CN103013456B - 一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂及其制备方法。原料的组成为：腈纶废丝，碱，无机酸、过氧化氢，褐煤，磺化剂，甲醛，硫酸亚铁，水。腈纶废丝与部分碱加入水中，85-95℃反应；降温到80-85℃加入无机酸和过氧化氢，升温至85-95℃反应1-3h；再加余量的碱和褐煤、磺化剂、甲醛，在85-95℃下反应1-3h；降温至60-80℃，加硫酸亚铁，反应10-30min，将产物取出，烘干、粉碎，即得。所得产品在降低钻井液粘度的同时具有良好的降滤失效果，抗高温。本发明以腈纶废丝和褐煤为主要原料，成本低，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂及其制备方法，属于石油钻井技术领域。
背景技术
钻井过程中钻井液具有一定的粘度、切力和较低的滤失量是保证钻井顺利进行的前提和基础。在深井及超深井日益增多的情况下，由于井底温度高、压力大，一方面造成部分钻井液降滤失剂在高温条件下降解失效，导致钻井液滤失量增大，不利于维持井壁稳定和储层保护，另一方面要使用大量的加重材料提高钻井液密度，平衡地层压力，防止井涌或井喷。目前使用较为普遍的加重材料（铁矿粉、重晶石等）对钻井液体系都具有一定的增稠效应，钻井液的流动性特别难以控制，钻井液的触变性变差。
上述问题的出现将影响钻井安全，降低钻井速度，最终影响钻井的经济效益。为了解决上述问题，现场常采用同时加入降粘剂和降滤失剂解决这一问题。现有的降粘剂如腐植酸钠、XY-27 等都不能有效解决高密度下钻井液的增稠问题，且现有降粘剂的抗温能力普遍不高（一般不超过160℃）且没有降滤失作用，在深井高温条件下使用受到一定的限制。降滤失剂主要通过护胶作用使钻井液中保持一定比例细颗粒的含量，使钻井液形成的泥饼渗透率降低，从而降低钻井液中的自由水向地层滤失而起到稳定井壁的作用。常用降滤失剂有改性褐煤类降滤失剂、烯类单体聚合物类降滤失剂、树脂类降滤失剂和淀粉类降滤失剂，其中改性褐煤类降滤失剂具有一定的降粘作用，但在温度超过150℃的高温环境下降粘及降滤失效果均不理想，而烯类单体聚合物类降滤失剂、树脂类降滤失剂和淀粉类降滤失剂一般不具备降粘作用。同时，降粘剂和降滤失剂一起加入既增加了钻井液成本，又增加了工人的劳动强度，同时使钻井液成份复杂，维护处理难度增加。
CN102344782A（CN201110205713.8）一种石油钻井助剂抗高温降滤失剂及其制备方法，降滤失剂是由下述重量配比的原料制成的：含腐殖酸的物质、焦亚硫酸钠、水、有机硅树脂、交联剂、氢氧化钾、AMPS、α-甲基葡萄糖甙。降滤失剂的制备方法包括以下步骤：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；在搅拌反应釜中加入按所述重量份比称取的有机硅树脂、交联剂、AMPS、α-甲基葡萄糖甙，密封，升温，搅拌反应；放料，所得产物经干燥即得成品。该发明产品能抗高温，降滤失较好，但降粘效果不理想，且其使用AMPS和α-甲基葡萄糖甙，成本较高，不利于工业化生产和油田大量使用。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂及其制备方法。
本发明的产品在具有良好降滤失性能的同时，兼具有很好的降粘作用，与钻井液配伍性好，不污染环境，抗温能力达180℃以上。本发明以腈纶废丝为原料，还可以使石油化工合成纤维产生的废料有变废为宝的资源化效益。
本发明的技术方案如下：
一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂，原料的质量份组成为：
腈纶废丝50-200份，碱80-155份，质量浓度为15~25%的无机酸20-100份、过氧化氢30-90份，褐煤300-500份，磺化剂5-30份，甲醛10-50份，硫酸亚铁5-20份，水1000份。
按以下方法制得：
将腈纶废丝、碱量的1/4~1/2加入水中，85-95℃ 反应2-5h；降温到80-85℃，加入无机酸和过氧化氢，升温至85-95℃反应1-3h；再加余量的碱和褐煤、磺化剂、甲醛，在85-95℃下反应1-3h；降温至60-80℃，加硫酸亚铁，反应10-30min，将产物取出，烘干、粉碎，即得。
根据本发明优选的，所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾之一或组合。
根据本发明优选的，所述的无机酸是质量浓度为20%的硝酸、20%的盐酸或20%的硫酸。
根据本发明优选的，所述的磺化剂是硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠。
根据本发明优选的，所述的甲醛是质量浓度为35~37%的甲醛水溶液。
根据本发明优选的，所述的硫酸亚铁为七水硫酸亚铁。
根据本发明优选的，一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂，原料的质量份组成为：
腈纶废丝70-160份，碱100-150份，酸30-50份、过氧化氢40-50份，褐煤300-400份，磺化剂15-30份，甲醛20-40份，硫酸亚铁10-15份，水1000份。
根据本发明，一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）把腈纶废丝剪碎，与碱总量的1/4~1/2加入水中，在搅拌状态下升温至85-95℃，反应2-5h；
（2）降温到80-85℃，加入酸和过氧化氢，升温至85-95℃反应1-3h；
（3）加入余量的碱、褐煤、磺化剂和甲醛，在85-95℃下反应1-3h；
（4）降温至60-80℃，加入硫酸亚铁，反应10-30min；
（5）放料、烘干、粉碎，即得。
本发明所述方法制得的钻井液用抗高温降粘降滤失剂外观为黑色粉末，无异味，在水中具有很好的分散和溶解作用。
本发明所述方法制得的钻井液用抗高温降粘降滤失剂可直接用于各种水基钻井液中，使用量一般为钻井液的1-3%质量体积比，单位g/ 100mL。
本发明的技术特点：本发明采用腈纶废丝、褐煤、磺化剂、甲醛和碱为主要原料，制备的产品分子中含有磺酸基、羧基和腈基等多种集团，可增加产品的抗温能力；过氧化氢对腈纶废丝起到氧化降解的作用，降低其分子量，有利于提高产品的降粘能力。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：（1）以腈纶废丝和褐煤为主要原料，制备工艺简单，成本较低；腈纶废丝的再利用还可以解决石油产品为原料的合成纤维过程中产生的大量的废丝；（2）产品在有效降低钻井液粘度的同时具有良好的降滤失效果，具有一剂多用的特点；（3）抗温能力达180℃以上，可用于深井及超深井；（4）与钻井液配伍性好，对钻井液性能无不良影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于此。
本发明涉及的抗高温降粘降滤失剂的性能测试方法如下：
（1）外观：在自然光下目测样品应为黑色自由流动粉末。
（2）降粘率的测定：
在24±3℃条件下，按水∶钠土∶评价土∶无水碳酸钠=100∶7∶2∶0.1的比例配制基浆，高速搅拌20min，再密闭养护 24h；取基浆400ml，高速搅拌5min，立即测其 Ф100读值；取配好的基浆400mL，加入8.0g抗高温降粘降滤失剂高速搅拌20min，立即测Ф100读值，然后装入高温罐，于180℃下热滚16h，取出冷却至50±5℃，高速搅拌5min，立即测Ф100读值。
室温降粘率按（1）式计算，高温降粘率按（2）式计算。
式中：
（3）滤失量的测定
取三份上述（2）配好的基浆各400mL，2份分别加入8.0g试样高速搅拌20min，取其中一份加样浆和基浆测定室温中压滤失量；另一份装入高温罐，于180℃下热滚16h，取出冷却至室温，高速搅拌5min，测定高温老化后的中压滤失量。
室温滤失量降低值=加样浆的室温中压滤失量-基浆的室温中压滤失量
高温老化滤失量降低值=高温老化后加样浆的中压滤失量-高温老化后基浆的中压滤失量
实施例中的原料腈纶废丝是以石油产品为原料的合成纤维过程中产生的大量不适于纺丝的废丝。可市购。甲醛是质量浓度为37%的甲醛水溶液；褐煤的腐植酸含量≥50%；实施例中无机酸的浓度均为质量百分比；各组分的用量“份”是质量份。
实施例1：
取腈纶废丝75份，剪碎，将其与30份氢氧化钠一起加入1000份水中，在搅拌状态下升温至90℃，反应3h；降温到85℃，加入30份浓度为20wt%的硝酸和40份过氧化氢，升温至90℃反应2h；加入80份氢氧化钠、300份褐煤、20份焦亚硫酸钠和25份甲醛，在95℃下反应2h；降温至70℃，加入10份七水硫酸亚铁，反应20min；放料、烘干、粉碎，即得。
取实施例1方法制备的抗高温降粘降滤失剂，考察其性能，结果如表1所示。
表1
| 项 目 | 指 标 |
| 外 观 | 黑色粉末 |
| 室温滤失量降低值，ml | 12 |
| 高温老化滤失量降低值，ml | 10.5 |
| 室温降粘率，% | 92.2 |
| 高温老化降粘率，% | 86.9 |
实施例2：取腈纶废丝120份，剪碎，将其与40份氢氧化钾加入1000份水中，在搅拌状态下升温至95℃，反应4h；降温到80℃，加入50份浓度为20wt%的盐酸和45份过氧化氢，升温至90℃反应3h；加入100份氢氧化钠、350份褐煤、25份亚硫酸氢钠和30份甲醛，在95℃下反应2h；降温至80℃，加入15份七水硫酸亚铁，反应30min；放料、烘干、粉碎，即得。
取实施例2方法制备的抗高温降粘降滤失剂，考察其性能，结果如表2所示。
表2
| 项 目 | 指 标 |
| 外 观 | 黑色粉末 |
| 滤失量降低值(室温)，ml | 13.2 |
| 滤失量降低值(180℃/16h)，ml | 11.0 |
| 降粘率(室温)，% | 87.5 |
| 降粘率(180℃/16h)，% | 85.2 |
实施例3：取腈纶废丝160份，剪碎，将其与45份氢氧化钠加入1000份水中，在搅拌状态下升温至88℃，反应2.5h；降温到85℃，加入55份浓度为20wt%的硫酸和45份过氧化氢，升温至95℃反应2h；加入105份氢氧化钾、400份褐煤、30份硫酸钠和40份甲醛，在90℃下反应3h；降温至60℃，加入12份七水硫酸亚铁，反应15min；放料、烘干、粉碎，即得。
取实施例3方法制备的抗高温降粘降滤失剂，考察其性能，结果如表3所示：
表3
| 项 目 | 指 标 |
| 外 观 | 黑色粉末 |
| 滤失量降低值(室温)，ml | 11.5 |
| 滤失量降低值(180℃/16h)，ml | 10.2 |
| 降粘率(室温)，% | 91.2 |
| 降粘率(180℃/16h)，% | 88.0 |
Claims (1)
1.一种钻井液用抗高温降粘降滤失剂，其特征在于原料的质量份组成为：
腈纶废丝50-200份，碱80-155份，无机酸20-100份、过氧化氢30-90份，褐煤300-500份，磺化剂5-30份，甲醛10-50份，硫酸亚铁5-20份，水1000份；
所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾之一或组合；
所述的无机酸是质量浓度为20%的硝酸、20%的盐酸或20%的硫酸；
按以下方法制得：
将腈纶废丝、碱量的1/4~1/2加入水中，85-95℃ 反应2-5h；降温到80-85℃，加入无机酸和过氧化氢，升温至85-95℃反应1-3h；再加余量的碱和褐煤、磺化剂、甲醛，在85-95℃下反应1-3h；降温至60-80℃，加硫酸亚铁，反应10-30min，将产物取出，烘干、粉碎，即得。
2. 如权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘降滤失剂，其特征在于所述的磺化剂是硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠。
3. 如权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘降滤失剂，其特征在于所述的甲醛是质量浓度为35~37%的甲醛水溶液。
4. 如权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘降滤失剂，其特征在于所述的硫酸亚铁为七水硫酸亚铁。
5. 如权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘降滤失剂，其特征在于原料的质量份组成为：
腈纶废丝70-160份，碱100-150份，无机酸30-50份、过氧化氢40-50份，褐煤300-400份，磺化剂15-30份，甲醛20-40份，硫酸亚铁10-15份，水1000份；
所述的无机酸是质量浓度为20%的硝酸、20%的盐酸或20%的硫酸。
6. 权利要求1-5任一项所述的钻井液用抗高温降粘降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）把腈纶废丝剪碎，与碱总量的1/4~1/2一起加入水中，在搅拌状态下升温至85-95℃，反应2-5h；
（2）降温到80-85℃，加入无机酸和过氧化氢，升温至85-95℃反应1-3h；所述的无机酸是质量浓度为20%的硝酸、20%的盐酸或20%的硫酸；
（3）加入余量的碱、褐煤、磺化剂和甲醛，在85-95℃下反应1-3h；
（4）降温至60-80℃，加入硫酸亚铁，反应10-30min；
（5）放料、烘干、粉碎，即得。
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