CN102086163A - 一种钻井液高温高盐稳定剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钻井液高温高盐稳定剂的制备方法，包括以下步骤：(1)取亚硫酸盐和醛，将亚硫酸盐加入水中制成溶液，再在溶液中加入醛；(2)在溶液中加入苯酚或苯胺，苯酚或苯胺的质量与水的体积百分比g/mL为0％--2.5％；向溶液中通氮气；(3)将溶液水浴加热，并冷凝回流，搅拌反应3小时；(4)再使溶液在真空干燥，所得固体粉碎后即得到钻井液高温高盐稳定剂。本发明制备方法简单，产品质量易于控制，制备的稳定剂加入钻井液中后在一定的地层温度下与一些常用的钻井液添加剂反应，提高其亲水性，从而抑制钻井液中的有机物高温、高盐条件下的交联、降解以及聚集，提高钻井液高温稳定性的效果明显。

Description

一种钻井液高温高盐稳定剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种钻井液用稳定剂的制备方法以及该稳定剂的应用，属于油田钻井液用稳定剂技术领域。
背景技术
随着油田钻井深度的逐渐增加，会更多地钻遇高温、高盐及各种复杂地层，对钻井液提出了更高的要求，促使钻井液技术不断发展。实践表明，钻井液的性能对确保深井及超深井的安全、快速钻进具有十分重要的作用，而钻井液的性能是通过添加的各种处理剂实现的，这就需要制备出性能更加优越的添加剂。
上世纪80年代聚合物系列钻井液的成功研制使国内的抗高温钻井液体系由三磺转变成聚磺钻井液体系，这种钻井液体系一直广泛的应用在深井钻井作业中。但是近饱和、饱和盐水聚磺钻井液体系在高温下(160℃以上)会出现增稠现象，从而严重影响正常钻进。高温交联及其影响因素，至今研究很少。发表在《钻井液与完井液》1991年第8卷第4期第26-32页的《三磺处理剂的高温交联及影响因素》阐述了高温交联的一些机理和影响因素，认为引起交联的主要原因是聚合物的高温交联，从而使体系的粘度增大，甚至出现胶凝、固化。
现有的提高一些钻井液添加剂高温高盐稳定性的方法主要为在其分子结构中引入亲水性较强的羧酸根或磺酸根，而这种引入主要是通过加入含有这些亲水基团的原料单体，比如抗盐性增粘剂(AM和AMPS的共聚物)。这种通过共聚得到的产品质量不易控制，对生产控制要求较高。
发明内容
本发明针对现有钻井液添加剂制备技术以及其在提高钻井液高温稳定性方面存在的不足，提供一种成本低、操作简单的钻井液高温高盐稳定剂的制备方法，制备的稳定剂通过提高钻井液添加剂分子结构中的亲水基团来有效提高钻井液抗高温性。
本发明的钻井液高温高盐稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比2∶1--5∶1的比例取亚硫酸盐和醛，将亚硫酸盐加入水中制成溶液，其中亚硫酸盐的质量与水的体积百分比g/mL为10％-20％，再在溶液中加入醛；
(2)在溶液中加入苯酚或苯胺，苯酚或苯胺的质量与水的体积百分比g/mL为0％--2.5％；向溶液中通氮气12分钟-18分钟；
(3)将溶液水浴60℃-80℃加热，并冷凝回流，在搅拌的条件下反应3小时；
(4)再使溶液在60℃-70℃下真空干燥，所得固体粉碎后即得到钻井液高温高盐稳定剂。
所述亚硫酸盐为焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钾和亚硫酸钾中的一种或几种。
所述醛为三聚甲醛、浓度为37％的甲醛溶液或六亚甲基四胺。
所述亚硫酸盐和醛优选的质量比为3∶1。
上述钻井液高温高盐稳定剂的制备方法的合成反应机理如下：
NaHSO3+HCHO→HOCH2SO3Na
Figure BSA00000357108200021
将上述方法制备的钻井液高温高盐稳定剂按钻井液重量的1-3％加入添加有含酚环、酰胺或胺类添加剂的钻井液中，在地层温度下，通过与这些钻井液添加剂发生反应，相应增加亲水性基团磺酸基的含量，增强添加剂的亲水性，实现提高钻井液体系高温稳定性的目的。其作用机理为：
当把该稳定剂加入钻井液中后，与钻井液中的酚环、酰胺或胺类等其他添加剂发生取代反应，相应增加钻井液处理剂的亲水性基团磺酸基的含量，增强处理剂的亲水性。
(1)羟甲基磺酸钠与含有酚环的钻井液添加剂的反应：
Figure BSA00000357108200022
(2)羟甲基磺酸钠与含有胺基的钻井液添加剂的反应：
Figure BSA00000357108200023
本发明制备方法简单，产品质量易于控制，制备的稳定剂加入钻井液中后在一定的地层温度下与一些常用的钻井液添加剂反应，提高其亲水性，从而抑制钻井液中的有机物高温、高盐条件下的交联、降解以及聚集，提高钻井液高温稳定性的效果明显。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。各实施例中的百分比如无特别指出，均为重量百分比，所用的化学原料均为钻井现场常用品。SMP-2为磺甲基酚醛树脂，SPNH为褐煤树脂，PSC-2为磺甲基腐殖酸铬，SPC为铁铬木质素磺酸盐，Tf-180为软化点为180度的沥青粉，Tf-160为软化点为160度的沥青粉，高密度重晶石粉(密度不低于4.2g/cm3)。
实施例1
取9g焦亚硫酸钠和9g亚硫酸钠加入90mL水中(亚硫酸盐的质量与水的体积百分比g/mL为20％)，加入6g三聚甲醛，然后在溶液中通氮气15分钟。再将溶液水浴60℃-80℃加热并冷凝回流，在搅拌的条件下反应3小时，60℃-70℃真空干燥，粉碎后得到高温稳定剂。本实施例中没有添加苯酚或苯胺。
现有常用的磺化钻井液配方为：2.0％土浆，0.1％Na2CO3，1.0％NaOH，6.0％SMP-2，2.0％SPNH，3.0％PSC-2，2.0％SPC，3.0％Tf-160，2.0％SY-A07，25.0％NaCl，5.0％KCl。然后添加4.2g/m3高密度重晶石粉至密度为2.3g/mL。
取300g的钻井液加入3g所制备的高温稳定剂，160℃滚动16小时后，与不加高温稳定剂的参比样于相同条件下处理后相比，表观粘度降低17％，切力降低45％，高温高压失水量基本不变。
实施例2
如实施例1所述，不同的是亚硫酸盐只采用亚硫酸钠。
用制备的钻井液高温高盐稳定剂对磺化钻井液处理，160℃滚动16小时后，与不加的相同条件处理后的钻井液相比，表观粘度降低15％，切力降低38％，高温高压失水量无明显变化。
实施例3
如实施例1所述，不同的是三聚甲醛用浓度为37％的甲醛溶液代替，两者的有效甲醛的量相同。
用制备的钻井液高温高盐稳定剂对磺化钻井液处理，160℃滚动16小时后，与不加的相同条件处理后的钻井液相比，表观粘度降低18％，切力降低45％，高温高压失水无明显变化。
实施例4
如实施例1所述，不同的是三聚甲醛用六亚甲基四胺代替。
用制备的钻井液高温高盐稳定剂对磺化钻井液处理，160℃滚动16h后，与不加的相同条件处理后的钻井液相比，表观粘度降低10％，切力降低30％，高温高压失水量无明显变化。
实施例5
取9g焦亚硫酸钾和9g亚硫酸纳加入180mL水中(亚硫酸盐的质量与水的体积百分比g/mL为10％)，加入9g三聚甲醛和2.7g苯酚(为180mL水的1.5％)，通氮气12分钟，水浴60℃-80℃加热并冷凝回流，在搅拌的条件下反应3小时，60℃-70℃真空干燥得到所需产品。
磺化钻井液配方(常用的)：2.0％土浆，0.1％Na2CO3，1.0％NaOH，6.0％SMP-2，2.0％SPNH，3.0％PSC-2，2.0％SPC，3.0％Tf-160，2.0％SY-A07，25.0％NaCl，5.0％KCl，余量水。然后添加4.2g/m3高密度重晶石粉至密度为2.3g/mL。
取300g的钻井液加入6g所合成的高温稳定剂，160℃滚动16h后，与不加高温稳定剂的参比样于相同条件下处理后相比，表观粘度降低20％，切力降低45％，高温高压失水量基本不变。
实施例6
取9g焦亚硫酸钠和9g亚硫酸钠加入120mL水中(亚硫酸盐的质量与水的体积百分比g/mL为15％)，加入3.6g三聚甲醛和3g苯酚(为120mL水的2.5％)，通氮气18分钟，水浴60℃-80℃加热并冷凝回流，在搅拌的条件下反应3小时，60℃-70℃真空干燥得到所需产品。
磺化钻井液配方(常用的)：2.0％土浆，0.1％Na2CO3，1.0％NaOH，6.0％SMP-2，2.0％SPNH，3.0％PSC-2，2.0％SPC，3.0％Tf-160，2.0％SY-A07，25.0％NaCl，5.0％KCl，余量水。然后添加4.2g/m3高密度重晶石粉至密度为2.3g/mL。
取300g的钻井液加入9g所合成的高温稳定剂，160℃滚动16h后，与不加高温稳定剂的参比样于相同条件下处理后相比，表观粘度降低20％，切力降低45％，高温高压失水量基本不变。
实施例7
如实施例5所述，不同的是用亚硫酸钾代替焦亚硫酸钠，160℃滚动16h后，与不加的相同条件处理后的钻井液相比，表观粘度降低20％，切力降低38％，高温高压失水量无明显变化。
实施例8
如实施例6所述，不同的是加入1g苯酚，160℃滚动16h后，与不加的相同条件处理后的钻井液相比，表观粘度降低20％，切力降低38％，高温高压失水量无明显变化。
实施例9
如实施例6所述，不同的是用苯胺代替苯酚，160℃滚动16h后，与不加的相同条件处理后的钻井液相比，表观粘度降低10％，切力降低30％，高温高压失水量无明显变化。

Claims (3)

1.一种钻井液高温高盐稳定剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)按质量比2∶1--5∶1的比例取亚硫酸盐和醛，将亚硫酸盐加入水中制成溶液，其中亚硫酸盐的质量与水的体积百分比g/mL为10％-20％，再在溶液中加入醛；
(2)在溶液中加入苯酚或苯胺，苯酚或苯胺的质量与水的体积百分比g/mL为0％--2.5％；向溶液中通氮气12分钟-18分钟；
(3)将溶液水浴60℃-80℃加热，并冷凝回流，在搅拌的条件下反应3小时；
(4)再使溶液在60℃-70℃下真空干燥，所得固体粉碎后即得到钻井液高温高盐稳定剂。
2.如权利要求1所述的钻井液高温高盐稳定剂的制备方法，其特征是，所述亚硫酸盐和醛的质量比为3∶1。
3.一种权利要求1制备的钻井液高温高盐稳定剂的应用，其特征是，将制备的钻井液高温高盐稳定剂按钻井液重量的1-3％加入添加有含酚环、酰胺或胺类添加剂的钻井液中，在地层温度下，通过与这些钻井液添加剂发生反应，相应增加亲水性基团磺酸基的含量，增强添加剂的亲水性，实现提高钻井液体系高温稳定性的目的。
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