CN104531102B - 钻井液用天然高分子降滤失剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻井液用天然高分子降滤失剂及其制备方法与应用，其中所述的制备方法包括如下步骤：将魔芋胶、纯碱、尿素、甘油、乙醇、水按照70～100:15～20:4～6:5～8:30～40:10～30的重量比在搅拌下分别加入到捏合机中，于常压70～90℃反应3～4.5小时，冷却后，出料，干燥，粉碎，即得产品钻井液用天然高分子降滤失剂。本发明所述的钻井液用天然高分子降滤失剂合成方法简单、降滤失能力强、无生物毒性，对环境无污染。将本发明所制得的天然高分子降滤失剂添加到油田钻井液中所得到的钻井液具有滤失量低、无生物毒性、对环境无污染等优点。

Description

钻井液用天然高分子降滤失剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种油田钻井液用降滤失剂及其制备方法与应用，具体是指一种可用作油田钻井液用的无生物毒性的天然高分子降滤失剂及其制备方法与应用。
背景技术
钻井液用降滤失剂，是用于保证钻井液性能稳定，减少有害液体向地层滤失，以及稳定井壁和保证井径规则的泥浆处理剂。随着钻遇地层的日趋复杂，天然以及天然改性的降滤失剂已经不能满足钻井的需求。例如以羧甲基纤维素钠为代表的纤维素产品在钻井液中抗盐能力差，被盐和钙污染后，钻井液粘度明显上升，降滤失效果明显下降。预胶化淀粉降滤失剂虽然在盐水和饱和盐水钻井液中降滤失效果比羧甲基纤维素钠稍好些，但其热稳定性差。对于具有耐温抗盐要求的降滤失剂，目前国内常用的多为以丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺为单体的聚合物类、酚醛树脂类降滤失剂。但这些产品中的残余单体，如酚醛树脂类降滤失剂中残余的苯酚、甲醛类等原料对环境造成很大的污染。随着油气田勘探开发的深入和社会经济的发展,对钻井液减少储层伤害、环境保护的要求日益提高。因此，制备出无生物毒性，有利于环境保护同时具有抗温抗盐效果的降滤失剂产品具有重要的现实意义和迫切性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于油田钻井液用降滤失剂，特别是一种可有效降低钻井液滤失量，同时对环境无污染的天然高分子降滤失剂，并且具有良好的抗温抗盐效果。
本发明的另一目的是提供所述钻井液用天然高分子降滤失剂的制备方法，其工艺简单，且所制备的降滤失剂在降低滤失量的同时不会对环境造成污染。
本发明的另一目的在于提供所述钻井液用天然高分子降滤失剂的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供一种钻井液用天然高分子降滤失剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
将魔芋胶、纯碱、尿素、甘油、乙醇、水按照70～100:15～20:4～6:5～8:30～40:10～30的重量比在搅拌下加入到捏合机中，于常压以及70～90℃反应3～4.5小时，冷却后，出料，干燥，粉碎，即得产品钻井液用天然高分子降滤失剂。
由于本反应开始后流动性会变差，为了提高反应速度和反应的均匀性，上述反应在捏合机中进行。
除特别注明外，本发明中所述比例与百分含量均为重量比例或百分含量。
本发明的制备方法中，混合体系中各组分的量是以有效物质的量计，当配制本发明的混合反应体系所用的各原料不是纯物质时，应根据其中有效物质实际浓度进行相应折算后配料。例如，当采用工业上常用的95％乙醇水溶液作为原料配制本发明的混合反应体系时，混合体系中乙醇的量“30～40”是指乙醇组分的实际有效量，而非配料95％乙醇水溶液的用量(95％乙醇水溶液中的水应计入水的量“10～30”中)。
根据本发明的具体实施方式，在本发明所述的钻井液用天然高分子降滤失剂的制备方法中，其中所述的干燥是在100～120℃条件下干燥4～6h，干燥的目的在于充分除去体系中的乙醇和水分，便于运输，计量等。
另一方面，本发明提供一种钻井液用天然高分子降滤失剂，其是根据本发明所述的方法制备得到的。
根据本发明的具体实施方式，在本发明所述的钻井液用天然高分子降滤失剂中，其为自由流动颗粒或粉末。
根据本发明的具体实施方式，在本发明所述的钻井液用天然高分子降滤失剂中，其具有如下特性：
在1wt％浓度，其pH≥6；在0.9wt％浓度，4％盐水钻井液中滤失量为2～10mL/30min；在1.2wt％浓度，饱和盐水钻井液中滤失量为2～10mL/30min；EC50值为110000～125000mg/L。
再一方面，本发明提供一种钻井液，其添加了本发明所述的钻井液用天然高分子降滤失剂。以水的总重量为基准，其中钻井液用天然高分子降滤失剂的含量为0.1wt％～2.0wt％，优选1.5wt％。因此本发明提供了本发明所述的钻井液用天然高分子降滤失剂在配制油田钻井液中的应用。
综上所述，本发明提供了一种钻井液用天然高分子降滤失剂及其制备方法与应用以及应用所得到的钻井液。本发明所述的天然高分子降滤失剂的合成方法简单、成本低、降滤失能力较强，无生物毒性，对环境无污染，具有优良的抗温、抗盐和抗钙能力。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
按重量比取20份水，在搅拌下分别将80份魔芋胶、15份纯碱、5份尿素、6份甘油、35份95％乙醇加入到捏合机中，捏合机夹套中通入蒸汽，使温度保持在80℃反应3小时。反应完成后，夹套中通入冷水，冷却后出料，于110℃干燥4.5小时后粉碎，即制得本实施例的钻井液用天然高分子降滤失剂。
实施例2
按重量比取15份水，在搅拌下分别将75份魔芋胶、17份纯碱、6份尿素、7份甘油、40份95％乙醇加入到捏合机中，捏合机夹套中通入蒸汽，使温度保持在85℃反应4小时。反应完成后，夹套中通入冷水，冷却后出料，于100℃干燥6小时后粉碎，即制得本实施例的钻井液用天然高分子降滤失剂。
实施例3
按重量比取25份水，在搅拌下分别将90份魔芋胶、20份纯碱、4份尿素、5份甘油、30份95％乙醇加入到捏合机中，捏合机夹套中通入蒸汽，使温度保持在90℃反应3.5小时。反应完成后，夹套中通入冷水，冷却后出料，于120℃干燥4小时后粉碎，即制得本实施例的钻井液用天然高分子降滤失剂。
实施例4
按重量比取10份水，在搅拌下分别将70份魔芋胶、16份纯碱、4份尿素、8份甘油、35份95％乙醇加入到捏合机中，捏合机夹套中通入蒸汽，使温度保持在80℃反应3小时。反应完成后，夹套中通入冷水，冷却后出料，于115℃干燥5小时后粉碎，即制得本实施例的钻井液用天然高分子降滤失剂。
实施例5
按重量比取28份水，在搅拌下分别将100份魔芋胶、20份纯碱、6份尿素、8份甘油、40份95％乙醇加入到捏合机中，捏合机夹套中通入蒸汽，使温度保持在70℃反应4.5小时。反应完成后，夹套中通入冷水，冷却后出料，于105℃干燥5.5小时后粉碎，即制得本实施例的钻井液用天然高分子降滤失剂。
将上述各实施例1～5得到的钻井液用天然高分子降滤失剂按照企业标准QHDJPK0008-2014进行各项性能测试，具体测试方法为：
①pH值：量取300mL蒸馏水倒入高搅杯中，加入3.00g钻井液用天然高分子降滤失剂试样，高速搅拌20分钟。用广泛pH试纸测其pH值。
②4％盐水中滤失量：量取350mL4％盐水(氯化钠溶液)倒入高搅杯中，加入1.00g碳酸氢钠和35.00g评价土，高速搅拌20min，其间至少应中断两次以刮下粘附在杯壁上的物质。
在上述钻井液中，加入3.15g钻井液用天然高分子降滤失剂试样，高速搅拌20min，其间至少应中断两次以刮下粘附在杯壁上的物质；在室温下密闭养护24h。
高速搅拌5min，待自然消泡后，用常温中压失水仪测定室温(20℃～30℃)下的滤失量。
③饱和盐水中滤失量：量取350mL饱和盐水(氯化钠溶液)倒入高搅杯中，加入1.00g碳酸氢钠和35.00g评价土，高速搅拌20min，其间至少应中断两次以刮下粘附在杯壁上的物质。
在上述钻井液中，加入4.20g钻井液用天然高分子降滤失剂试样，高速搅拌20min，其间至少应中断两次以刮下粘附在杯壁上的物质；在室温下密闭养护24h。
高速搅拌5min，待自然消泡后，用常温中压失水仪测定室温(20℃～30℃)下的滤失量。
其结果如表1所示。
表1实施例1～5的降滤失剂性能指标测试数据
上述实验数据表明，采用本发明制得的钻井液用天然高分子降滤失剂各项性能良好，在4％盐水钻井液和饱和盐水钻井液中的滤失量均较低，因此本发明的钻井液用天然高分子降滤失剂能很好的应用到各种钻井液中，尤其是盐水钻井液中。
(1)降滤失性能评价
各实施例产品降滤失性能评价结果见表2。
表2各实施例产品降滤失性能评价结果
4％盐水基浆：4％盐水+1.0g碳酸氢钠+35g评价土
4％盐水样品浆：基浆+0.9％钻井液用天然高分子降滤失剂
饱和盐水基浆：饱和盐水+1.0g碳酸氢钠+35g评价土
饱和盐水样品浆：基浆+1.2％钻井液用天然高分子降滤失剂
从上述表格中数据可以看出，由本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂在盐水中的降滤失效果很好，可将钻井液的滤失量由80～100mL降至10mL以内。所以由本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂有很强的降滤失能力，并且抗盐能力较强。
(2)钻井液性能评价
将本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂配制成天然高分子钻井液与常规聚合物钻井液分别经120℃热滚后做性能测试比较，结果如表3所示。
表3聚合物钻井液与天然高分子钻井液120℃热滚后性能测试结果
钻井液体系 ρ(g/cm3) AV(mPa·S) PV(mPa·S) YP(Pa) FL(mL/30min)
聚合物钻井液 1.05 22.0 15.0 7.0 10.6
实施例1样品浆 1.05 24.0 15.0 9.0 4.0
实施例2样品浆 1.05 25.0 16.0 9.0 5.2
实施例3样品浆 1.04 24.5 15.0 9.5 3.6
实施例4样品浆 1.05 25.0 15.0 10.0 4.4
实施例5样品浆 1.06 23.5 14.0 9.5 6.0
注：聚合物钻井液：4％膨润土浆+0.3％FA367+0.7％JT888+0.5％NPAN+2％磺化沥青天然高分子钻井液：4％膨润土浆+0.3％FA367+0.7％天然高分子降滤失剂+2％磺化沥青。其中各组分百分含量是以水的重量为基准计算，后面部分与本部分相同。
钾基聚合物钻井液和钾基天然高分子钻井液经120℃热滚后其性能测试结果，如表4所示。
表4钾基聚合物钻井液与钾基天然高分子钻井液120℃热滚后性能测试结果
钻井液体系 ρ(g/cm3) AV(mPa·S) PV(mPa·S) YP(Pa) FL(mL/30min)
钾基聚合物钻井液 1.10 20.0 19.0 1.0 21.0
实施例1样品浆 1.10 34.0 24.0 10.0 5.0
实施例2样品浆 1.10 35.0 25.0 10.0 6.4
实施例3样品浆 1.09 35.5 25.0 10.5 4.2
实施例4样品浆 1.10 35.0 25.0 10.0 5.2
实施例5样品浆 1.09 34.5 25.0 9.5 7.2
从上述两个表格中数据可看出，采用本发明制备得到的天然高分子降滤失剂配制的天然高分子钻井液体系与常规聚合物钻井液体系相比，具有更好的降滤失效果。尤其是钾基天然高分子钻井液与钾基聚合物钻井液相比，动塑比高，携岩能力强，流变性更好，降滤失效果更强。
钾基聚合物钻井液：4％膨润土浆+0.3％FA367+1.0％JT888+0.7％NPAN+2％磺化沥青+5％KCl
钾基天然高分子钻井液：4％膨润土浆+0.3％FA367+1.0％天然高分子降滤失剂+2％磺化沥青+5％KCl
FA367---市售钻井液用两性离子聚合物包被剂；
JT888---市售钻井液用两性离子聚合物降滤失剂；
NPAN---市售钻井液用降滤失剂水解聚丙烯腈铵盐。
(3)抗温性能评价
将实施例1～5得到的钻井液用天然高分子降滤失剂分别配制成天然高分子钻井液，并分别编号为1、2、3、4、5，150℃热滚16h后测试钻井液的各项性能，结果如表5所示，其中钻井液的配方为：淡水+0.3％Na2CO3+4％夏子街土+0.3％IND30+0.9％天然高分子降滤失剂+4％Redu2+2％NFA-25+1％PGCS-1+5％Weigh2+45％重晶石
表5实施例1～5的降滤失剂配制的天然高分子钻井液150℃热滚16h后性能测试结果
从上述表格中数据可看出，采用本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂配制的钻井液抗温能力较强，经150℃热滚16h后流变性良好，常温中压和高温高压滤失量均较低，可很好满足现场钻井工程的需要。
(4)抗污染性能评价
以实施例1为例，将上述钻井液定为基浆，经钙污染和搬土污染后，150℃热滚16h后测其性能，结果如表6所示。
表6实施例1产品配制的天然高分子钻井液抗污染能力性能测试数据
从上述表格中数据可看出，采用本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂配制的钻井液经钙和搬土污染后流变性和滤失量均没有太大变化，表明采用本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂抗污染能力较强。
基浆：淡水+0.3％Na2CO3+4％夏子街土+0.3％IND30+0.9％天然高分子降滤失剂+4％Redu2+2％NFA-25+1％PGCS-1+5％Weigh2+45％重晶石
浆1：基浆+0.5％硫酸钙
浆2：基浆+5％评价土
浆3：基浆+5％夏子街土
IND30---市售钻井液用天然高分子包被抑制剂
Redu2---市售钻井液用降滤失剂
NFA-25---市售钻井液用无荧光白沥青
PGCS-1---市售钻井液用固体聚合醇
Weigh2---市售钻井液用有机盐加重剂
各个表中的缩写表示如下意义：
ρ：密度；
AV：表观粘度；
PV：塑性粘度；
YP：动切力；
YP/PV：动塑比；
FL：常温中压滤失量；
HTHP：高温高压滤失量。
(5)环保性能评价
配制0.8％天然高分子降滤失剂的水溶液，参照美国国家环保局确认的糠虾生物毒性分级标准，使用DXY-2生物急性毒性测试仪进行测试，结果如表7所示。
表7实施例产品生物毒性分析报告
从上述表格中数据可看出，采用本发明制备得到的钻井液用天然高分子降滤失剂无生物毒性，达到了国际上公认的建议排放标准，对环境不会造成污染。

Claims (6)

1.一种钻井液用天然高分子降滤失剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
将魔芋胶、纯碱、尿素、甘油、乙醇、水按照70～100:15～20:4～6:5～8:30～40:10～30的重量比在搅拌下加入到捏合机中，于常压以及70～90℃反应3～4.5小时，冷却后，出料，干燥，粉碎，即得产品钻井液用天然高分子降滤失剂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用天然高分子降滤失剂的制备方法，其特征在于其中所述的干燥是在100～120℃条件下干燥4～6h。
3.一种钻井液用天然高分子降滤失剂，其是按照权利要求1～2中任一项所述的方法制备得到的。
4.根据权利要求3所述的钻井液用天然高分子降滤失剂，其具有如下特性：在1wt％浓度，其pH≥6；在0.9wt％浓度，4％盐水钻井液中滤失量为2～10mL/30min；在1.2wt％浓度，饱和盐水钻井液中滤失量为2～10mL/30min；EC50值为110000～125000mg/L。
5.权利要求3或4中所述的钻井液用天然高分子降滤失剂在配制油田钻井液中的应用。
6.一种油田钻井液，其中含有权利要求3或4任一项所述的钻井液用天然高分子降滤失剂，以水的总重量为基准，其中钻井液用天然高分子降滤失剂的含量为0.1wt％～2wt％。
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