CN103059821B - 钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法。包括以下步骤：（1）制备甲基硅酸盐：在反应器中加入水，然后加入碱，碱溶解后温度升到70-90℃，加入甲基硅酸，继续升温在90-110℃反应生成甲基硅酸盐；所述的水、甲基硅酸与碱的重量比为1∶0.1-0.3∶0.2-0.6；（2）制备复合甲基硅酸盐：向生成的甲基硅酸盐中加入水玻璃和低分子量聚丙烯酸盐，充分搅拌均匀后加入有机锡催化剂，在90-120℃反应3-5小时得到有效物含量25-40%液体稀释剂产品复合甲基硅酸盐。该钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐具有稀释效果好、成本低、适用范围宽、稳定时间长、可抗150℃以上高温的优点。

Description

钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域中的一种稀释剂，尤其是钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法。

背景技术

钻井过程中，钻出的钻屑需要被携带出井眼，才能使钻井过程不断继续，避免卡钻等工程事故。钻井液是实现携带钻屑、润滑冷却钻具、预防井壁坍塌、平衡地层压力等的必不可少的工作液。而钻井液性能的好坏直接影响钻井施工的质量，钻井液的粘度、切力是钻井液能否满足钻井要求的重要指标之一，因此，钻井液的粘度、切力需要进行控制并且使之稳定，这样就需要用到钻井液稀释剂。钻井液稀释剂的作用是当钻井液粘度、切力大时将其稀释降低到合适的范围，并且能够长时间稳定。

目前，用于钻井液的稀释剂种类很多，大都是单一的品种，如磺化栲胶、聚丙烯酸钠、有机硅稀释剂、JN-A降粘剂、SF260、磺甲基褐煤、XY27等。这些稀释剂都有一定的局限性，如化栲胶、JN-A降粘剂、磺甲基褐煤是分散类型的稀释剂，在聚合物钻井液中不适合使用；聚丙烯酸钠、XY27等聚合物类稀释剂适用于聚合物钻井液，但不抗高温，而且成本较高；SF260是抗高温稀释剂，但加量大，效果相对低。这些稀释剂效果不理想，存在抗温低、作用时间短、成本高的问题，并且适用范围小。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的问题，而提供钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法。该钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐，具有稀释效果好、成本低、适用范围宽、稳定时间长、可抗150℃以上高温的优点。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备甲基硅酸盐：

在反应器中，加入一定量的水，然后加入碱，碱溶解后温度升到70-90℃，加入甲基硅酸，继续升温在90-110℃反应生成甲基硅酸盐；所述的水、甲基硅酸与碱的重量比为1:0.1-0.3:0.2-0.6；

（2）制备复合甲基硅酸盐：

向生成的甲基硅酸盐中加入水玻璃和低分子量聚丙烯酸盐，充分搅拌均匀后加入有机锡催化剂，在90-120℃反应3-5小时得到有效物含量25-40%液体稀释剂产品复合甲基硅酸盐；甲基硅酸盐与水玻璃、低分子量聚丙烯酸盐、有机锡催化剂重量比为1:0.2-0.5:0.1-0.2:0.001-0.003。

所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃或钠水玻璃和钾水玻璃的混合物，其模数应在2.0-3.0之间，含量40-50%；或含5水或9水的硅酸钠或硅酸钾，其模数为2.0-3.0；所述的低分子量聚丙烯酸盐可以由丙烯酸盐分别和丙烯酰胺、丙烯磺酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵一个或多个单体的共聚物代替，其分子量在2000-5000范围内；所述的低分子量聚丙烯酸盐是低分子量聚丙烯酸钠或低分子量聚丙烯酸钾；所述的有机锡催化剂是二丁基锡二月桂酸酯或双丁基氧化锡。

本发明复合甲基硅酸盐产品中存在的羟基和羧基、磺酸基及其它极性集团，以化学键或氢键的形式结合，各种阴离子集团在碱性作用下有很好的水溶性，它们能与钻井液中的粘土颗粒的Si-O键或Al-O键进行吸附，相互弥补其吸附的速度和强度，弥补水化作用和疏水性以及对粘土的抑制性，从而起到很好的相互协调性，提高了拆散粘土网架结构的作用，从而大大提高了稀释效果，显著地降低了钻井液的粘度和切力。此外，有机硅成分还具有降低表面张力和提高热稳定性作用，低分子量的丙烯酸盐聚合物具有良好的分散作用。所有这些作用相互协同，提高了产品的效果，比起单一产品降粘降切率显著提高

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该产品适用于水基粘土钻井液，稀释效果好、成本低、适用范围宽、稳定时间长、可抗150℃以上高温；粘度降低率可达到90%，切力降低率可达到50%，大大降低了低分子量丙烯酸盐作为钻井液降粘剂应用的成本。本发明产品尤其适用于高密度、高固相钻井液的粘度和切力的调节，稳定钻井液的流变性能。对淡水钻井液具有显著的降粘降切效果，其成本低于聚合物类降粘剂。

具体实施方式：

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例所用的药剂皆为市售。

实施例1 

在1000ml反应器中，加入400g水，然后加入40g氢氧化钠，氢氧化钠溶解后温度升到70℃，加入80g甲基硅酸（以100%计），继续升温在100℃，使甲基硅酸溶解率达到95%以上，期间适当补充水量，以保持反应物中的甲基硅酸钠含量达到18-20%，反应生成甲基硅酸钠；将反应液转到2000ml反应器中，向生成的520g的甲基硅酸钠中加入260g含量40-50%的钠水玻璃和200g含量40%的低分子量聚丙烯酸钠，充分搅拌均匀后加入1.5g二丁基锡二月桂酸酯，在100℃反应4小时得到有效物含量30%的成品液体稀释剂产品复合甲基硅酸钠。

实施例2

在1000ml反应器中，加入400g水，然后加入120g氢氧化钠，氢氧化钠溶解后温度升到90℃，加入240g甲基硅酸（以100%计），继续升温在105℃，使甲基硅酸溶解率达到95%以上，期间适当补充水量，以保持反应物中的甲基硅酸钠含量达到40%，反应生成甲基硅酸钠；将反应液转到2000ml反应器中，向生成的760g甲基硅酸钠中加入160g含量40-50%钠水玻璃和760g含量30%的低分子量聚丙烯酸钠，充分搅拌均匀后加入2g二丁基锡二月桂酸酯，在105℃反应5小时得到有效物含量35%成品液体稀释剂产品复合甲基硅酸钠。

材料水玻璃可以是钠水玻璃或钾水玻璃，也可以使用钠水玻璃和钾水玻璃的混合物，其模数应在2.0-3.0之间，含量40-50%；水玻璃可以用含5水或9水的硅酸钠或硅酸钾替代。产品中所使用的丙烯酸盐类聚合物，可以是低分子量聚丙烯酸钠，也可以是低分子量聚丙烯酸钾，或丙烯酸盐和丙烯酰胺、丙烯磺酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵、以及其它乙烯类水溶性单体的一个或多个单体的共聚物代替，其分子量在2000-5000范围内，能够具有较好的分散作用的聚合物材料。

本发明钻井液用稀释剂的检测方法，按照石油行业标准SY/T 5243-1991钻井液用降粘剂评价程序，用蒸馏水+钻井液试验用钠膨润土+钻井液试验用评价土=350ml+28g+24g配置2份淡水基浆，所配基浆的φ600读值应在50±10范围，如不在范围，可调节膨润土和评价土用量。在其中一份基浆中加入0.2%（以100%计）的本发明产品，按照标准用六速旋转粘度计分别测定基浆和加样品浆的φ600、φ100、φ3转的读值。经测试本发明的产品常温降粘率为92%，常温表观粘度降低率为81%；常温切力降低率为73%。然后将两份试验浆分别在150℃高温下滚动16小时，冷却后搅拌20分钟，按照标准用六速旋转粘度计分别测定φ600、φ100、φ3转的读值。所得的高温降粘率为87%，高温表观粘度降低率达为72%以上；高温切力降低率为68%。

本发明的产品常温降粘率达到了85%以上，高温150度降粘率达到了80%以上，高于现有磺化栲胶、聚丙烯酸钠、有机硅稀释剂、JN-A降粘剂、SF260、磺甲基褐煤等产品常温降粘率大于75%，高温降粘率大于70%的指标。

Claims (6)

1.一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备甲基硅酸盐：

在反应器中，加入水，然后加入碱，碱溶解后温度升到70-90℃，加入甲基硅酸，继续升温在90-110℃反应生成甲基硅酸盐；所述的水、甲基硅酸与碱的重量比为1:0.1-0.3:0.2-0.6；

（2）制备复合甲基硅酸盐：

向生成的甲基硅酸盐中加入水玻璃和低分子量聚丙烯酸盐，充分搅拌均匀后加入有机锡催化剂，在90-120℃反应3-5小时得到有效物含量25-40%液体稀释剂产品复合甲基硅酸盐；甲基硅酸盐与水玻璃、低分子量聚丙烯酸盐、有机锡催化剂重量比为1:0.2-0.5:0.1-0.2:0.001-0.003。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，其特征在于：所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，其特征在于：所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃或钠水玻璃和钾水玻璃的混合物，其模数应在2.0-3.0之间，含量40-50%；或含5水或9水的硅酸钠或硅酸钾，其模数为2.0-3.0。

4.根据权利要求1所述的一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，其特征在于：所述的低分子量聚丙烯酸盐可以由丙烯酸盐分别和丙烯酰胺、丙烯磺酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵一个或多个单体的共聚物代替，其分子量在2000-5000范围内。

5.根据权利要求1或4所述的一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，其特征在于：所述的低分子量聚丙烯酸盐是低分子量聚丙烯酸钠或低分子量聚丙烯酸钾。

6.根据权利要求1所述的一种钻井液稀释剂复合甲基硅酸盐的制备方法，其特征在于：所述的有机锡催化剂是二丁基锡二月桂酸酯或双丁基氧化锡。