CN107201218A - 一种水基膨润土钻井液用降粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水基膨润土钻井液用降粘剂及其制备方法，该降粘剂是由有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐络合制备而成，在石油钻井过程中，具有高效解絮凝，能够显著改善水基膨润土钻井液的流变性，在200℃高温下仍能保持良好的流变稳定性，该方法具有稳定钻井液流变性持久，稀释效率高，用量少，成本低，操作简单的特点。

Description

一种水基膨润土钻井液用降粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水基膨润土钻井液用降粘剂，能够快速有效控制水基膨润土钻井液在高温下的增稠现象，属于油田钻井液处理剂技术领域。
背景技术
近年来，随着社会对石油天然气等能源需求的日益加剧，已探明的浅层油气资源已经不能满足经济发展的需要，深井、超深井逐步成为石油勘探开发的重点，勘探开发难度在逐年的增加，钻遇异常高压地层逐渐增多，必须使用高密度钻井液。水基膨润土钻井液由于配制方法简单，成本低，能够容纳较多固相，适合配制高密度钻井液体系，可形成致密泥饼，造壁性好，滤失量较低，抗温能力强而得到广泛的使用。
但分散性水基钻井液并不是为高温深井而设计，所应用的栲胶、改性单宁类等降粘剂由于抗温能力差、用量大及易起泡，逐渐被含铬木质素磺酸盐等改性产品取代。2010年以前，含铬的处理剂在很多地区高温深井中被广泛用作高效稳定的降粘剂，但是，铁铬木质素磺酸盐、铬-褐煤以及更早时期应用的红钒等含铬处理剂中的铬离子(尤其是六价铬)具有较高的环境毒性，应用受到进一步的限制。在全球范围内环境敏感和生态脆弱、环境法规严格的地区已禁止使用。于是出现了铁锆木质素磺酸盐、铁钛木质素磺酸盐、铁锰木质素磺酸盐，代替铁铬木质素磺酸盐，这些降粘剂的缺点是热稳定性差，大多数抗温在150℃以下，使用效果也不及铁铬木质素磺酸盐。流变性调控问题，一直是水基膨润土钻井液在深井钻探应用中面临的难题，水基膨润土钻井液体系中粘土颗粒之间网状结构的形成，是导致钻井液流变稠化的重要原因之一，钻井液流变稠化严重制约安全、优质、高效钻井的进行。具体表现为钻井液切力和粘度增大、流动困难、气泡不易除去。开泵困难或泵压升高及憋泵，极易造成机动压力过大，导致井漏等井下复杂的发生。钻井液流变稠化，还会造成钻屑难以除去，钻头泥包等，严重影响钻井速度。
近年来，虽然水基钻井液无铬降粘剂得到飞速发展，但是仍然存在很多问题：(1)产品生产工艺复杂，需要多步化学反应才能完成，生产成本高；(2)降粘剂本身对环境无害，但是生产过程的工艺技术不环保，废弃物产生较多，未从根本上做到环境友好；(3)抗温性仍需进一步提高，部分抗高温的磺化产品颜色深，不利于环保；(4)在产品使用效果方面，普遍存在维护周期短，需频繁加入的问题。因此，开发一类环境友好而又能够抗高温的高效钻井液用无铬降粘剂依旧非常迫切。
发明内容
本发明针对高温、超高温井钻井施工中控制水基膨润土钻井液流变稠化方法的难点和存在的问题，提供了一种抗高温、解絮凝效果好、成本低及制备工艺简单的环境友好型水基膨润土钻井液用降粘剂。
本发明采用如下技术方案实现：
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，由有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐络合制得，所述有机多元阴离子电解质为含羟基、羧基或磷氧双键官能团的有机化合物和/或分子量低于1000的聚阴离子电解质。
所述含羟基、羧基或磷氧双键的有机化合物包括羟基乙叉二膦酸、D-葡萄糖酸钠、乙二胺四甲叉膦酸；所述分子量低于1000的聚阴离子电解质为水解聚马来酸酐、马来酸-丙烯酸共聚物。
所述的水溶性锆盐为氧氯化锆、硫酸锆或硝酸锆。
所述有机多元阴离子电解质与水溶性锆盐的质量比1-2：0.5-1.5。
该水基膨润土钻井液用降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐根据一定的重量比加入到水中，分别配成一定浓度的水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)水溶性锆盐的水溶液滴加到有机多元阴离子电解质水溶液中；
(3)步骤(2)有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐的组合物溶液用碱金属氢氧化物调节pH为7-9。
所述含羟基、羧基或磷氧双键的有机化合物包括羟基乙叉二膦酸、D-葡萄糖酸钠、乙二胺四甲叉膦酸；所述低分子量聚阴离子电解质为水解聚马来酸酐、马来酸-丙烯酸共聚物等。
所述的水溶性锆盐为氧氯化锆、硫酸锆或硝酸锆。
所述有机多元阴离子电解质与水溶性锆盐的质量比1-2：0.5-1.5。
本发明提供的降粘剂能够实现水基膨润土钻井液流变的改善在于，含羟基、羧基或磷氧双键等的有机化合物和及低分子量的聚阴离子电解质含有的水化基团能够形成厚的水化层，而Zr4+形成多核羟桥络合离子，增加了其吸附在粘土颗粒端面，从而拆散粘土颗粒间形成的空间网状结构，放出自由水，从而降低钻井液体系的粘度，改善钻井液流变。另外，加入物质的吸附作用还可以提高粘土颗粒带电性，从而增强颗粒间的静电斥力作用，进而削弱粘土颗粒之间相互作用力，从而达到改善钻井液体系流变目的。
本发明具有如下技术优点：(1)生产工艺技术简单，生产过程中无废弃物产生，产品本身及其生产过程从根本上达到环境友好，成本低；(2)抗温性能优异，在200℃高温作用下，不会降解，也不会相互交联或与钻井液中其它高分子交联形成网状结构，造成钻井液增稠的现象。(3)降粘作用效果好，降粘效果稳定时间持久。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。实施例中所使用的材料均可通过商业途径获取。
为便于理解本发明的提供的水基膨润土钻井液降粘剂的降粘效果，给出实施例1-6，对实施例1-6制备的产品改善膨润土基浆流变性效果给出评价。所使用的评价基浆配制程序如下。400mL水中加入1.2g无水碳酸钠，加入32g基准土。加入64g评价土，高搅1h，养护24小时，得评价基浆。所选用的评价基浆200℃下热滚16h，便会高温增稠。
钻井液的流变参数采用ZNN-D6型六速粘度计测定，高速搅拌器的转速为11000±100r/min，测试温度均为25℃。
实施例1
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将1重量份的羟基乙叉二膦酸和0.5重量份的氧氯化锆分别加入到水中，配成水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)氧氯化锆的水溶液滴加到羟基乙叉二膦酸水溶液中；
(3)步骤(2)羟基乙叉二膦酸和氧氯化锆的络合物用氢氧化钠调节pH为7-9。
实施例2
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将2重量份D-葡萄糖酸钠和1.5重量份硫酸锆分别加入到水中，配成水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)硫酸锆的水溶液滴加到D-葡萄糖酸钠水溶液中；
(3)步骤(2)D-葡萄糖酸钠和硫酸锆的络合物用氢氧化钠调节pH为7-9。
实施例3
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将2重量份乙二胺四甲叉膦酸(含量40％)和1重量份硝酸锆分别加入到水中，配成水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)硝酸锆的水溶液滴加到乙二胺四甲叉膦酸水溶液中；
(3)步骤(2)乙二胺四甲叉膦酸和硝酸锆的络合物用氢氧化钠调节pH为7-9。
实施例4
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将1重量份水解聚马来酸酐(分子量800，含量30％)和1重量份羟基乙叉二膦酸与0.75重量份氧氯化锆分别加入到水中，配成水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)氧氯化锆的水溶液滴加到水解聚马来酸酐、羟基乙叉二膦酸水溶液中；
(3)步骤(2)水解聚马来酸酐、羟基乙叉二膦酸和氧氯化锆的络合物用氢氧化钠调节pH为7-9。
实施例5
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将1重量份马来酸-丙烯酸共聚物(分子量860，含量33％)和1重量份水聚解马来酸酐(分子量800，含量30％)与1.2重量份氧氯化锆分别加入到水中，配成水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)氧氯化锆的水溶液滴加到马来酸-丙烯酸共聚物、水聚解马来酸酐水溶液中；
(3)步骤(2)马来酸-丙烯酸共聚物、水聚解马来酸酐和氧氯化锆的络合物用氢氧化钠调节pH为7-9。
实施例6
一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将1重量份D-葡萄糖酸钠和1重量份羟基乙叉二膦酸与1.5重量份氧氯化锆分别加入到水中，配成水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)氧氯化锆的水溶液滴加到D-葡萄糖酸钠、羟基乙叉二膦酸水溶液中；
(3)步骤(2)D-葡萄糖酸钠、羟基乙叉二膦酸和氧氯化锆的络合物用氢氧化钠调节pH为7-9。
应当理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
将实施例1-6中所述的降粘剂进行流变稳定能力评价，具体操作过程如下：
(1)基浆在实施例1-6所述降粘剂处理前，高搅5min，用六速粘度计测定流变参数。
(2)基浆于200℃下热滚16h，冷却至室温，高搅5min，用六速粘度计测试流变参数。
(3)基浆在采用实施例1-6所述降粘剂处理后，200℃下热滚16h后，冷却至室温，用六速粘度计测定流变参数。
(4)为评价本发明改善水基膨润土钻井液流变稠化的长效性，基浆在采用实施例1-6所述降粘剂处理后，200℃下热滚15天后，冷却至室温，用六速粘度计测定流变参数。
基浆及其200℃高温处理后流变参数表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)和10s和10min静凝胶强度(Gel10"/10')如表1所示。
各实施例产品处理后的基浆流变参数表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)和和10s和10min静凝胶强度(Gel10"/10')如表2所示。
表1基浆及其高温处理后流变参数测试
表2各实施例改善流变性效果测试
由表1可以看出，基浆经过200℃高温处理16h后，增稠严重。由表2中流变数据可得知，本发明提供的方法可有效改善粘土高温增稠，高温下效果稳定，处理效果稳定时间长，本发明提供的方法是一种改善水基膨润土钻井液高温流变性稠化的有效方法，性价比优于传统降粘剂。
以上实施例仅是选取的本发明几个较佳的实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何等同修改，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水基膨润土钻井液用降粘剂，其特征在于，所述水基膨润土钻井液用降粘剂由有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐络合制备而成，所述有机多元阴离子电解质为含羟基、羧基或磷氧双键官能团的有机化合物和/或分子量低于1000的聚阴离子电解质。
2.如权利要求1所述的水基膨润土钻井液用降粘剂，其特征在于，所述含羟基、羧基或磷氧双键的有机化合物包括羟基乙叉二膦酸、D-葡萄糖酸钠、乙二胺四甲叉膦酸；所述分子量低于1000的聚阴离子电解质为水解聚马来酸酐、马来酸-丙烯酸共聚物。
3.如权利要求1所述的水基膨润土钻井液用降粘剂，其特征在于，所述水溶性锆盐为氧氯化锆、硫酸锆或硝酸锆。
4.如权利要求1所述的水基膨润土钻井液用降粘剂，其特征在于，所述有机多元阴离子电解质与水溶性锆盐的质量比1-2：0.5-1.5。
5.权利要求1所述的水基膨润土钻井液用降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐根据一定的重量比加入到水中，分别配成一定浓度的水溶液；
(2)在不断搅拌的条件下，将步骤(1)水溶性锆盐的水溶液滴加到有机多元阴离子电解质水溶液中；
(3)步骤(2)有机多元阴离子电解质和水溶性锆盐的组合物溶液用碱金属氢氧化物调节pH为7-9。
6.如权利要求5所述的水基膨润土钻井液用降粘剂的制备方法，所述含羟基、羧基或磷氧双键的有机化合物包括羟基乙叉二膦酸、D-葡萄糖酸钠、乙二胺四甲叉膦酸；所述低分子量聚阴离子电解质为水解聚马来酸酐、马来酸-丙烯酸共聚物。
7.如权利要求5所述的水基膨润土钻井液用降粘剂的制备方法，所述水溶性锆盐为氧氯化锆、硫酸锆或硝酸锆。
8.如权利要求5所述的水基膨润土钻井液用降粘剂的制备方法，所述有机多元阴离子电解质与水溶性锆盐的质量比1-2：0.5-1.5。
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