CN107011877B - 一种油基泥浆降粘剂及降粘方法 - Google Patents

一种油基泥浆降粘剂及降粘方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油基泥浆降粘剂及降粘方法。该油基泥浆的降粘方法包括：步骤a：向油基泥浆中加入油基泥浆降粘剂；步骤b：将混有油基泥浆降粘剂的油基泥浆注入到井筒中；步骤c：当油基泥浆返到地表以后，回收油基泥浆；重复进行步骤a至步骤c，确保油基泥浆的粘度达到需要的粘度；其中，油基泥浆降粘剂的组成包括：聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物，产物通过稀释剂稀释；稀释剂选自油醇、脂肪酸、缩聚脂肪酸中的一种或多种。本发明还提供了利用上述油基泥浆降粘剂完成的降粘方法。本发明的油基泥浆降粘剂具有很好的润湿和降粘性能，可以有效的降低油基泥浆粘度，可以使油基泥浆反复使用。

Description

一种油基泥浆降粘剂及降粘方法
技术领域
本发明是关于一种用于油基钻井液降粘剂及应用其的降粘方法，属于石油勘探钻井液的技术领域。
背景技术
目前，油基钻井液在石油勘探钻井中得到了广泛的应用。油基钻井液主要用在页岩气和页岩油井藏以及复杂的高温深井。为了降低成本和增进性能，油包水的油基钻井液越用越多。
油基泥浆的粘度因为高固相的原因在返到地表以后比刚入井时变高。岩屑会被泥浆带到地表。如果泥浆太粘，泵送会很困难。钻井过程中，岩屑到达地表以后会与钻井液分离，钻井液被循环使用。沉砂池会用来分离泥浆中的岩屑。如果固相颗粒太小(如小于0.1nm)，它仍然会悬浮在泥浆中。固相颗粒可以导致泥浆的粘度和切力的增加。
配制高性能高密度的油包水的油基钻井液，降粘剂是调节流变性能一关键添加剂。国内有关油基钻井液用的降粘剂研究报道很少，相关文献专利几乎没有。国外有少量的关于油基钻井液降粘剂的研究和应用，如哈里伯顿的用于低温的油基钻井液降粘剂专利。但国外市场上的降粘剂的抗温能力并不十分理想。
因此，提供一种能降低泥浆到达地表以后的粘度的油基泥浆降粘剂是非常有利的，可以加强泥浆的再利用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能降低油基钻井液粘度的高性能降粘剂，为配套形成高温高密度的油基钻井液提供一种关键的处理剂。该油基泥浆降粘剂具有很好的润湿和降粘性能，可以有效的降低油基泥浆的粘度，使油基泥浆反复使用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种油基泥浆的降粘方法，该油基泥浆的降粘方法包括以下步骤：
步骤a：向油基泥浆中加入油基泥浆降粘剂；
步骤b：将混有油基泥浆降粘剂的油基泥浆注入到井筒中；
步骤c：当油基泥浆返到地表以后，回收油基泥浆；
重复进行步骤a至步骤c，确保油基泥浆的粘度达到需要的粘度；
其中，油基泥浆降粘剂的组成包括：聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物，产物通过稀释剂稀释；
稀释剂选自油醇、脂肪酸、缩聚脂肪酸中的一种或多种。
在本发明提供的油基泥浆的降粘方法中，优选地，采用的聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物是聚脂肪酰胺与马来酸在80℃-150℃反应得到的反应产物。
在本发明提供的油基泥浆的降粘方法中，优选地，采用的稀释剂的添加量为聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物的质量的40％-100％。
在本发明提供的油基泥浆的降粘方法中，优选地，采用的聚脂肪酰胺是由脂肪酸或油与聚胺在100℃-200℃反应制备得到的。
本发明还提供了一种油基泥浆降粘剂，该油基泥浆降粘剂的组成包括：聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物，产物通过稀释剂稀释；
稀释剂的添加量为聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物的质量的为40％-100％；
稀释剂选自油醇、脂肪酸、缩聚脂肪酸中的一种或多种。
在本发明的油基泥浆降粘剂中，优选地，采用的聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物是聚脂肪酰胺与马来酸在80℃-150℃反应得到的反应产物。
在本发明的油基泥浆降粘剂中，优选地，采用的聚脂肪酰胺是由脂肪酸或油与聚胺在100℃-200℃反应制备得到的。
在本发明的油基泥浆降粘剂中，该油基泥浆降粘剂的使用温度为150℃-320℃，优选地使用温度为200℃-270℃；更优选地使用温度为220-250℃220℃-250℃。
本发明又提供了一种油包水的油基钻井液，该油包水的油基钻井液包括上述的油基泥浆降粘剂，油基泥浆降粘剂的用量为0.03％-1.6％。即每100重量份的油基钻井液中添加0.03重量份-1.6重量份的油基泥浆降粘剂。
在本发明提供的油包水的油基钻井液中，优选地，以该油包水的油基钻井液的总质量为100％计，该油包水的油基钻井液的原料组成包括：50％-100％的基油，1％-5％的增稠剂，0％-5％的石灰，0％-30％的盐水，2％-70％的加重剂，5％-10％的降滤失剂，0.3％-10％的乳化剂。其中，该油包水的油基钻井液的各原料组成(包括有机泥浆降粘剂)的总质量百分比之和为100％。
在本发明的油包水的油基钻井液中，对采用的基油、增稠剂、石灰、盐水、加重剂、降滤失剂和乳化剂没有特别的要求，采用本领域常规试剂即可；优选地，采用的基油选自柴油、气制油、矿物油中的一种或多种；
采用的增稠剂选自机粘土、有机褐煤等；
采用的盐水为质量浓度为10％-25％的氯化钙溶液；
采用的加重剂为重晶石；
采用的降滤失剂为氧化沥青、有机褐煤和聚合高分子；
采用的乳化剂的原料组成为：10％-50％的C4-C20的醇(如油醇，丁醇)，10％-40％的1，3-二羟基-异丙基(E)-12-羟基十八烷-9-烯酸酯，5％-20％的(9E,9'E)-N,N'-(脲二基双(乙基-2,1-二基))双(12-羟基十八烷-9-烯酰胺)，10％-20％的(E)-12-羟基-N,N-双(2-((E)-12-羟基十八烷-9-烯酰基)乙基)十八烷-9-烯酰胺，5％-10％的(Z)-4-(双(2-((E)-12-羟基十八烷-9-烯酰基)乙基)氨基)-4-氧丁-2-烯酸，5％-10％的1,3-二羟基异丙-2-基(Z)-4-(双(2-((E)-12-羟基十八烷-9-烯酰基)乙基)氨基)-4-氧丁-2-烯酸脂，5％-20％的N1,N1,N4,N4-四(2-((E)-12-羟基十八烷-9-稀酰胺基)乙基)马来酸酰胺，乳化剂的各原料组成的质量百分比之和为100％。
本发明提供的油基泥浆的降粘方法，具体包括以下步骤：
步骤a：向油基泥浆中加入油基泥浆降粘剂；
步骤b：将混有油基泥浆降粘剂的油基泥浆注入到井筒中；
步骤c：当油基泥浆返到地表以后，回收油基泥浆；
重复进行步骤a至步骤c，直到油基泥浆的粘度达到需要的粘度；
其中，油基泥浆降粘剂的组成包括：聚脂肪酰胺与马来酸80℃-150℃反应的产物，产物通过稀释剂稀释；
稀释剂选自油醇、脂肪酸、缩聚脂肪酸中的一种或多种；稀释剂的用量是40％到100％；聚脂肪酰胺是在100℃-200℃下脂肪酸或油与聚胺的反应制备的产物。
在本发明的油基泥浆的降粘方法中，井筒温度为150℃-320℃；优选为200℃-270℃；更优选为220-250℃。
在本发明的油基泥浆的降粘方法中，油基泥浆的比重为2.8。
本发明的油基泥浆降粘剂加入后油基泥浆的屈服值可以降低75％。
本发明的油基泥浆降粘剂具有很好的润湿和降粘性能，可以有效的降低油基泥浆粘度，可以使油基泥浆反复使用，提高油基钻井液的循环使用次数。
本发明的油基泥浆降粘剂的成本低廉，废液排出少。
附图说明
图1为加入各种降粘剂前后的屈服值对比曲线。
图2为加入不同浓度的CZ8-50A前后的屈服值对比曲线。
图3为加入不同数量降粘剂的塑性粘度，低剪切屈服值，10秒和10分钟的终切力。
图4为加入不同数量的降粘剂的塑性粘度，低剪切屈服值，10秒和10分钟的终切力。
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，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明中涉及的专业术语从韦氏词典第三版中可以查到。
粘度表示液体流动需要克服的阻力。粘度定量的表示内摩擦力的大小，通过测量单位面积上平行层流体以单位速度从一端到另一端克服的阻力。
稀释剂指的是解絮凝剂，是一种降粘和防止絮凝的助剂。絮凝是指小微粒聚集的过程。
分散剂是帮助破碎的固体或液体以微粒或微滴形式分散到另外的介质中的化学物质。
本发明的油基泥浆降粘剂CZ11-35A能解决高密度的油基泥浆因高固相而引起高粘度问题。将CZ11-35A加入到含有大量加重剂和岩屑的钻井液中，CZ11-35A能有效地降低钻井液的粘度。CZ11-35A的加入浓度可为0.01wt％-5wt％，也可为0.03wt％-1.6wt％(0.25-12ppb)，都能有效降低高密度泥浆的粘度。
上述CZ11-35A是聚脂肪酰胺，它是由脂肪酸或油与聚胺在100℃-200℃反应，再与马来酸在80℃-150℃反应，用40％的油醇，脂肪酸或脂肪醇或缩聚脂肪酸稀释得到的。可以用在220℃-250℃中降低油基泥浆的粘度。
CZ11-35A包括：31wt％-48wt％的(9E，9'E)-N，N'-(氮烷二基双(乙烷-2,1-二基))双(十八烷-9-烯酰胺)，25wt％-42wt％的(Z)-4-(双(2((E)庚-2-烯-9-烯酰氨基)乙基)氨基)-4-氧代丁-2-烯酸，15wt％-22wt％的(E)-N-(2-(2-((E)-十七-8-烯-1-基)-4,5-二氢-1H-咪唑-5-基)乙基)十八-9-烯酰胺，5wt％-60wt％的油醇，5wt％-20wt％油酸或5wt％-20wt％的蓖麻油。该高温降粘剂可以使泥浆重复使用。油基泥浆的比重范围是1.5-2.8S.G.。
CZ8-50A能在高固相下有效降低油基泥浆的粘度。CZ8-50A是一种缩聚脂肪酸，它是由十二羟基硬脂酸，聚羟基硬脂酸，硬脂酸，硬脂酸的反应物，硬脂酸的均聚物中筛选出来的。试验中，CZ8-50A也能在低温下降低油基泥浆的粘度。低温降粘剂允许泥浆重复使用。
CZ8-50A被熟知的名字是由Croda公司生产的Hypermer LP1。Croda公司地址是300-A Columbus Circle,Edison,NJ 08837.croda公司把他作为一种高分子分散剂和润湿剂。Hypermer LP-1是一种在环烷基和石蜡基矿物油中溶解性都很好的高分子表面活性剂。它也有很好的乳化稳定性能。在25℃时它是一种石蜡状固体。它是一种非离子型表面活性剂-酯可以起到乳化剂的功能，可以与水互溶。CZ8-50A是一种缩聚脂肪酸。它的美国化学文摘服务社编号是58128-22-6。
CZ8-50A是一种油基泥浆降粘剂，它降低油基泥浆粘度，使泥浆可以重复利用。降粘的浓度是重量的0.03-0.2％(0.25-1.5ppb)。另一个试验中，浓度是0.03-2％。两个实验的比重是2.2和2.4.试验中，降粘剂的浓度最多达到2％。为了在现场应用中便与计量需要稀释使用。稀释剂必须非常有效而且有很好的生物降解能力。CZ8-50A比其他要评价的降粘剂更加有效。
稀释剂是化学式为R1·[(AOn·-A-OR2]m的化合物。这里R1是残留的m个活性氢原子(m≥2)，AO是残留的环氧烷，n从0到100，R2是氢或者COR3，这里的R3是聚羟烷基或者聚羟烷基羧酸，羟烷基或者羟烷基羧酸或聚羟烷基或者聚羟烷基羧酸的低聚物，这里在酰基体系中的R2至少是2。
油基泥浆由50-100％的油、1-5％的提粘剂、20-70％的加重剂、5-10％的降滤失剂、0-5％的石灰、0-30％的盐水和0.3-10％的乳化剂组成。实例中，乳化剂含量0.3-5％。盐水含量5-25％。盐水是氯化物，溴化物，钾盐，碘盐，甲酸盐，钠盐，钙盐，锌盐或者以上提到的混合物。实际应用中，盐水是CaBr2、CaCO3、CaCl2、NaCl、ZnBr2、KCl,或者它们的混合物。
粘度可以被一些方法测定，不仅限于漏斗粘度计和六速仪。六速仪测量塑性粘度(PV)和屈服值(YP)。六速仪有一个带衬套的转子可以泥浆中以多种速度旋转。泥浆的扭矩被同心悬锤测量出来。每分钟多种转速可以测量出塑性粘度PV和屈服值YP。根据宾汉模式，PV＝600转的数值-300转的数值。YP＝PV-300转的数值，600转和300转的数值是600转和300转是的剪切应力数值。
实施例1
多种降粘剂在四个不同泥浆体系中进行降粘评估，这四个泥浆体系只是降粘剂不同，其它成分，如乳化剂都一样。检测添加各种降粘剂前后的泥浆粘度变化来表征降粘剂的降粘效果。测量方法是测定泥浆在6个剪切速率下的粘度读数值，如在600转，300转，200转，100转，6转，3转下的粘度读数。试验测量温度是150F。并由此计算得到泥浆的塑性粘度和屈服值。
从表1中看出CZ8-50A在各种剪切速率下都有很好的降粘作用。CZ8-50B和CZ2-4A没有降粘反而增粘。
CZ8-50B是Stepan生物软件公司生产的一种线性醇乙氧基化物，是一种液体。
CZ2-53是CNPC USA公司合成的咪唑啉。CZ2-53是含30％丁醇的1-羟乙基-2-油基咪唑啉(70％)。
CZ2-4A是Akzo Nobel公司的Berol生产线产品聚(氧-1,2-乙二基)，α-(2-乙基己基)-ω-羟基。
HT EA20是一种含油醇和油酸的脂肪交联聚酰胺的混合物。它含有20％的油醇，20％的油酸，20％的1，3-二羟基-异丙基(E)-12-羟基十八烷-9-烯酸酯，8％的(9E,9'E)-N,N'-(脲二基双(乙基-2,1-二基))双12-羟基十八烷-9-烯酰胺；12％的(E)-12-羟基-N,N-双(2-((E)-12-羟基十八烷-9-烯酰基)乙基)十八烷-9-烯酰胺；7％的(Z)-4-(双(2-((E)-12-羟基十八烷-9-烯酰基)乙基)氨基)-4-氧丁-2-烯酸；8％的1,3-二羟基异丙-2-基(Z)-4-(双(2-((E)-12-羟基十八烷-9-烯酰基)乙基)氨基)-4-氧丁-2-烯酸脂；5％的N1,N1,N4,N4-四(2-((E)-12-羟基十八烷-9-稀酰胺基)乙基)马来酸酰胺。
图1为加入各种降粘剂前后的屈服值的比较图。通过图1可以看出，CZ8-50A是所有降粘剂中屈服值降低最大的。
实施例2
在本实施例中，不同用量的降粘剂CZ8-50A被加入到不同粘度的油基钻井液中来测试该降粘剂的降粘效果和最佳使用浓度。表2列出了油基钻井液在添加不同量的降粘剂前后的流变性能和流变性能变化。图2给出了在加入不同浓度的CZ8-50A的添加前后，油基钻井液的屈服值(动切力)的变化。通过图2得出，加入1.5ppb的CZ8-50A降低屈服值效果最好。而且各种浓度的CZ8-50a都能有效的降低泥浆的粘度。降粘的CZ8-50A的最佳浓度是1.0338g/350mL泥浆。通过表2可知，不同使用量的CZ8-50A降粘剂都可以一定程度上降低油基钻井液的粘度。
Figure BDA0001234272810000081
Figure BDA0001234272810000091
实施例3
在本实施中，CZ2-35A由CZ00008-73-4三酰胺和油醇复配而成。CZ00008-73-4是由CZ00008-73-1和马来酸酐制备，而CZ00008-73-1是由油酸、二乙烯三胺制备而成。具体制备和配制方法如下。
CZ00008-73-1脂肪二酰胺：1000克(3.55mol)的油酸加入到2升的圆底长颈烧瓶中，该烧瓶中已装有搅拌装置，温度计，分水蒸馏器与冷凝器和一个额外的加料漏斗。油酸在氮气吹扫下搅拌加热到70度。到达70度以后停止氮气吹扫。在温度低于120度情况下，慢慢加入二乙烯三胺(DETA)(181.9g，1.77mol)。加入DETA大概需要一小时时间。加入DETA以后，反应物要加热到150-160度，同时观察水的接收情况。加热2小时以后或者没有水在分水蒸馏气里形成，就可以将反应冷却，加入溶剂油365约237.5克稀释产品到80％的活度。
CZ00008-73-4三酰胺由马来酸酐(MA)和上面合成的CZ00008-73-1制备：151.46克MA(1.55mol)慢慢加入到70度的CZ00008-73-1中，保持温度在100度以下。加入MA需要用1.5小时左右，温度可达76摄氏度。维持反应在80-85度下反应一小时。加入191克的溶剂油365，稀释产品到70％的活度，将生成物导出。
CZ11-35A降粘剂：在50毫升的取样瓶中，10.15克的CZ00008-73-4加入到7.6克的油醇中并混合好。LC-MS用于分析CZ11-35A的最终成分。
实施例4
本实施例说明了降粘剂CZ11-35A，在泥浆密度为2.4的泥浆的不同体系中评价。这些体系的乳化剂和其他成分是相同的，但降粘剂CZ11-35A的使用量不同。
为了模拟井下情况，比重为2.4的泥浆在225℃的情况下老化。加入Rev Dust TM(一种市场上用于模拟岩屑的劣质土)。Rev DustTM是一种由钙蒙脱石微粒构成的物质。加入RevDustTM以后，流变性会增加。CZ11-35A或者其他降粘剂将会加入到泥浆中将流变性带回到加入Rev DustTM之前的数值。
表3列出了四种泥浆在三个时段的流变性能比较。这三个时段是老化后的泥浆、在老化后泥浆中加入Rev DustTM之后，和加入降粘剂在加入Rev DustTM之后。测量方法是测定6个转速下，如600转、300转、200转、100转、6转、3转的粘度计读数值。流变性的测量温度是150°。塑性粘度和低剪切的动切力将被计算出来。(塑性粘度PV＝R600-R300；R600是600转每分时的读数，通过角度的偏转得出来。低剪切的动切力LSYP＝2*R3-R6，R3是每分钟3转的读数，通过角度偏转得出；R6是每分钟6转的读数，通过角度偏转得出)。
从表3中看出，老化后泥浆在加入Rev DustTM之后，粘度升高。在粘度升高的泥浆中使用一定量的CZ11-35A降粘剂可以将粘度调整到原来的粘度范围(加入Rev DustTM之前的数值)。从例子中看出，CZ11-35A展示了良好的性能，在各种剪切速率下都有很明显的降粘作用。
表3
Figure BDA0001234272810000111
图3是对表3的数据进行直观的描述。具体地讲是将不同用量(2克、3克、4克和6克)的CZ11-35A与塑性粘度PV、LSYP、10秒和10分钟的切力作图。图3再一次显示了降粘剂CZ11-35A的加入，可以使变稠的油基钻井液再次变稀。
在现场，人们常常用柴油来稀释过稠的油基泥浆。表4比较了在过稠的泥浆中用柴油稀释和添加其他市场上的降粘剂(如CZ11-35B)的流变性与添加本发明降粘剂CZ11-35A的流变性能。一个实验中，Acme Wax 224TM(CZ11-35B)与CZ11-35A对比。CZ11-35A可以把非常粘的泥浆(甚至粘到无法测量粘度)粘度降到加入Rev DustTM之前的粘度。
表4
Figure BDA0001234272810000121
表4表明了柴油会降低一定量的粘度，但没有本发明的稀释剂CZ11-35A那么有效。图4表示了加入不同降粘剂以后的PV，LSYP，10秒和10分钟的切力。结果显示CZ11-35A能充分降粘以便于更好的应用。
以上实施例说明，本发明的油基泥浆降粘剂具有很好的润湿和降粘性能，可以有效的降低油基泥浆粘度，可以使油基泥浆反复使用。

Claims (4)

1.一种油基泥浆的降粘方法，其特征在于，该油基泥浆的降粘方法包括以下步骤：
步骤a：向油基泥浆中加入油基泥浆降粘剂；
步骤b：将混有油基泥浆降粘剂的油基泥浆注入到井筒中；
步骤c：当油基泥浆返到地表以后，回收油基泥浆；
重复进行步骤a至步骤c，确保油基泥浆的粘度达到需要的粘度；
其中，所述油基泥浆降粘剂的组成包括：聚脂肪酰胺与马来酸在80℃-150℃反应的产物，产物通过稀释剂稀释；
所述稀释剂选自油醇、脂肪酸、缩聚脂肪酸中的一种或多种；
所述稀释剂的添加量为所述聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物的质量的40％-100％；
所述聚脂肪酰胺是由脂肪酸与聚胺在100℃-200℃反应制备得到的。
2.一种油基泥浆降粘剂，其特征在于，该油基泥浆降粘剂的组成包括：聚脂肪酰胺与马来酸在80℃-150℃反应的产物，产物通过稀释剂稀释；
所述稀释剂的添加量为所述聚脂肪酰胺与马来酸反应的产物的质量的40％-100％；
所述稀释剂选自油醇、脂肪酸、缩聚脂肪酸中的一种或多种；
所述聚脂肪酰胺是由脂肪酸与聚胺在100℃-200℃反应制备得到的。
3.根据权利要求2所述的油基泥浆降粘剂，其特征在于，该油基泥浆降粘剂的使用温度为220℃-250℃。
4.一种油包水的油基钻井液，其特征在于，该油包水的油基钻井液包括权利要求2或3所述的油基泥浆降粘剂，所述油基泥浆降粘剂的用量为0.03％-1.6％；
以该油包水的油基钻井液的总质量为100％计，该油包水的油基钻井液的原料组成还包括：50％-100％的基油，1％-5％的增稠剂，0％-5％的石灰，0％-30％的盐水，2％-70％的加重剂，5％-10％的降滤失剂，0.3％-10％的乳化剂。
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