CN101560378B - 钻井液用防塌稀释降滤失量剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钻井液用防塌稀释降滤失量剂及其制备方法，所述的降滤失量剂是由下述重量配比的原料制成的：含腐殖酸的物质80～120份、焦亚硫酸钠30～80份、水300～500份、水解聚丙烯腈铵盐10～30份、交联剂2～15份、氢氧化钾30～50份、络合剂5～20份、尿素1～10份、有机硅树脂10～20份。按所述重量份比称取水、氢氧化钾、褐煤或者泥炭或者风化煤、焦亚硫酸钠，将其加入搅拌的反应釜中，密封，升温，反应，降温；在已降温的搅拌反应釜中加入按所述重量份比称取的水解聚丙烯腈铵盐、交联剂、络合剂、尿素、有机硅树脂，密封，升温，搅拌反应；放料，所得产物经喷雾干燥即得成品。本发明具有良好的综合性能，能防止井筒坍塌，降低了泥浆滤失量和粘度，且易于安全生产。

Description

钻井液用防塌稀释降滤失量剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用降滤失量剂，属于石油钻井助剂，特别是一种钻井液用防塌稀释降滤失量剂。本发明还涉及所述降滤失量剂的制备方法。

背景技术

在石油钻井作业中，业内人士常常用膨润土加水制成钻井泥浆以利于钻具的正常运转。为了降低钻井泥浆的滤失量及表观粘度以及防止井壁在水化作用下坍塌，通常情况下是加入降滤失剂、降粘剂、防塌剂等，以其作为钻井助剂，可明显降低钻井泥浆的滤失量、表观粘度以加固井壁。但以上产品还存在一些不足之处。其一是产品功能单一，例如铵盐，只具有降滤失功能，不具备降粘功能，而且它的生产需要高温高压、时间长(腈纶在2.5Mpa下，水解9～10h)；磺化褐煤只具有降粘功能，不具备防塌功能；磺化沥青只具有防塌功能，不具备降粘功能。综合加入量过大，造成生产成本高，废弃泥浆环保处理难。其二是油田钻井应用最广泛的降滤失剂——水解聚丙烯腈铵盐在生产过程中需要较大的压力(通常反应压力需控制在2.1Mpa左右)，因而其生产时的安全性较低。CN101230257A公开了一种褐煤树脂类钻井液降滤失剂的制备方法，以水、褐煤、腈纶下脚料、聚醚多元醇、氢氧化钠、氢氧化钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、偏重亚硫酸钠、硼酸、氯化锆和甲醛为原料，将上述原料依次放入同一反应器中进行“一锅烩”，经碱化、磺化、络合、接枝交联等一系列化学反应，获得褐煤树脂类降滤失剂。其弊端是所用原料聚醚多元醇成本高，降粘性能一般。CN1242407A公开了一种褐煤树脂类高温抗盐降滤失剂，降滤失剂组成为腐植酸活性中间体、水溶性聚丙烯腈铵盐复聚物和水溶性碳酰胺树脂，制备方法是采用一步法或两步法的不排渣工艺路线。CN1242408A公开了一种作为钻井泥浆处理剂使用的风化煤树脂类盐水型降滤失剂及其制备方法，降滤失剂组成为腐植酸活性中间体、水溶性聚丙烯腈铵盐复聚物和水溶性碳酰胺树脂，制备方法是采用一步法或两步法的不排渣工艺路线。它们的弊端是工艺复杂，反应时间过长，防塌性能一般。CN1807543A公开了一种钻井液用降滤失剂，该降滤失剂是油田钻井泥浆中需要添加的化学品助剂，是由天然腐植酸与氢氧化钠反应生成腐植酸钠盐，再与磺化沥青、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、水溶性硅油和甲醛还原共聚组成。其弊端是所用原料羟乙基纤维素成本高，防塌性能一般。CN101117573A公开了一种石油勘探钻井液用无荧光防塌降滤失剂，由煤矸石500Kg、废腈纶丝270Kg、烧碱100Kg、甲醛20Kg、亚钠30Kg、亚硫酸氢钠30Kg、苯酚50Kg、水3000Kg配制而得。其弊端是防塌性能和降粘性能一般。这些技术对于本发明如何提高其综合性能并无指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钻井液用防塌稀释降滤失量剂，该降滤失量剂具有良好的综合性能，能防止井筒坍塌，降低泥浆滤失量和粘度，生产成本低，且易于安全生产。

为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述降滤失量剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种钻井液用防塌稀释降滤失量剂，其技术方案是，它是由下述重量配比的原料(组分)制成的：

含腐殖酸的物质        80～120份

焦亚硫酸钠            30～80份

水                    300～500份

水解聚丙烯腈铵盐      10～30份

交联剂                2～15份

氢氧化钾              30～50份

络合剂        5～20份

尿素          1～10份

有机硅树脂    10～20份

其中，上述含腐殖酸的物质为褐煤、泥炭、风化煤，腐植酸含量一般大于或等于35％，上述的交联剂为甲醛，上述的络合剂为三氯化铁。

上述技术方案中，所述的降滤失量剂是由下述优选重量配比的原料制成的：

含腐殖酸的物质      100～120份

焦亚硫酸钠          30～40份

水                  300～500份

水解聚丙烯腈铵盐    10～30份

交联剂              2～7份

氢氧化钾            30～50份，

络合剂              5～10份

尿素                1～10份

有机硅树脂          10～15份。

上述技术方案中，所述的降滤失量剂是由下述优选重量配比的原料制成的：

含腐殖酸的物质    110份

焦亚硫酸钠        35份

水                400份

水解聚丙烯腈铵盐  20份

交联剂            5份

氢氧化钾          40份，

络合剂            8份

尿素              5份

有机硅树脂        15份。

钻井液用防塌稀释降滤失量剂的制备方法，它包括以下步骤：

(1)、按所述重量份比称取水、氢氧化钾、褐煤或者泥炭或者风化煤、焦亚硫酸钠，将其加入搅拌的反应釜中，密封，升温到140～160℃，反应2～3小时，降温至60℃以下；

(2)、在已降温至60℃以下的搅拌反应釜中加入按所述重量份比称取的水解聚丙烯腈铵盐、交联剂、络合剂、尿素、有机硅树脂，密封，升温至100～120℃，搅拌反应2～2.5小时；

(3)、放料，所得产物经喷雾干燥即得成品。

本发明主要用于油田钻井泥浆中，其有益效果及创新点在于，通过选择适宜的原料(如尿素、有机硅树脂、水解聚丙烯腈铵盐等)及对生产温度和反应时间的控制，对具有不同功能的产品进行交联络合，使本发明具有良好的综合性功能。具体对比效果见表1。

表1

对照组1为经水解聚丙烯腈铵盐处理的；对照组2为经磺化褐煤处理的；实验组为经本发明处理的。

本发明的降滤失量剂的有益效果表现在，其交联和络合反应在1.2～1.4Mpa下进行，从而避免了像水解聚丙烯铵盐必须在较大(2.1Mpa左右)压力条件下方能进行生产所带来的不安全隐患。同时本发明的降滤失量剂可进一步减少泥浆中助剂的使用量，提高了产品的效价比，从而有效地降低了钻井成本。实验表明：在相同的(淡水或者盐水)体系中，可按0.5％～3％的重量加入本发明的降滤失量剂，即可得如表1所示的良好效果。而同样是获得表1中实验组的效果，则在体系中需加入单一功能(只降粘或者只降滤失)的处理剂的量为5～7％，由此表明本发明的降滤失量剂具有良好的效价比。

本发明的降滤失量剂与CN101230257A的技术方案相比，它用原料尿素替代了聚醚多元醇，可以降低425～510元/吨的生产成本。同时它加入有机硅树脂，引入硅原子，使产品在降粘性能上有很大提高，降粘率能达到80％。

本发明的降滤失量剂与CN1242407A、CN1242408A的技术方案相比，它用原料水解聚丙烯腈铵盐替代了水溶性聚丙烯腈铵盐复聚物，简化了生产工艺，它用原料氢氧化钾替代了氢氧化钠，在产品中引入钾离子，使产品对井壁有加固作用，防塌性能提高。

本发明的降滤失量剂与CN1807543A的技术方案相比，它省去了原料羟乙基纤维素，降低了生产成本。它用原料氢氧化钾替代了氢氧化钠，在产品中引入钾离子，使产品对井壁有加固作用，防塌性能提高。

本发明的降滤失量剂与CN101117573A的技术方案相比，它用原料氢氧化钾替代了氢氧化钠，在产品中引入钾离子，使产品对井壁有加固作用，防塌性能提高。同时在产品中引入有机硅集团，使产品在降粘性能上有很大提高，降粘率能达到80％。

本发明已由石家庄华莱化工有限公司生产样品1200吨，其中华北油田使用300吨，二连项目部使用200吨，华北外蒙项目部使用500吨，大庆油田外蒙项目部使用200吨。经实验，本发明的降滤失量剂具有显著的防止井筒坍塌、降低泥浆滤失量和粘度的效果，它生产成本低，综合性能良好，其抗温能力已超过了200℃，能用于井温在180～200℃的深井中，而且还具有生产安全高效的特点。它解决了目前产品中功能单一的问题，并降低了油田的钻井成本，降低了产品在泥浆的使用量，有利于保护环境。

具体实施方式

实施例1：本发明的降滤失量剂是由下述重量配比的原料制成的：

褐煤(或者泥炭或者风化煤，即含腐殖酸的物质)120千克、焦亚硫酸钠30千克、水500千克、水解聚丙烯腈铵盐20千克、交联剂(甲醛)5千克、氢氧化钾30千克、络合剂(三氯化铁)5千克、尿素2千克、有机硅树脂20千克。

钻井液用防塌稀释降滤失量剂的制备方法，它(依次)包括以下步骤：(1)、按上述重量将水、氢氧化钾、褐煤(或者泥炭或者风化煤)、焦亚硫酸钠加入搅拌的反应釜中，密封，升温到160℃，反应2小时，降温至60℃以下(比如55℃)，本步骤通过提取腐殖酸并使其磺化提高产品的抗温性能及降粘功能；(2)、在已降温至60℃以下的搅拌反应釜中加入按上述重量(份比)称取的水解聚丙烯腈铵盐、交联剂、络合剂、尿素、有机硅树脂，密封，升温至110℃，搅拌反应2小时，通过交联、络合等提高产品的抗温、降滤失和防塌性能；(3)、放料，所得产物(胶体)经喷雾干燥即得成品。本发明的使用方法与一般处理剂的相同。

实施例2：本发明的降滤失量剂是由下述重量配比的原料制成的：风化煤(或者泥炭或者褐煤，即含腐殖酸的物质)110千克(或者80千克或者100千克)、焦亚硫酸钠35千克(或者55千克或者80千克)、水400千克(或者300千克或者450千克)、水解聚丙烯腈铵盐20千克(或者10千克或者30千克)、交联剂(甲醛)5千克(或者2千克或者15千克)、氢氧化钾40千克(或者30千克或者50千克)、络合剂(三氯化铁)8千克(或者5千克或者20千克)、尿素5千克(或者1千克或者10千克)、有机硅树脂15千克(或者10千克或者20千克)。

钻井液用防塌稀释降滤失量剂的制备方法，它包括以下步骤：(1)、按上述重量将水、氢氧化钾、褐煤(或者泥炭或者风化煤)、焦亚硫酸钠加入搅拌的反应釜中，密封，升温到150℃(或者140℃或者160℃)，反应2.5小时(或者2小时或者3小时)，降温至60℃以下(比如50℃)；(2)、在已降温至60℃以下的搅拌反应釜中加入按上述重量(份比)称取的水解聚丙烯腈铵盐、交联剂、络合剂、尿素、有机硅树脂，密封，升温至100℃(或者115℃或者120℃)，搅拌反应2.5小时；(3)、放料，所得产物经喷雾干燥即得成品。本实施例在相同的体系中，可按0.5％的重量加入本发明的降滤失量剂，即可得如表1所示的良好效果。从而更降低了油田的钻井成本，更降低了产品在泥浆的使用量，更有利于保护环境。

本实施例的有机硅树脂可以采用河北硅谷化工有限公司(地址：中国河北邯郸市永年县广府硅谷工业园，网址：http://www.svchem.com)生产的有机硅建筑防水剂(GF)系列产品，如GF-2型或者GF-1型。上述有机硅建筑防水剂公众于2009年5月1日前在国内外商业活动中都能买到，该组分的主题名称和其型号是唯一的，本领域技术人员能够知晓其化学成分。

Claims (4)

1.一种钻井液用防塌稀释降滤失量剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

含腐殖酸的物质    80～120份

焦亚硫酸钠        30～80份

水                300～500份

水解聚丙烯腈铵盐  10～30份

交联剂            2～15份

氢氧化钾          30～50份

络合剂            5～20份

尿素              1～10份

有机硅树脂        10～20份

其中，上述含腐殖酸的物质为褐煤、泥炭、风化煤，上述的交联剂为甲醛，上述的络合剂为三氯化铁，

所述的降滤失量剂的制备方法包括以下步骤：

(1)、按所述重量份比称取水、氢氧化钾、褐煤或者泥炭或者风化煤、焦亚硫酸钠，将其加入搅拌的反应釜中，密封，升温到140～160℃，反应2～3小时，降温至60℃以下；

(2)、在已降温至60℃以下的搅拌反应釜中加入按所述重量份比称取的水解聚丙烯腈铵盐、交联剂、络合剂、尿素、有机硅树脂，密封，升温至100～120℃，搅拌反应2～2.5小时；

(3)、放料，所得产物经喷雾干燥即得成品。

2.根据权利要求1所述的降滤失量剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

含腐殖酸的物质    100～120份

焦亚硫酸钠        30～40份

水                300～500份

水解聚丙烯腈铵盐  10～30份

交联剂            2～7份

氢氧化钾          30～50份

络合剂            5～10份

尿素              1～10份

有机硅树脂        10～15份。

3.根据权利要求1所述的降滤失量剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

含腐殖酸的物质    110份

焦亚硫酸钠        35份

水                400份

水解聚丙烯腈铵盐  20份

交联剂            5份

氢氧化钾          40份

络合剂            8份

尿素              5份

有机硅树脂        15份。

4.一种制备权利要求1所述的降滤失量剂的方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)、按所述重量份比称取水、氢氧化钾、褐煤或者泥炭或者风化煤、焦亚硫酸钠，将其加入搅拌的反应釜中，密封，升温到140～160℃，反应2～3小时，降温至60℃以下；

(2)、在已降温至60℃以下的搅拌反应釜中加入按所述重量份比称取的水解聚丙烯腈铵盐、交联剂、络合剂、尿素、有机硅树脂，密封，升温至100～120℃，搅拌反应2～2.5小时；

(3)、放料，所得产物经喷雾干燥即得成品。