CN105400500B - 一种钻井液添加剂的制备方法 - Google Patents

一种钻井液添加剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液添加剂的制备方法，属于钻井液技术领域，包括如下步骤：第1步、改性膨润土的制备；第2步、改性纤维素制备；第3步、与其他组分在反应器中搅拌均匀，即可。本发明提供的钻井液添加剂的制备方法，是通过对膨润土进行改性，并对纤维素进行改性，加入其他多种化学组分，形成一种具备多种优良性能的水基钻井液添加剂，在配置钻井液时，只需按照所需加入一定量的水分，即可直接作为钻井液使用，以此得到的钻井液在岩心回收率和流变性性能上，具有较大提高。

Description

一种钻井液添加剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液添加剂的制备方法，属于钻井液技术领域。
背景技术
钻井液，是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。目前，钻井液被公认为至少有以下十种作用：
（1） 清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。
（2） 冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。
（3） 平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。
（4） 平衡（控制）地层压力。防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。
（5） 悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。
（6） 在地面能沉除砂子和岩屑。
（7） 有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。
（8） 承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。
（9） 提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。
（10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
钻井液根据基液和主要处理剂的不同，钻井液可以分为以下几类：
（1）气体配制成的：空气、氮气钻井液；
（2）水配制成的：充气-泡沫钻井液、硬胶黏土钻井液、聚合物钻井液；
（3）非水配制成的：油基或合成基钻井液、全油基钻井液和逆乳化钻井液。
钻井液由分散介质、分散相和功能添加剂组成。其中添加剂对于不同类型和不同性能的钻井液就显得尤为重要。
CN 1743404公开了一种钻井液润滑添加剂及其制备方法，特点是按植物油下脚料20%～40%，三乙醇胺1%～2%，烧碱(NaOH)4%～8%，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.5%～0.8%，其余是水，该润滑剂利用精炼食用植物油时的脚料替代石油类产品，经两步皂化形成一种集阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及非离子表面活性剂于一体，具有良好的润滑减阻效果，并且其抵抗盐、钙离子侵蚀的能力很强。由此可知，该添加剂主要以润滑性能为主，而不具备其他性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：水基钻井液流变性能不足，添加剂性能单一的问题，通过对添加剂的制备工艺进行了改进克服上述缺陷。
技术方案：
一种钻井液添加剂的制备方法，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取120～150目膨润土10～20份，置于12mol/L的硫酸溶液中水浴加热搅拌3～6h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑2～5份、胶状石墨粉1～3份和碳酸钠1～3份，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至400～435℃，保温，放冷后，取出，研磨至120～150目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素5～12份进行机械粉碎，制成纤维素粉末，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍3～5h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水30～50份放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙1～3份、磷酸三甲酚酯1～2份、聚甲基丙烯酸酯2～5份、蓖麻油聚氧乙烯醚1～2份、烷基酚聚氧乙烯醚2～5份、氯化钠2～5份、改性膨润土、改性纤维素、加重剂2～4份和分散剂1～3份，在75～100℃温度下搅拌均匀，即可。
所述的第1步中，硫酸溶液中水浴加热的温度为55～65℃。
所述的第2步中，纤维素粉末的平均长度为0.2～0.8mm。
所述的第3步中，加重剂为氧化铁或碳酸钙。
所述的第3步中，分散剂为聚乙二醇200或聚乙二醇400。
有益效果
本发明是通过对膨润土进行改性，并对纤维素进行改性，加入其他多种化学组分，形成一种具备多种优良性能的水基钻井液添加剂，在配置钻井液时，只需按照所需加入一定量的水分，即可直接作为钻井液使用，以此得到的钻井液在岩心回收率和流变性性能上，具有较大提高。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种钻井液添加剂的制备方法，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取120目膨润土1Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中60℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.2Kg、胶状石墨粉0.1 Kg和碳酸钠0.1 Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至430℃，保温，放冷后，取出，研磨至120目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素0.8 Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.5mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水4.5 Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.2Kg、磷酸三甲酚酯0.12 Kg、聚甲基丙烯酸酯0.35 Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.16 Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.33 Kg、氯化钠0.36 Kg、改性膨润土、改性纤维素、碳酸钙0.3 Kg和聚乙二醇2000.22 Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
实施例2
一种钻井液添加剂的制备方法，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取120目膨润土2Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中65℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.5Kg、胶状石墨粉0.3Kg和碳酸钠0.3Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至430℃，保温，放冷后，取出，研磨至120目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素0.7 Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.5mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水4.5 Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.2Kg、磷酸三甲酚酯0.12 Kg、聚甲基丙烯酸酯0.35 Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.16 Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.32 Kg、氯化钠0.35 Kg、改性膨润土、改性纤维素、碳酸钙0.3 Kg和聚乙二醇2000.22 Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
实施例3
一种钻井液添加剂的制备方法，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取150目膨润土1.6Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中65℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.3Kg、胶状石墨粉0.25Kg和碳酸钠0.2Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至430℃，保温，放冷后，取出，研磨至150目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素0.9Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.5mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水3Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.1Kg、磷酸三甲酚酯0.1Kg、聚甲基丙烯酸酯0.2Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.1Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.2份、氯化钠0.2Kg、改性膨润土、改性纤维素、碳酸钙0.2Kg和聚乙二醇400 0.1Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
实施例4
一种钻井液添加剂的制备方法，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取150目膨润土1.6Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中65℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.3Kg、胶状石墨粉0.25Kg和碳酸钠0.2Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至430℃，保温，放冷后，取出，研磨至150目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素0.9Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.5mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水5Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.3Kg、磷酸三甲酚酯0.2Kg、聚甲基丙烯酸酯0.5Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.2Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.5Kg、氯化钠0.5Kg、改性膨润土、改性纤维素、氧化铁0.4Kg和聚乙二醇400 0.3Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
实施例5
一种钻井液添加剂的制备方法，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取150目膨润土1.6Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中65℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.3Kg、胶状石墨粉0.2Kg和碳酸钠0.2Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至435℃，保温，放冷后，取出，研磨至150目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素0.9Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.3mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水4.5 Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.2Kg、磷酸三甲酚酯0.12 Kg、聚甲基丙烯酸酯0.3 Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.16 Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.32 Kg、氯化钠0.35 Kg、改性膨润土、改性纤维素、碳酸钙0.3 Kg和聚乙二醇4000.22 Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
对照例1
与实施例5的区别在于：第1步中膨润土未改性，直接加入到第3步中。
第1步、改性纤维素：取纤维素0.9Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.3mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第2步、按重量份计，取去离子水4.5 Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.2Kg、磷酸三甲酚酯0.12 Kg、聚甲基丙烯酸酯0.3 Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.16 Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.32 Kg、氯化钠0.35 Kg、膨润土1.6Kg、改性纤维素、碳酸钙0.3 Kg和聚乙二醇400 0.22 Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
对照例2
与实施例5的区别在于：未加入改性纤维素。
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取150目膨润土1.6Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中65℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.3Kg、胶状石墨粉0.2Kg和碳酸钠0.2Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至435℃，保温，放冷后，取出，研磨至150目，得到改性膨润土；
第2步、按重量份计，取去离子水4.5 Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.2Kg、磷酸三甲酚酯0.12 Kg、聚甲基丙烯酸酯0.3 Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.16 Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.32 Kg、氯化钠0.35 Kg、改性膨润土、碳酸钙0.3 Kg和聚乙二醇400 0.22 Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
将上述制备得到的添加剂组合物，各加入10Kg水，制备得到钻井液，对制备得到的钻井液进行性能测试。
首先，根据对实施例和对照例进行岩心回收率测试，参照标准《SY-T5613-2000 泥页岩理化性能试验方法》，测试结果如表1所示。
表1 实施例和对照例制备得到的钻井液的岩心回收率测试
一次回收率/% 二次回收率/%
实施例1 97.32 93.19
实施例2 97.76 93.41
实施例3 97.54 93.12
实施例4 97.63 92.58
实施例5 98.12 94.48
对照例1 95.21 90.35
对照例2 94.37 88.76
从表中可以看出，实施例1～5制备的钻井液，一次回收率和二次回收率都较高，对照例1中由于膨润土未改性，一次回收率和二次回收率较之实施例1～5为低；对照例2未加入改性纤维素，一次回收率和二次回收率都较低。
根据《石油天然气工业 钻井液现场测试 GB/T 16783.1-2006》第一部分水基钻井液的测试标准，测定粘度和切力，即流变性能测试，结果如表2所示：
表2 实施例和对照例制备得到的钻井液流变性能测试
从表中可以看出，实施例1～5制备的钻井液，流变性能较好，对照例1中由于膨润土未改性，在表观粘度、塑性粘度和动切力三个指标上均与实施例1～5存在差异；对照例2未加入改性纤维素，流变性能显著较低。

Claims (1)

1.一种钻井液添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、改性膨润土的制备：按重量份计，取150目膨润土1.6Kg，置于12mol/L的硫酸溶液中65℃水浴加热搅拌5h，抽滤去液，用去离子水将滤液洗至中性，150℃干燥，与白炭黑0.3Kg、胶状石墨粉0.2Kg和碳酸钠0.2Kg，放入研磨机中研磨混合，研磨2h后将混合粉体放入石英舟中，加热升温至435℃，保温，放冷后，取出，研磨至150目，得到改性膨润土；
第2步、改性纤维素：取纤维素0.9Kg进行机械粉碎，制成纤维素粉末，纤维素粉末的平均长度为0.3mm，然后放入研磨机中，加入95%酒精研磨2h后，烘干，放入8wt%氢氧化钠溶液中浸渍4h，取出，烘干，备用；
第3步、按重量份计，取去离子水4.5Kg放入反应器中，加入高碱值合成磺酸钙0.2Kg、磷酸三甲酚酯0.12Kg、聚甲基丙烯酸酯0.3Kg、蓖麻油聚氧乙烯醚0.16Kg、烷基酚聚氧乙烯醚0.32Kg、氯化钠0.35Kg、改性膨润土、改性纤维素、碳酸钙0.3Kg和聚乙二醇400 0.22Kg，在90℃温度下搅拌均匀，即可。
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