CN106634886A - 钻井液用降粘剂硅氟聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种钻井液用降粘剂硅氟聚合物及其制备方法，降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：冷凝水40～60份，磺化褐煤5～15份，碱8～16份，甲基硅酸12～25份，丙烯酸氟化烷基酯5～10份，水玻璃6～17份。上述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：制备氟基溶液，制备甲基硅酸溶液，制备硅氟聚合物。本发明的降粘剂硅氟聚合物达到了良好的性能，解决了现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的问题，同时它还具有抑制性，有效抑制了页岩的膨胀和水化，避免了井壁垮塌，并且该降粘剂硅氟聚合物具有较强的生物降解性，有效降低了对储层的污染，环保性能良好。

Description

钻井液用降粘剂硅氟聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油钻井液助剂，特别是一种钻井液用降粘剂硅氟聚合物。本发明还涉及钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法。
背景技术
随着油气勘探开发的深入，油气勘探已向深部地层和海上发展，井深逐渐增加，钻遇地层条件日趋复杂。对于油气井中的深井或高压钻探，所需的钻井液需要满足高密度的特性，由于大量固相加重剂的加入，增强了钻井液内颗粒间的摩擦，钻井液粘度、切力明显上升，流动性降低；同时在钻井过程中，由于地层中的电解质及钻屑对钻井液的污染，会引起钻井液稠化，表现为粘度增高，切力增大，工艺上会出现泵压升高或蹩压，钻具阻力增大，易发生事故，因此通常用钻井液降粘剂来调节钻井液的流变性。因此，通常用钻井液降粘剂来调节钻井液的流变性。我国从上个世纪开始研究硅基钻井液,如有机硅腐殖酸,其特性既有高温稳定性和抑制性,又有降粘降滤失作用；用风化煤经氧化降解再与氯硅烷反应制备了HA-Si系列防塌剂具有很好的热稳定性,能有效抑制页岩、钻屑膨胀与分散作用。但同时也暴露了很多弊端,主要是抗高温稀释性能变差,130℃相当的井深钻井时,处理周期仅维持了3天左右,而且处理用量加大。
发明人检索到以下相关专利文献：CN103059821A公开了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。CN103627374A公开了一种新型高效钻井液降粘剂，由以下重量百分比的原料组成：共聚物60％-75％、有机硅腐植酸钾10％-20％、A剂15％-25％，按照上述原料重量配比称取原料并混合均匀即可。所述的A剂由以下组分的原料组成：低分子量聚丙烯酰胺27-36份、磺化褐煤50-70份、硅烷类偶联剂3-8份、六偏磷酸钠2-5份、聚天冬氨酸1.5-3.2份、丙烯酸7-12份、烯丙基磺酸钠7-12份。
以上这些技术对于如何使钻井液用降粘剂能够解决现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的问题，同时还能够有效抑制页岩的膨胀和水化，避免井壁垮塌，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钻井液用降粘剂硅氟聚合物，它能够解决现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的问题，同时它还具有抑制性，能够有效抑制页岩的膨胀和水化，避免井壁垮塌，并且该降粘剂硅氟聚合物具有较强的生物降解性，能有效降低对储层的污染。
为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种钻井液用降粘剂硅氟聚合物(或者说是作为钻井液降粘剂用的硅氟聚合物)，其技术方案在于它是由下述重量配比(重量份数)的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种；水玻璃即硅酸钠水溶液(市场上销售的商品)。
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取24～36重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜(反应器)中，高速搅拌40～45分钟，温度控制在100～120℃之间，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取16～24重量份数的冷凝水和上述重量配比的碱以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜(反应器)中，高速搅拌10～12分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在80～100℃之间，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在60～80℃之间，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钠；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取28重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在100℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取17重量份数的冷凝水和上述重量配比的氢氧化钠以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在80℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在60℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钾；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取31重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在105℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取19重量份数的冷凝水和上述重量配比的氢氧化钾以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在85℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在65℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氨水；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取32重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在110℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取23重量份数的冷凝水和上述重量配比的氨水以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在90℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在70℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤①中高速搅拌的时间为40分钟，温度控制在105～110℃；步骤②中高速搅拌的时间为10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在85～90℃。
本发明的降粘剂硅氟聚合物达到了良好的性能以及良好的效果，可参见本说明书中的表1。本发明的降粘剂硅氟聚合物性能为：180℃±2℃、加量1.5％(重量百分比)条件下降粘率≥75％，200℃±2℃条件下降粘率≥70％。
本发明与现有技术比较具有以下有益效果：(1)本发明的降粘剂硅氟聚合物能够克服现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的现象，解决了钻井液抗高温的问题，本发明能使钻井液抗高温在220℃以上。(2)该降粘剂硅氟聚合物兼具抑制性，有效抑制了页岩的膨胀和水化，避免了井壁垮塌。(3)本发明的降粘剂硅氟聚合物无毒、无害且能缓慢降解，具有良好的环保性。与已有相关的降粘剂相比，本发明的制造成本降低了20％以上。
综上所述，本发明解决了现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的问题，同时它还具有抑制性，有效抑制了页岩的膨胀和水化，避免了井壁垮塌，并且该降粘剂硅氟聚合物具有较强的生物降解性，有效降低了对储层的污染。
具体实施方式
实施例1：本发明的钻井液用降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钠。
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取28重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在100℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取17重量份数的冷凝水和上述重量配比的氢氧化钠以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在80℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在60℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
实施例2：本发明的钻井液用降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钾。
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取31重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在105℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取19重量份数的冷凝水和上述重量配比的氢氧化钾以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在85℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在65℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
实施例3：本发明的钻井液用降粘剂硅氟聚合物是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氨水。
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取32重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其(分别)加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在110℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取23重量份数的冷凝水和上述重量配比的氨水以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在90℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃(分别)加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在70℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
以上本发明的各实施例中，所述的丙烯酸氟化烷基酯为市场上销售的商品，所述的丙烯酸氟化烷基酯可以是一种或者一种以上的结构以式(1)表示的化合物的混合物，所述的式(1)如下：
其中，R′＝H、F、或—CH3，Rf表示碳原子数为1～12的烷基中的氢原子被氟原子部分置换或者全部置换的多氟烷基。
以下为本发明的试验部分
表1为以上各实施例制备的硅氟聚合物性能测定结果，参见表1。
表1各实施例制备的硅氟聚合物性能测定结果
由表1可知：本发明的以上各实施例达到了良好的性能和良好的效果。本发明的降粘剂硅氟聚合物性能为：180℃±2℃、加量1.5％(重量百分比)条件下降粘率≥75％，200℃±2℃条件下降粘率≥70％。
本发明与现有技术比较具有以下有益效果：(1)本发明的降粘剂硅氟聚合物能够克服现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的现象，解决了钻井液抗高温的问题，本发明能使钻井液抗高温在220℃以上。(2)该降粘剂硅氟聚合物兼具抑制性，有效抑制了页岩的膨胀和水化，避免了井壁垮塌。(3)本发明的降粘剂硅氟聚合物无毒、无害且能缓慢降解，具有良好的环保性。与已有相关的降粘剂相比，本发明(以上各实施例)的制造成本皆降低了20％以上。
综上所述，本发明解决了现在钻井过程中钻井液抗高温稀释性能变差的问题，同时它还具有抑制性，有效抑制了页岩的膨胀和水化，避免了井壁垮塌，并且该降粘剂硅氟聚合物具有较强的生物降解性，有效降低了对储层的污染。
根据上述的实施例对本发明做了详细描述。需要说明的是，以上实施例仅仅为了举例本说明而已。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 (6)

1.一种钻井液用降粘剂硅氟聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取24～36重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40～45分钟，温度控制在100～120℃之间，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取16～24重量份数的冷凝水和上述重量配比的碱以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10～12分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在80～100℃之间，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在60～80℃之间，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
2.根据权利要求1所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钠；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取28重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在100℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取17重量份数的冷凝水和上述重量配比的氢氧化钠以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在80℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在60℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
3.根据权利要求1所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氢氧化钾；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取31重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在105℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取19重量份数的冷凝水和上述重量配比的氢氧化钾以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在85℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在65℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
4.根据权利要求1所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
上述的碱选自氨水；
所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取32重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40分钟，温度控制在110℃，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取23重量份数的冷凝水和上述重量配比的氨水以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在90℃，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在70℃，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
5.一种权利要求1所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法，其特征在于它包括如下工艺步骤：①制备氟基溶液：称取24～36重量份数的冷凝水和上述重量配比的磺化褐煤与丙烯酸氟化烷基酯，将其加入到反应釜中，高速搅拌40～45分钟，温度控制在100～120℃之间，得到氟基溶液；②制备甲基硅酸溶液：称取16～24重量份数的冷凝水和上述重量配比的碱以及甲基硅酸，将其加入到另一个反应釜中，高速搅拌10～12分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在80～100℃之间，得到甲基硅酸溶液；③制备硅氟聚合物：将制备好的氟基溶液以及按上述重量配比称取的水玻璃加入到甲基硅酸溶液中，恒温搅拌40分钟，温度控制在60～80℃之间，之后冷却至室温，最终所得的产物即为钻井液用降粘剂硅氟聚合物。
6.根据权利要求5所述的钻井液用降粘剂硅氟聚合物的制备方法，其特征在于步骤①中高速搅拌的时间为40分钟，温度控制在105～110℃；步骤②中高速搅拌的时间为10分钟，同时打开蒸汽加热，温度控制在85～90℃。
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