的力学测试。

以下详细说明环状切刀测试装置结构组成，优选的测力台的底部设置有切透力测试装置以评价锥形滤饼切面的厚度或硬度，锥形测力台上有凸沿TY，凸沿TY锥顶高度不超过环状切刀高度，凸沿的外径不超过环状切刀的内径以实现凸沿无缝嵌入环状切刀内，优选地，凸沿由可分离的外环WH、本体BT或无环凸沿、可伸缩锥顶SSZD构成，凸沿上升至其下端进入环状切刀下端部，凸沿外环WH卡入并加厚环状切刀以配合连杆锤下切，与环状切刀连接的是加宽腔JKQ，优选地，加宽腔JKQ内设置有竖直压板SZYB，压板上连接有可穿过加宽腔水平运动齿板的一端，齿板的另一端连接在加宽腔外侧的T型齿轮上，T型齿轮可带动平运动齿板及压板运动，压板上设置有测力装置或仪器,优选地，加宽腔或环状切刀的上半段材质用透明有一定弹性的塑料制成，优选的，如图6-8可伸缩锥顶至少可收缩至本体直径内，可伸缩锥顶通过两半半锥面组成，收缩后在两个半面锥面参叠与锥顶上端，且折叠部分有束缚线或环，拉开收缩两两半半锥面可组成一个的锥顶，如图4，环状切刀切割时处于锥顶处于拉开状态，如图6，切割完成后可按压锥顶收缩，为了更均一的形成锥形滤饼，可先将测试滤失后的滤饼放到拉开后的凸沿锥顶上，如图7，用锥顶帽ZDM放在凸沿压制均一锥形滤饼，锥顶帽锥形大于拉开凸沿的锥形。

如图8所示，加宽腔上端连接锥形框架ZXKJ，如图9所示锥形框架内设置可沿锥形框一定高度内上下自由移动的锥形斗ZXD，如图10，锥形斗内设置可在锥形斗内一定高度空间内上下活动的锥形连杆锤ZXLGC，如图11-12，锥形连杆锤ZXLGC锥形上端部通过连接杆LJG连接至支撑台的凸型挂扭TXGN，锥形斗锥形上端部设置有支撑杆ZCG连接支撑圆板ZCYB或通过板框TGBK，支撑台包括支撑板框ZCBK、锥形斗支撑杆阻止板ZZB、支撑板框下端是锥形斗支撑杆阻止板，支撑板框上层设置有凸型挂扭钩挂的挂杆GG，支撑板框的下层是支撑杆ZCG，中间从左至右依次连接有弹簧TH，锥形斗支撑杆用的支撑圆板ZCYB、锥形斗支撑杆通过的通过板框TGBK、凸型挂扭TXGN、连接杆LJG通过的连接杆板框LJGBK，通过拉动凸型挂扭使弹簧伸长并使凸型挂扭挂扣于所述挂杆，此时支撑圆板可支撑并阻止所述支撑杆通过，当按压凸型挂扭脱离挂杆后，所述弹簧带动所述通过板框收缩可实现所述支撑杆通过，同时所述连接杆板框也收缩归位可使所述连接杆通过(见图12)，优选地，支撑板框与锥形斗支撑杆阻止板距离不超环形切刀的半径三分之二，锥形连杆锤锥向上拉升距离设置顶端限制一般选3-5cm，锥形连杆锤拉升至最高点自由下降距离受锥形斗或挂钩后凸型挂扭的限制、锥形连杆锤部分拉升至最高点在下降至未受所述锥形斗限制之前，下降至钩挂后的凸型挂扭底部的距离不超过锥形测力台的锥形的高度，锥形连杆锤部分下降至最低点可触碰凸型挂扭脱离所述挂杆，如图12，锥形连杆锤与所述锥形斗通过收缩后的通过板框一起下降,最大距离受锥形斗支撑杆阻止板或锥形框架限制，在锥形连杆锤未拉升时，凸型挂扭挂扣于所述挂杆，在所述挂杆上面放置和凸型挂扭面积一样大小封隔板，防止所述连接杆触碰凸型挂扭脱离所述挂杆，此时，支撑圆板支撑并所述支撑杆使锥形斗保持一定位置停留静止。

优选锥形连杆锤上设置有测试锤竖向切力的装置或传感器以测试切力，锥形斗内向上可自由上升一定距离，锥形斗向下自由下降的距离不超环形切刀的半径三分之二，锥形连杆锤在锥形斗中向下自由下降的距离不超过锥形测力台的锥形的高度或不超过12mm(锥形滤饼的厚度原小于锥形测力台的锥形的高度、即通过锥形测力台形成锥形泥饼的锥形的高度远大于锥形滤饼的厚度，优选，锥形连杆锤在锥形斗中向下自由下降的距离在9-12mm)，锥形斗上端口外部设置有向下折杆，如图14-15，折杆的端部连接至T型齿轮并可带动T型齿轮运动,与T型齿轮连接折杆和压板的端部设置有相应的齿，T型齿轮设置有齿轮活动固定处；该装置结构简单，易于操作，或易于在油气开采的野外场地适用，易于推广，在油气开采领域或环保材料领域具有广泛用途。

在上述说明的基础上，以下进一步说明一种油气能源开发用环保水基保护剂组分，所述组分还包括水，反，顺-2,6-壬二烯醛，白油，乙醇，司盘80，将组分水，可变更的吸水物质，丙烯酸十二酯，a烯烃磺酸钠，反，顺-2,6-壬二烯醛，白油，乙醇，司盘80反应形成乳液式的化合物，所述反，顺-2,6-壬二烯醛的加入能加快化学反应，强化包括由可变更的吸水物质、丙烯酸十二酯、a烯烃磺酸钠、构成分子链的强度。

以下说明本发明所述的一种油气能源开发用环保水基保护剂的制备方法，将丙烯酸十二酯、C14烯烃磺酸钠，10号白油，乙醇，司盘80，透明质酸，3-甲基-3-丁烯-1-醇按要求的质量反应形成护水功能的乳液，需要说明的是，本发明中的为了现场大批量工业生产用料的同一性或稳定性和现场施工的稳定安全性，本发明透明质酸选用大批量人工合成或工业级生产的透明质酸，非特殊说明不选用天然的透明质酸，优选酮源牌型号。

首先按摩尔比1:1称取透明质酸与3-甲基-3-丁烯-1-醇溶于水中形成50％水溶液，按质量百分比加入5-8％加入浓硫酸，在80-105℃条件下反应3-8h后烘干粉碎形成具有可变更的吸水物质、优选85℃下5小时，或者该物质为多支链透明质酸，然后将所述的吸水物质、乙醇、反，顺-2,6-壬二烯醛、丙烯酸十二酯、a烯烃磺酸钠按质量比20:10:2:1:1溶于100g水中搅拌形成水溶液，将10号白油，司盘80按质量比80:3配形成200g油溶液，在不少于800转每分钟的高速剪切搅拌下将所述水溶液倒入所述油溶液剪切20-40分钟形成微乳液；其次，在所述微乳液中加入2％的过硫酸钾和5％的维生素C，搅拌加热至30-60度的条件下催化加成反应4-8h形成乳液式的分子化合物。

取上述化合物样品用1:1的甲醇和水溶解5％的溶液后，通过涂膜于溴化钾压片，用FTIR红外光谱仪测试红外光谱图，如图2可知，谱图中在在1670-1640cm

以下说明一种油气能源开发用环保水基保护剂或其它开采液体效果或吸收护水效果的实验测试方法，首先将C14-C16烯烃磺酸钠溶于水中形成0.1％的水溶液，用ZL-10型表面张力仪在室温下测试水溶液的表面张力为B1为39mN.m

进一步地，所述的一种油气能源开发用环保水基保护剂或其它开采液体吸收护水效果的实验测试方法，所述油气能源开发用环保水基保护液效果的评价过程为，首先将10g工业级透明质酸放入30g水中吸水3分钟后过滤称量其质量为M1为13g,计算称取10g的油气能源开发用环保水基保护液放入30g水中吸水3分钟后过滤称量其质量为M2为15g，然后将M1为13g重量的工业级透名质酸和M2为17g重量的油气能源开发用环保水基保护液放入60℃鼓风干燥箱中干燥30分钟后再分别称量透明质酸和油气能源开发用环保水基保护液的重量得到数值M11为5g和M21为10g,通过比较M1、M2、M11、M21数值的大小，并通过公式(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)综合计算并评其效果好坏。

近一步地，一种油气能源开发用环保水基保护剂或其它开采液体吸收护水效果的实验测试方法，M1、M2、M11、M21的计算符合(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)中的任一个时判断为有效果，当计算结果符合(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)中的任两个时判断具备使用条件，所述的(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)如下公式：(Ⅱ)：

由以上公式计算得到，本发明的保护剂评价数据显示符合公式(Ⅱ)、(Ⅲ)的条件，因此，该保护剂不但有快速吸水的效果，护水效果，而且具备其它使用条件，可以使用。

以上公式通过物质不同状条件实验测定的吸水和失水效率比值后运算而得，通过以上公式可以实现综合计算其效果好坏，具有将效果评价方法数据定量化，方便准确快捷的效果。

以下说明本发明的保护剂或保护液的环保性或环控保护性的测试。按GB/T18420.2－2009测定保护剂或液对卤虫的96h－LC 50值为920000mg·L

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。