CN105349116B - 一种油基钻井液用降滤失剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油基钻井液用降滤失剂及其制备方法，降滤失剂包括以下原料：腐植酸、二氯亚砜、二氯甲烷、十八胺、三乙胺、饱和碳酸钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水。制备方法包括称量、酰氯化反应和酰胺化反应。本发明通过酰氯化反应和酰胺化反应对腐植酸进行了改性，制备的降滤失剂有助于油基钻井液中有机土粒子保持交替分散状态，在井壁岩石表面形成致密滤饼，从而降低钻井液的滤失量；本发明的油基钻井液用降滤失剂抗温能力强，抗温高达180℃，并适用于多种油水比的钻井液；制备油基钻井液用降滤失剂操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于石油与天然气钻井领域，具体涉及一种油基钻井液用降滤失剂及其制备方法。
背景技术
油基钻井液具有润湿性能优良、抑制性强、井壁稳定性好和抗温性能好等优点，已经得到广泛应用。而用于油基钻井液降滤失剂主要为沥青类产品，沥青类降滤失剂尽管有良好降滤失效果，但由于会影响机械钻速并对环境造成污染，在高温深井中，沥青类产品作为油基钻井液降滤失剂时，其使用性能受到一定的局限，在高温条件下，沥青类降滤失剂不能很好的体现其降滤失性能。因此沥青类油基钻井液降滤失剂应用受到越来越多的限制。
油基钻井液是复杂地层钻井使用的一种钻井液类型，特别适合水化坍塌压力较高的泥页岩地层钻井。我国使用油基钻井液包括两种井深泥页岩地层，一种为温度较低的泥页岩地层，如目前钻井的页岩气地层，最高地层温度低于130℃；另一种为温度较高的泥页岩地层，如塔里木油田深井泥页岩地层，地层温度高于150℃，目前，该地层油基钻井液用降滤失剂主要为国外处理剂。腐植酸类产品具有抗高温的特性，主要用于水基钻井液作页岩抑制剂、降滤失剂和降粘剂。由于腐植酸类产品通常是水溶性的，不能直接用于油基钻井液，需要对其进行改进，使之变为亲油性的，才能够在油中分散。近年来，国外报道了采用腐植酸改性合成抗高温油基钻井液降滤失剂，如美国用腐植酸与聚亚烷基多胺反应，或与C10-C30的脂肪酸共聚，英国用腐植酸同长链脂肪胺或取代苯胺在压力下热解共聚等，而国内在这方面的研究很少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种抗高温油基钻井液用降滤失剂；
本发明的另一目的在于提供此种油基钻井液用降滤失剂的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种油基钻井液用降滤失剂，它包括以下重量份的原料：
一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，它包括以下步骤：
S1.称量：按上述比例称取各原料，并将二氯甲烷分成A、B、C三份，且体积比为1:4:2；
S2.酰氯化反应：向三口烧杯中加入腐植酸和二氯亚砜，水浴加热至70～80℃，回流反应3.5～4.5h，减压蒸馏出过量的二氯亚砜后加入A份二氯甲烷，搅拌均匀后再进行减压蒸馏，所得产物用B份二氯甲烷溶解后倒入干燥的恒压滴液漏斗中密闭备用，即为腐植酰氯溶液；
S3.酰胺化反应：向三口烧杯中加入十八胺，加入C份二氯甲烷将其溶解，在18～24℃水浴中高速搅拌，缓慢滴入腐植酰氯溶液，反应开始后加入三乙胺，待反应1.5～2.5h后减压蒸馏除去二氯甲烷，产物依次用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤至中性后烘干，粉碎过100目筛，即为油基钻井液用降滤失剂。
进一步地，步骤S2、S3中所述减压蒸馏的压力为0.18～0.24MPa。
进一步地，步骤S3中所述烘干的烘干温度为75～85℃，烘干时间为5～7h。
本发明具有以下优点：
1.本发明通过酰氯化反应和酰胺化反应对腐植酸进行了改性，制备的降滤失剂有助于油基钻井液中有机土粒子保持交替分散状态，在井壁岩石表面形成致密滤饼，从而降低钻井液的滤失量；
2.本发明的油基钻井液用降滤失剂抗温能力强，抗温高达180℃，并适用于多种油水比的钻井液；
3.本发明制备油基钻井液用降滤失剂操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明油基钻井液用降滤失剂的红外谱图；
图2为本发明油基钻井液用降滤失剂在膨润土浆中的抗温能力曲线图；
图3为热滚温度对油基钻井液滤失量的影响曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1：一种油基钻井液用降滤失剂，它包括以下重量份的原料：
一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，它包括以下步骤：
S1.称量：按上述比例称取各原料，并将二氯甲烷分成A、B、C三份，且体积比为1:4:2；
S2.酰氯化反应：向三口烧杯中加入腐植酸和二氯亚砜，水浴加热至70℃，回流反应3.5h，减压蒸馏出过量的二氯亚砜后加入A份二氯甲烷，搅拌均匀后再进行减压蒸馏，所得产物用B份二氯甲烷溶解后倒入干燥的恒压滴液漏斗中密闭备用，即为腐植酰氯溶液；所述减压蒸馏的压力为0.18MPa；
S3.酰胺化反应：向三口烧杯中加入十八胺，加入C份二氯甲烷将其溶解，在18℃水浴中高速搅拌，缓慢滴入腐植酰氯溶液，反应开始后加入三乙胺，待反应1.5h后减压蒸馏除去二氯甲烷，减压蒸馏的压力为0.18MPa，产物依次用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤至中性后烘干，所述烘干的烘干温度为75℃，烘干时间为5h，粉碎过100目筛，即为油基钻井液用降滤失剂。
实施例2：一种油基钻井液用降滤失剂，它包括以下重量份的原料：
一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，它包括以下步骤：
S1.称量：按上述比例称取各原料，并将二氯甲烷分成A、B、C三份，且体积比为1:4:2；
S2.酰氯化反应：向三口烧杯中加入腐植酸和二氯亚砜，水浴加热至80℃，回流反应4.5h，减压蒸馏出过量的二氯亚砜后加入A份二氯甲烷，搅拌均匀后再进行减压蒸馏，所得产物用B份二氯甲烷溶解后倒入干燥的恒压滴液漏斗中密闭备用，即为腐植酰氯溶液；所述减压蒸馏的压力为0.24MPa；
S3.酰胺化反应：向三口烧杯中加入十八胺，加入C份二氯甲烷将其溶解，在24℃水浴中高速搅拌，缓慢滴入腐植酰氯溶液，反应开始后加入三乙胺，待反应2.5h后减压蒸馏除去二氯甲烷，减压蒸馏的压力为0.24MPa，产物依次用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤至中性后烘干，所述烘干的烘干温度为85℃，烘干时间为7h，粉碎过100目筛，即为油基钻井液用降滤失剂。
实施例3：一种油基钻井液用降滤失剂，它包括以下重量份的原料：
一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，它包括以下步骤：
S1.称量：按上述比例称取各原料，并将二氯甲烷分成A、B、C三份，且体积比为1:4:2；
S2.酰氯化反应：向三口烧杯中加入腐植酸和二氯亚砜，水浴加热至73℃，回流反应4h，减压蒸馏出过量的二氯亚砜后加入A份二氯甲烷，搅拌均匀后再进行减压蒸馏，所得产物用B份二氯甲烷溶解后倒入干燥的恒压滴液漏斗中密闭备用，即为腐植酰氯溶液；所述减压蒸馏的压力为0.20MPa；
S3.酰胺化反应：向三口烧杯中加入十八胺，加入C份二氯甲烷将其溶解，在20℃水浴中高速搅拌，缓慢滴入腐植酰氯溶液，反应开始后加入三乙胺，待反应2h后减压蒸馏除去二氯甲烷，减压蒸馏的压力为0.20MPa，产物依次用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤至中性后烘干，所述烘干的烘干温度为78℃，烘干时间为5.5h，粉碎过100目筛，即为油基钻井液用降滤失剂。
实施例4：一种油基钻井液用降滤失剂，它包括以下重量份的原料：
一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，它包括以下步骤：
S1.称量：按上述比例称取各原料，并将二氯甲烷分成A、B、C三份，且体积比为1:4:2；
S2.酰氯化反应：向三口烧杯中加入腐植酸和二氯亚砜，水浴加热至78℃，回流反应4.2h，减压蒸馏出过量的二氯亚砜后加入A份二氯甲烷，搅拌均匀后再进行减压蒸馏，所得产物用B份二氯甲烷溶解后倒入干燥的恒压滴液漏斗中密闭备用，即为腐植酰氯溶液；所述减压蒸馏的压力为0.22MPa；
S3.酰胺化反应：向三口烧杯中加入十八胺，加入C份二氯甲烷将其溶解，在22℃水浴中高速搅拌，缓慢滴入腐植酰氯溶液，反应开始后加入三乙胺，待反应2.2h后减压蒸馏除去二氯甲烷，减压蒸馏的压力为0.22MPa，产物依次用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤至中性后烘干，所述烘干的烘干温度为82℃，烘干时间为6.5h，粉碎过100目筛，即为油基钻井液用降滤失剂。
以下通过实验说明本发明的有益效果：
1.产物结构的测定
为了鉴定所合成的降滤失剂是否与设计产物的结构相符，利用BrukerV70型傅里叶变换红外光谱仪对实施例3的产物结构进行测定，测定结果如图1所示。
从图1可以看出：1400cm-1处为酰胺上C-N的伸缩振动峰，1653cm-1处为N-C＝O的伸缩振动峰，因此可确定产品中含有酰胺结构。在2854cm-1和2922cm-1处为甲基和亚甲基的吸收峰，由于原料腐植酸中没有甲基，说明腐植酸分子上成功引入了长烷基链。在1705cm-1处未出现明显的特征峰，说明腐植酸分子上的大部分羧基(—COOH)已经消耗。由红外谱图可以分析得出，十八胺已与腐植酸分子发生了化学反应，成功改性了腐植酸，得到了油基钻井液用降滤失剂。
2.油基钻井液用降滤失剂的抗高温能力
为较为清晰的评价本发明油基钻井液用降滤失剂的抗温效果，避免有机土等其他处理剂的影响，以240mL0#柴油+60mL水(20％CaCl2)+2％主乳化剂FB-MOEMUL-Ⅱ+2％辅乳化剂FB-MOCOAT-Ⅱ为基液加入2％降滤失剂(实施例3制备的降滤失剂)，在高温滚子炉90℃、120℃、150℃、180℃下热滚动16小时老化前后溶液滤失量的数据和曲线如图2。
由图2可知，该油基钻井液用降滤失剂在150℃以下具有良好的降滤失效果，而当温度超过150℃达到180℃时滤失量猛增，降滤失效果变差，因此该改性腐殖酸降滤失剂抗温能力为150℃。
3.油基钻井液用降滤失剂在钻井液中的抗温能力
高温下钻井液的流变性和滤失量的控制成为制约钻井液技术发展的主要因素。而钻井液的抗温性能主要取决于处理剂的抗温性能。在高温环境下，降滤失剂的热降解是必然趋势，且是不可逆的。实验中为了考察产品的抗高温性能的抗温性能与其本身的抗高温降解能力，将其加入配制的油包水钻井液中，不同温度下老化16h，测定老化后钻井液的流变性和滤失性。老化温度对滤失量的影响见图1。其中，实验配方为240mL0#柴油+60mL水(20％CaCl2)+2％主乳化剂FB-MOEMUL-Ⅱ+2％辅乳化剂FB-MOCOAT-Ⅱ+3％有机土FB-MOGEL+2％降滤失剂(实施例3制备的降滤失剂)+0.5％CaO。
实验结果如图3所示，当热滚温度为90～180℃时，随热滚温度的升高，油基钻井液的常温常压(API)滤失量和高温高压(HTHP)滤失量一直呈小幅度增长趋势。当热滚温度为200℃时，油基钻井液的滤失量才急剧增大，表明本发明的油基钻井液用降滤失剂在该温度下发生了分子降解失效。因此，本发明的油基钻井液用降滤失剂抗温可达180℃，其在180℃以下具有良好的耐温降滤失作用效果。
4.油基钻井液用降滤失剂适用于多种油水比的钻井液
在一定油水比范围内，随着水相比例增加，钻井液黏度和切力将增大。因此，调节油水比是调控油基钻井液流变性的一种重要方法。对于低密度钻井液，黏度和切力较小，因此可适当增大水相的比例；对于高密度钻井液，黏切较大，因此水相含量应尽可能小些。由于钻井液体系的多样性和复杂性，目前还没有确定油水比的统一标准，调整油水比的一般原则是，以尽可能低的成本配制出流变性、滤失性和稳定性均较好的油包水钻井液。
本实验设计的油水比及不同油水比的油包水钻井液体系性能结果如表1所示，配方为0#柴油+20％CaCl2盐水+2％～5％乳化剂+3％有机土FB-MOGEL+3％降滤失剂(实施例3制备的降滤失剂)+0.5％CaO。
表1：不同油水比的油包水钻井液体系性能测试结果
从表1可以看出，随着油水比的减小，油包水钻井液体系的表观黏度、塑性黏度和动切力明显增大，滤失量逐渐降低，破乳电压明显降低。当油水比为60/40时，体系的破乳电压小于400V，不符合行业标准。当油水比为90/10和80/20时，钻井液流变性、滤失性和电稳定性都较好。
上述制备方法中用到的原料均为市场上销售产品，购置时严格按行业标准或企业检验，具体信息如表2所示。
表2：药品信息
| 药品名称 | 规格 | 生产厂家 |
| 腐植酸 | 化学纯 | 成都格雷西亚化学技术有限公司 |
| 十八胺 | 化学纯 | 成都贝斯特试剂有限公司 |
| 二氯亚砜 | 工业级 | 成都苌钲化玻有限公司 |
| 二氯甲烷 | 分析纯 | 成都贝斯特试剂有限公司 |
| 三乙胺 | 分析纯 | 成都贝斯特试剂有限公司 |
| 氢氧化钠 | 分析纯 | 成都市科龙化工试剂厂 |
| 盐酸 | 工业纯 | 成都市科龙化工试剂厂 |
| 乙醇 | 分析纯 | 成都市科龙化工试剂厂 |
| 碳酸氢钠 | 分析级 | 成都市科龙化工试剂厂 |
Claims (3)
1.一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，
所述油基钻井液用降滤失剂，包括以下重量份的原料：
腐植酸： 8～15； 二氯亚砜： 40～70；
二氯甲烷： 30～40； 十八胺： 10～20；
三乙胺： 20～30； 饱和碳酸氢钠溶液： 100～200；
稀盐酸： 10～20； 乙醇： 40～80；
蒸馏水： 100～200；
所述制备方法包括以下步骤：
S1. 称量：按上述比例称取各原料，并将二氯甲烷分成A、B、C三份，且体积比为1:4:2；
S2. 酰氯化反应：向三口烧杯中加入腐植酸和二氯亚砜，水浴加热至70～80℃，回流反应3.5～4.5h，减压蒸馏出过量的二氯亚砜后加入A份二氯甲烷，搅拌均匀后再进行减压蒸馏，所得产物用B份二氯甲烷溶解后倒入干燥的恒压滴液漏斗中密闭备用，即为腐植酰氯溶液；
S3. 酰胺化反应：向三口烧杯中加入十八胺，加入C份二氯甲烷将其溶解，在18～24℃水浴中高速搅拌，缓慢滴入腐植酰氯溶液，反应开始后加入三乙胺，待反应1.5～2.5h后减压蒸馏除去二氯甲烷，产物依次用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤至中性后烘干，粉碎过100目筛，即为油基钻井液用降滤失剂。
2.如权利要求1所述的一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤S2、S3中所述减压蒸馏的压力为0.18～0.24MPa。
3.如权利要求1所述的一种油基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述烘干的烘干温度为75～85℃，烘干时间为5～7h。
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