CN102585784B

CN102585784B - 水基钻井液用降滤失剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102585784B
Application number: CN2011104545441A
Authority: CN
Inventors: 王京光; 杨斌; 张小平; 黎金明; 董宏伟; 李慧升; 李华伟; 吴满祥; 王勇强; 刘伟; 林海; 赵向阳; 郑玉辉; 崔贵涛; 李博
Original assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN102585784A

Abstract

本发明公开了一种水基钻井液用降滤失剂及其制备方法，水基钻井液用降滤失剂包括如下组份：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐、烯丙基磺酸钠，且各组份含量的质量比为丙烯酰胺：30%～40%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：10%～20%，马来酸酐：20%～30%，烯丙基磺酸钠：20%～40%，引发剂：0.1%～0.2%，余量为水。本发明生物毒性低，抗钙、镁离子污染性能强，抗温性能好，满足盐膏层钻井对钻井液处理剂的要求，同时在高密度条件下仍然具有良好的降滤失效果。

Description

水基钻井液用降滤失剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种降滤失剂及其制备方法，尤其涉及一种水基钻井液用降滤失剂及其制备方法。

背景技术

尽管国内外对钻井液用降滤失剂进行了大量研究，研制了改性纤维素、淀粉类、腐殖酸类、木质素类及单宁类、聚合物类等多种降滤失剂，并在不同油气田钻探中取得了大量的应用成果。例如，中国专利号“ 201010172409.3”公开了一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的制备方法，公开日为 2011.01.26，其包括以下步骤：原料准备：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、褐煤、水、引发剂和辅料的质量之比为2-3∶5-7∶7-10∶15-20∶0.1-0.2∶0.1-0.2∶25-30；配制母液：将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺分别加入到水中，然后保持溶液温度为50-70℃的情况下加入褐煤；聚合：在搅拌的条件下向母液中加入氧化引发剂，反应1h，再加入还原引发剂，反应1h；添加辅料；烘干，粉碎：将得到的混合物在95-105℃的条件下烘干。

但是随着石油勘探技术的不断发展，钻探难度大的高温深井、复杂井、水平井成为必然趋势，这就对降滤失剂提出了更高的要求。现有技术中的钻井液用降滤失剂普遍存在如下不足：一、抗污染性能较低、高密度条件下抗温性能差、易稠化等缺点。二、目前使用的降滤失剂剂品种繁多，价格昂贵并且抗高温、抗钙镁离子污染的性能较差。三、目前高温高压井多使用磺化类钻井液降滤失剂，磺化材料抗温能力相对较弱,用量大致使总费用较高，磺化材料高温条件下分解，带来环境污染问题，同时磺化材料抗温能力较弱也会造成钻井液体系抗温能力不足，高温高压滤失量较大，引起井壁失稳导致井下事故的发生。

另外，在钻探过程中面临着高地温梯度、高地层压力系数、盐膏层钻进等技术难题。土库曼斯坦南约洛坦气田盐膏层段处于上侏罗系克里米德氏组，埋深3400～4100m，属海相沉积、沉积环境较新，岩性主要以石膏、盐岩为主，含少量不同性质的泥岩；地层交结疏松、分散性强，且存在地层蠕动；含有高压油、气及盐水等，地层压力和温度都较高。此前该区块已经进行过大量钻探工作，但因地质条件复杂，事故频繁，有2/3的井报废，只有1/3的井钻达目的层。而报废的井中，盐膏层卡钻、井喷等工程事故报废的占一半。在南约洛坦区块，1966年开始钻探工作，至今共钻探井27口，报废15口，仅15井、16井周围就有12口井因为高压盐水层地层蠕动导致报废。这些都要求钻井液降滤失剂必须同时具备良好的抗温性能、抗钙、镁离子污染性能以及高密度下的降滤失性能。采用现有的钻井液用降滤失剂还不能满足上述复杂地质条件中的使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钻井液用降滤失剂存在的上述问题，提供一种水基钻井液用降滤失剂及其制备方法，本发明生物毒性低，抗钙、镁离子污染性能强，抗温性能好，满足盐膏层钻井对钻井液处理剂的要求，同时在高密度条件下仍然具有良好的降滤失效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水基钻井液用降滤失剂，其特征在于，包括如下组份：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐、烯丙基磺酸钠，且各组份含量的质量比为丙烯酰胺：30%～40%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：10%～20%，马来酸酐：20%～30%，烯丙基磺酸钠：20%～40%，引发剂：0.1%～0.2%，余量为水。

所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和亚硫酸氢钠之中的一种或两种按任意比例的混合物。

所述降滤失剂的pH值为4～5。

一种水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按比例在水中依次加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，调节pH值为4～5，搅拌均匀后在温度为60℃～80℃时，加入马来酸酐和烯丙基磺酸钠，再通入氮气25—35min后搅拌并均匀加入引发剂,搅拌反应1—2h，冷却至室温，烘干、粉碎后，制得水基钻井液用高温降滤失剂。

所述通入氮气的量为反应釜体积的2-3倍。

所述的冷却后在100℃～110℃下烘干至含水率低于8%。

所述粉碎为粉碎到200-350目。

所述的pH值是采用氢氧化钠溶液调节。

所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸氢钠之中的一种或两种任意比例的混合物。

采用本发明的优点在于：

一、本发明包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐、烯丙基磺酸钠，且各组份含量的质量比为丙烯酰胺：30%～40%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：10%～20%，马来酸酐：20%～30%，烯丙基磺酸钠20%～40%，引发剂0.1%～0.2%，余量为水，采用此降滤失剂生物毒性低，属于环保型，降滤失性能好，配伍性佳，抗温性强，抗钙、镁离子污染性能好，在高密度钻井液中能抗温至少200℃，无稠化现象且不影响钻井液的性能，用量少。

二、本发明可应用于高压、高温或钻遇盐膏层的探井、深井及水平井，可以起到良好的降滤失作用。

三、采用本发明的降滤失剂，能同时具备良好的抗温性能、抗钙、镁离子污染性能以及高密度下的降滤失性能。

四、本发明可应用于土库曼斯坦南约洛坦气田，可钻穿400～500m厚的盐膏层，且井底压力、温度均较高，应用井段钻井液密度可达2.6g/cm³，应用井段地层温度可达200℃。

五、采用本发明中的方法，制备方法和所需设备条件简单，易于实施，既能满足特殊井钻井施工过程中对钻井液降滤失剂要求，又能大幅度降低钻井液成本，获得良好的经济效益和社会效益，很值得推广应用。

具体实施方式

实施例1

丙烯酰胺：35%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：20%，马来酸酐: 25%,烯丙基磺酸钠：20%，引发剂：0.1%～0.2%，其余是水（均为质量比）。按照加料次序在密闭反应釜中最先加入适量的水以及丙烯酰胺：35%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：20%，开始搅拌，使用氢氧化钾溶液调节pH值4～5，充分搅拌，使原料溶解到水中，使反应釜温度加热到60℃～70℃，维持恒温，加入马来酸酐以及烯丙基磺酸钠。通入氮气30min后，通入氮气的量为反应釜体积的2倍，搅拌并缓慢均匀加入引发剂0.1%，搅拌反应1h，停止维持恒温。使之自然冷却至室温后，于100℃～110℃下烘干，烘干至含水率低于8%，再粉碎到200-350目。即制得本发明的水基钻井液用高温降滤失剂。

对本实施例中的水基钻井液用高温降滤失剂的测试试验：

本试验测试200℃×16h热滚后体系流变性及高温高压滤失性能，确定降滤失剂的最佳加量。钻井液配方如下：高温降滤失剂+0.2%NaOH+25%NaCl+3.0%膨润土+加重材料，评价降滤失剂高温降滤失性能。

测试1：本实施例的降滤失剂样品的高温降滤失性能测定

分别将生产样品在1.0%、1.5%、2.0%、2.5%及3.0%用量下，钻井液200℃×16h热滚后，测试了钻井液样品的流变性及高温高压滤失量，结果见表1。

表1 高温降滤失性能

测试2：本实施例的降滤失剂抗高温性能评价

采用本实施例的降滤失剂分别进行180℃、190℃和200℃试验，钻井液配方如下：3.0%高温降滤失剂+0.2%NaOH+25%NaCl+3.0%膨润土+加重材料。在不同的温度下热滚16h后，测试钻井液的高温高压滤失量，结果见表2。

表2 降滤失剂的抗高温性能

注：样品在热滚后均无稠化现象，重晶石也未沉淀。

测试3：本实施例的降滤失剂的抗钙、镁离子污染性能评价

采用本实施的降滤失剂分别进行抗钙、镁离子污染试验，钻井液配方如下：3.0%高温降滤失剂+0.2%NaOH+25%NaCl+3.0%膨润土+加重材料。在200℃热滚16h后，测试钻井液的流变性能及高温高压滤失量，结果见表3。

表3 降滤失剂的抗污染性能

注：样品在热滚后均无稠化现象，重晶石也未沉淀。

测试4：本实施例的降滤失剂的生物毒性评价

采用本实施例的降滤失剂采用分别发光细菌法进行生物毒性试验，该方法及毒性分级标准所采用的实验生物是发光菌冻干粉。其原理是：根据发光细菌相对发光度随样品毒性总浓度的增大而呈线性降低的特性，测定发光细菌在接触样品15min后的发光量，得出油田化学剂及钻井液的毒性水平。钻井液配方如下：3.0%高温降滤失剂+0.2%NaOH+25%NaCl+3.0%膨润土+加重材料。测试结果见表4。

表4 降滤失剂的抗污染性能

序号	产品名称	EC₅₀/(mg/L)	毒性等级
				1	高温降滤失剂	26000	无毒
2	钻井液样品	28000	无毒

生物毒性试验数据表明，高温降滤失剂为无毒处理剂，所配制的钻井液体系EC₅₀值为28000mg/L，为无毒钻井液。

从表1、表2、表3和表4可以看出，实施例1的钻井液降滤失剂的抗温、抗污染等各项性能指标均达到现场使用要求，可以交付现场应用。

实施例2

本发明包括丙烯酰胺：30%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：20%，马来酸酐: 20%,：烯丙基磺酸钠30%，引发剂：0.2%，其余是水（均为质量比）。按照加料次序在密闭反应釜中最先加入适量的水以及丙烯酰胺：25%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：20%，开始搅拌，使用氢氧化钠溶液调节pH值4～5，充分搅拌，使原料溶解到水中，当反应釜温度达到60℃时，加入马来酸酐25%以及烯丙基磺酸钠30%。通入氮气30min后，所述通入氮气的量为反应釜体积的2倍，搅拌并缓慢均匀加入引发剂0.2%，搅拌反应1h，停止加温。冷却后，于100℃下烘干，粉碎到350目。即制得本发明的水基钻井液用高温降滤失剂。

实施例3

本发明包括丙烯酰胺：40%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：20%，马来酸酐: 20%,：烯丙基磺酸钠20%，引发剂：0.1%,其余是水（均为质量比）。按照加料次序在密闭反应釜中最先加入适量的水以及丙烯酰胺：40%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：20%，开始搅拌，使用氢氧化钾溶液调节pH值4～5，充分搅拌，使原料溶解到水中，当反应釜温度达到80℃时，加入马来酸酐以及烯丙基磺酸钠。通入氮气35min后，所述通入氮气的量为反应釜体积的3倍，搅拌并缓慢均匀加入引发剂0.1%，搅拌反应1h，停止加温。冷却后，于110℃下烘干，粉碎到200目。即制得本发明的水基钻井液用高温降滤失剂。

实施例4

一种水基钻井液用降滤失剂，包括如下组份：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐、烯丙基磺酸钠，且各组份含量的质量比为丙烯酰胺：35%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：15%，马来酸酐：30%，烯丙基磺酸钠：40%，引发剂：0.15%，余量为水。

本发明的优选实施方式为，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和亚硫酸氢钠之中的一种或两种按任意比例的混合物，前述引发剂为最佳实施方式，但并不局限于前述引发剂。

本发明的又一优选实施方式为，所述降滤失剂的pH值为4～5，例如pH值为4或者5。

一种水基钻井液用降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：按比例在水中依次加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，调节pH值为4～5，搅拌均匀后在温度为70℃时，加入马来酸酐和烯丙基磺酸钠，再通入氮气25min后搅拌并均匀加入引发剂,搅拌反应2h，冷却至室温，烘干、粉碎后，制得水基钻井液用高温降滤失剂。

本发明的优选实施方式为，所述通入氮气的量为反应釜体积的2.5倍。

本发明的又一优选实施方式为，所述的冷却后在105℃下烘干至含水率低于8%。所述粉碎为粉碎到300目。

本发明的又一优选实施方式为，所述的pH值是采用氢氧化钠溶液调节。所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸氢钠之中的一种或两种任意比例的混合物。

Claims

1.一种水基钻井液用降滤失剂，其特征在于，包括如下组份：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐、烯丙基磺酸钠，且各组份含量的质量比为丙烯酰胺：30%～40%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：10%～20%，马来酸酐：20%～30%，烯丙基磺酸钠：20%～40%，引发剂：0.1%～0.2%，余量为水；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和亚硫酸氢钠之中的一种或两种按任意比例的混合物；所述降滤失剂的pH值为4～5。

2.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按比例在水中依次加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，调节pH值为4～5，搅拌均匀后在温度为60℃～80℃时，加入马来酸酐和烯丙基磺酸钠，再通入氮气25—35min后搅拌并均匀加入引发剂,搅拌反应1—2h，冷却至室温，烘干、粉碎后，制得水基钻井液用高温降滤失剂。

3.根据权利要求2所述的水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述通入氮气的量为反应釜体积的2-3倍。

4.根据权利要求2或3所述的水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述的冷却后在100℃～110℃下烘干至含水率低于8%。

5.根据权利要求4所述的水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述粉碎为粉碎到200-350目。

6.根据权利要求2、3或5所述的水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述的pH值是采用氢氧化钠溶液调节。