CN103045188A - 一种水基钻井液用封堵型降滤失剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液用封堵型降滤失剂及其制备方法。该降滤失剂根据适用井段温度与地层特点的不同可进行选择，其组成包括聚合物改性氧化沥青（PMA），改性剂及辅助降滤失剂，通过简单的表面改性及干混工艺即可制得该降滤失剂系列样品。本发明样品降低钻井液滤失性能优异，降低率高达80％，形成致密强韧的泥饼，沥青的高温软化变形特点可及时封堵地层裂缝和裂隙，可根据应用地层特点及井段温度选用适宜产品配方，使用灵活，且生产工艺简单，条件温和，生产效率高，成本低廉，无废气物及粉尘产生，对作业人员身体伤害小。

Description

一种水基钻井液用封堵型降滤失剂及其制备方法

技术领域

本发明属于水基钻井液体系使用的油田化学品，特别涉及一种水基钻井液中使用的封堵型降滤失剂及其制备方法。

背景技术

水基钻井液的功能主要有以下几个方面：携带岩屑、冷却钻具、封堵防塌、降低失水、润滑钻头、传递信息、辅助破岩、平衡控制地层压力等，其中降低钻井液进入地层的滤失量为主要方面之一。降失水剂，又称降滤失剂和滤失控制剂，可在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，是尽可能降低钻井液滤失量的一类油田化学品。降滤失剂主要分为以下几类：纤维素类、腐植酸类、丙烯酸类聚合物、树脂类和淀粉类。

其中纤维类产品包括羧甲基纤维素钠、聚阴离子纤维素和羧乙基纤维素钠等，例如美国专利US20100828061此类产品降滤失性能优异，适用体系范围广，但其明显提高钻井液粘度，价格昂贵，抗温性能差。

腐植酸类产品包括褐煤碱液、硝基腐植酸钠、铬腐殖酸、磺甲基褐煤等，例如中国专利CN1807543和CN9411858.5，此类产品降滤失的同时可降粘，具有一定抗温性，但其滤液污染环境，破坏油气储层，生产工艺条件苛刻，对操作人员身体损伤大。

丙烯酸类聚合物包括水解聚丙烯腈铵盐、聚丙烯酸盐聚合物等，丙烯酸盐多元共聚物等，例如中国专利CN99100025.0、中国专利CN101250397、澳大利亚专利AU2010207511和世界专利WO2011158003，此类产品同时具有抗盐和增粘提切的功能，从而抑制页岩膨胀，且工艺简单，但其抗钙能力较弱，且抗温性差，原料及产品具有酸味。

树脂类产品包括磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物等，例如中国专利CN99107926.4、CN99107925.6和CN200710114554.4，此类产品抗高温性能好，同时具有润滑性和防塌性，但其降滤失性能相对较差，且污染环境。

淀粉类产品包括羧甲基淀粉、羧丙基淀粉、预胶化淀粉、抗高温淀粉和改性淀粉等，例如中国专利CN201010125334.3，此类产品属于天然高分子及其衍生物，易降解，环保性好，但其抗高温性能差，改性工艺复杂，易发酵变质，无法长期使用与储存。

另外，一些研究者利用纤维状或块状材料的封堵性制备降滤失剂，例如中国专利CN200810236644.5和CN200710014322，此类产品具有创新性，但其降滤失性能不如高分子类和树脂类，且抗高温能力亦有限。

发明内容

针对现有研究的不足和实际应用的迫切需要，特别是针对现有水基钻井液用降滤失剂中存在的增粘、生产工艺繁琐、污染环境、成本昂贵等问题，本发明要解决的问题是提供一种水基钻井液用封堵型降滤失剂及其制备方法。

利用本发明方法得到的封堵型降滤失剂降低钻井液滤失性能优异，降低率高达80％，形成致密强韧的泥饼，沥青的高温软化变形特点可及时封堵地层裂缝和裂隙。此外还可以根据应用地层特点及井段温度选用适宜产品配方，使用灵活，并且生产工艺简单，条件温和，生产效率高，成本低廉，无废气物及粉尘产生，对作业人员身体伤害小。

因此，根据本发明第一方面，提供一种水基钻井液用封堵型降滤失剂的制备方法，其包括以下步骤：

（1）按重量配比，称取如下组分：沥青40～90份，表面改性剂2～10份，隔离剂0～58份；

（2）在翻搅过程中，向上述沥青组分上喷洒表面改性剂；

（3）将步骤（2）中获得的物料进行粉碎，优选在鼓风粉碎机中进行，粉碎所得样品目数为80-200目；

（4）粉碎出料后，使其进入干混机，优选通过抽泵进入干混机，并加入上述配比的隔离剂，启动干混机进行干混，优选干混20min-2小时，优选30min-1小时，然后出料，得到封堵型降滤失剂，任选将其装袋保存。

根据本发明，所述沥青组分为聚合物改性氧化沥青（PMA）、天然沥青和氧化沥青中的一种或几种；

所述表面改性剂可以是阳离子表面活性剂和水溶性硅油（OSO-W）的混合物。阳离子表面活性剂的作用是使沥青组分成为亲水性材料。所述阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，优选十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或其任意比例形成的混合物。水溶性硅油（OSO-W）的作用是稳定沥青组分的水分散性，加快其浸水时间。所述水溶性硅油为北京优美特纳米材料有限公司生产的水溶性硅油OSO-w。

根据本发明，阳离子表面活性剂与水溶性硅油OSO-w的重量比例为：1～5：1～10，优选1～3：1～7，更优选1～2：1～5。

在本文中，所用术语“隔离剂”也称为阻隔剂，是指具有辅助降滤失剂的固体粉末成分，包括纤维素接枝淀粉（EPPS）、聚丙烯腈铵盐（NH₄PAN）、聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐（双聚铵盐）（HMP-21）、褐煤树脂（SPNH）、磺化褐煤（SMC）、磺化酚醛树脂（SMP）或其任意比例形成的混合物。所述褐煤树脂优选为磺化褐煤树脂。可以使用其中的任一种或两种以上的任何混合物。隔离剂用量优选为2～58份，更优选5～50份，还更优选10～40份。

根据本发明优选的实施方式，作为隔离剂，使用纤维素改性淀粉、褐煤树脂、聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐。

根据本发明一种优选的实施方式，各组分及其重量配比为：聚合物改性氧化沥青40～80份，表面改性剂4～10份，纤维素改性淀粉0～40份，双聚丙烯腈铵盐0～40份，磺化褐煤树脂0～40份，并且纤维素改性淀粉、双聚丙烯腈铵盐和磺化褐煤树脂总量为2～58份。

根据本发明第二方面，提供一种根据上述方法制得的水基钻井液用封堵型降滤失剂，其特征在于，按重量配比，称取如下组分：沥青40～90份，表面改性剂2～10份，隔离剂0～58份。

所述沥青组分为聚合物改性氧化沥青（PMA）、天然沥青、氧化沥青中的一种或几种。

所述表面改性剂是阳离子表面活性剂和水溶性硅油（OSO-W）的混合物。所述阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，优选十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或其任意比例形成的混合物。所述水溶性硅油可以是北京优美特纳米材料有限公司生产的水溶性硅油OSO-w。阳离子表面活性剂与水溶性硅油OSO-w的重量比例为：1～5：1～10，优选1～3：1～7，更优选1～2：1～5。

所述隔离剂或阻隔剂包括纤维素接枝淀粉（EPPS）、聚丙烯腈铵盐（NH₄PAN）、聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐（双聚铵盐）（HMP-21）、褐煤树脂（SPNH）、磺化褐煤（SMC）、磺化酚醛树脂（SMP）或其任意比例形成的混合物。所述褐煤树脂优选为磺化褐煤树脂。

根据本发明，优选使用纤维素改性淀粉、褐煤树脂或聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐作为隔离剂。进一步优选地，各组分及其重量配比为：聚合物改性氧化沥青40～80份，表面改性剂4～10份，纤维素改性淀粉0～40份，双聚丙烯腈铵盐0～40份，磺化褐煤树脂0～40份，并且纤维素改性淀粉、双聚丙烯腈铵盐和磺化褐煤树脂总量为2～58份。

根据本发明，通过表面改性及添加固体粉末状隔离剂，可以提高沥青材料在水基钻井液中的水分散稳定性及抗粘接性。另外，通过选择不同的隔离剂组分及其组合，可以制备具有不同的抗高温性能及适用地层的封堵性降滤失剂。

根据本发明一种实施方式，优选采用纤维素接枝淀粉（EPPS）和/或聚丙烯腈铵盐（NH₄PAN）作为隔离剂，最终制得的封堵性降滤失剂可以抗120℃的高温，并适用浅部地层；

根据本发明另一种实施方式，优选采用聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐（双聚铵盐）（HMP-21）和/或羧甲基纤维素钠（CMC）作为隔离剂，最终制得的封堵性降滤失剂可以抗150℃的高温，并适用中深部地层；

根据本发明另一种实施方式，优选采用褐煤树脂（SPNH）、磺化褐煤（SMC）和/或磺化酚醛树脂（SMP）作为隔离剂，最终制得的封堵性降滤失剂可以抗170℃的高温，并适用深部地层。可以根据实际需要，从上述示例性产品中选用最适宜的封堵性降滤失剂。

本发明的水基钻井液用封堵性降滤失剂充分利用沥青材料高温软化变形的特征，可形成一层致密强韧的泥饼，降低钻井液流体进入地层的渗透量，如遇地层裂缝及裂隙，可及时填充固化，从而稳定井壁，起到封堵防塌的效果，而且不会缩小井口导致卡钻等问题。

此外，本发明的水基钻井液用封堵性降滤失剂的滤失降低率高达80％以上，抗高温性能可达120～170℃，适用范围广，水分散稳定性好，而且通过表面改性及添加固体粉末状隔离剂，可以获得具有不同的抗高温性能及适用地层并可根据实际需要选用的最适宜产品。

具体实施方式

以下通过实施例来进一步解释或说明本发明内容。但所提供的实施例不应被理解为对本发明保护范围构成限制。

性能评价

1、样品外观评价：

在常温下目测样品。

2、细度评价：

称取试样50.00g（称准至0.01g），放入30目标准筛中，迅速震动标准筛直至试样不再漏下为止。称量筛余物质量，按公式（1）计算细度。

$S=\frac{m_1}{m}\×100\%$

式中：

S——细度，％；

m₁——筛余物质量，g；

m——称取试样质量，g。

3、水分散速度评价：

使用100mL量筒量取100mL蒸馏水，称取1.0g样品迅速倒入量筒中（样品避免占到量筒壁上），同时开始计时，观察样品全部浸入蒸馏水中所使用的时间。

4、粘度性能评价：

取基浆400mL，边搅拌边缓慢加入20.0g样品，高速搅拌20min，室温密闭下养护24h，高速搅拌5min后，按GB/T16783.1—2006的规定在六速旋转粘度计上测定样品溶液的φ600、φ300、φ200、φ100、φ6、φ3的粘度，并计算出表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)及动切力(YP)。

AV=R₆₀₀/2

PV=R₆₀₀－R₃₀₀

YP=(2R₃₀₀－R₆₀₀)×0.511

式中：AV﹣表观粘度，mPa·s；

PV﹣塑性粘度，mPa·s；

YP﹣动切力，Pa。

5、降滤失性能评价：

钻井液基浆的配制：取自来水1000ml，在搅拌下加入缓缓加入钻井液试验用钠土50g，高速搅拌60min，在搅拌过程中停下两次以刮下粘附在容器壁上的粘土，然后将此基浆在室温密闭下养护24h。基浆性能要求：API滤失量为25ml±5mL，HTHP（120℃）滤失量为110ml±10ml。如基浆的性能达不到要求可按比例调整钠土的加量。

（2）API滤失量的测定：取基浆400mL，边搅拌边缓慢加入20.00g样品，高速搅拌20min，室温密闭下养护24h，高速搅拌5min后测定API滤失量。

（3）HTHP120℃滤失量的测定：取基浆400mL，边搅拌边缓慢加入20.0g样品，高速搅拌20min，室温密闭下养护24h，高速搅拌5min后测定HTHP（120℃、3.5MPa）滤失量。

（4）高温热滚后HTHP120℃滤失量的测定：取基浆400mL，边搅拌边缓慢加入20.00g样品，高速搅拌20min，装入滚子炉中特定温度下恒温热滚16h，取出后冷却至室温，高速搅拌5min后测定HTHP（120℃、3.5MPa）滤失量。

实施例1

（1）称取200kg聚合物改性氧化沥青（PMA）置于地面进行人工打散；

（2）在翻搅的过程中喷洒9kg多元醇脂类非离子表面活性剂Span80和9kg多元醇脂类非离子表面活性剂Tween80，进行初步表面改性；

（3）将步骤（2）物料转入鼓风粉碎机进行粉碎；

（4）出料通过抽泵进入干混机中，在干混机中加入80kg纤维素改性淀粉，干混30min，出料装袋，得到样品，记为NFL-120。

根据上述样品性能评价方法，对实施例1的样品进行评价，结果如1所示。

表1实例1NFL-120质量检测结果

实施例2

（1）称取200kg聚合物改性氧化沥青置于地面人工打散；

（2）在翻搅的过程中喷洒6kg工业级液体CTAB和12kg水溶性硅油OSO-w，进行初步表面改性；

（3）将步骤（2）物料转入鼓风粉碎机进行粉碎；

（4）出料通过抽泵进入干混机中，在干混机中加入100kg聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐（双聚铵盐）（HMP-21），干混30min，出料装袋，得到样品，记为NFL-150。

根据上述产品性能评价方法，对实施例2的样品进行评价，结果如表2所示。

表2实例2NFL-150质量检测结果

实施例3

（1）称取200kg聚合物改性氧化沥青置于地面人工打散；

（2）在翻搅的过程中喷洒6kg工业级液体CTAB和12kg水溶性硅油OSO-w，进行初步表面改性；

（3）将步骤（2）物料转入鼓风粉碎机进行粉碎；

（4）出料通过抽泵进入干混机中，在干混机中加入45kg褐煤树脂，干混30min，出料装袋，得到样品，记为NFL-170。

根据上述样品性能评价方法，对实施例3的样品进行评价，结果如表3所示。

表3实例3NFL-170质量检测结果

根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅仅为了举例说明本发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水基钻井液用封堵型降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量配比，称取如下组分：沥青40～90份，表面改性剂2～10份，隔离剂0～58份，优选隔离剂2～58份，更优选6～50份，还更优选10～40份；

（2）在翻搅过程中，向上述沥青组分上喷洒表面改性剂；

（3）将步骤（2）获得的物料进行粉碎，优选在鼓风粉碎机中进行，粉碎所得样品目数为80-200目；

（4）粉碎出料后，使其进入干混机，优选通过抽泵进入干混机，并加入上述配比的隔离剂，启动干混机进行干混，优选干混20min-2小时，优选30min-1小时，然后出料，得到封堵型降滤失剂，任选将其装袋保存。

2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，

所述沥青组分为聚合物改性氧化沥青（PMA）、天然沥青、氧化沥青中的一种或几种；

所述表面改性剂是阳离子表面活性剂和水溶性硅油（OSO-w）的混合物，所述阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，优选十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或其任意比例形成的混合物，所述水溶性硅油为北京优美特纳米材料有限公司生产的水溶性硅油（OSO-w）。

所述阳离子表面活性剂与水溶性硅油OSO-w的重量比例为：1～5：1～10，优选1～3：1～7，更优选1～2：1～5。

3.根据权利要求1或2的的制备方法，其特征在于，

所述隔离剂为纤维素接枝淀粉（EPPS）、聚丙烯腈铵盐（NH₄PAN）、聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐（双聚铵盐）（HMP-21）、褐煤树脂（SPNH）、磺化褐煤（SMC）、磺化酚醛树脂（SMP）或其任意比例形成的混合物，所述褐煤树脂优选为磺化褐煤树脂。

4.根据权利要求1至3之一的的制备方法，其特征在于，

隔离剂为纤维素改性淀粉、褐煤树脂、或聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐。

5.根据权利要求1至4之一的的制备方法，其特征在于，

各组分及其重量配比为：聚合物改性氧化沥青40～80份，表面改性剂4～10份，纤维素改性淀粉0～40份，双聚丙烯腈铵盐0～40份，磺化褐煤树脂0～40份，并且纤维素改性淀粉、双聚丙烯腈铵盐和磺化褐煤树脂总量为2～58份。

6.一种根据权利要求1至5之一的方法制得的封堵型降滤失剂，其特征在于，所述降滤失剂包含以下重量配比的组分：沥青40～90份，表面改性剂2～10份，隔离剂0～58份，优选隔离剂2～58份，更优选6～50份，还更优选10～40份。

7.根据权利要求6的封堵型降滤失剂，其特征在于，

隔离剂包含纤维素接枝淀粉（EPPS）和/或聚丙烯腈铵盐（NH₄PAN）。

8.根据权利要求6的封堵型降滤失剂，其特征在于，

隔离剂包含聚（丙烯腈-丙烯酰胺）铵盐（双聚铵盐）（HMP-21）和/或羧甲基纤维素钠（CMC）。

9.根据权利要求6的封堵型降滤失剂，其特征在于，

隔离剂包含褐煤树脂（SPNH）、磺化褐煤（SMC）和/或磺化酚醛树脂（SMP）。

10.根据权利要求1至5之一的方法制得的封堵型降滤失剂或根据权利要求6至9之一的封堵型降滤失剂用于水基钻井液的用途。