CN109097004A

CN109097004A - 钻井液用抗高温降粘剂

Info

Publication number: CN109097004A
Application number: CN201811182883.7A
Authority: CN
Inventors: 宋志强; 宋利强; 宋聚强; 蔡俊娥; 王晓
Original assignee: HEBEI SILICON VALLEY CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HEBEI SILICON VALLEY CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2018-12-28

Abstract

本发明公开了钻井液用抗高温降粘剂，属于降粘剂技术领域，按质量份数计，包括氯化钠20‑50份、氟化硅10‑18份、硫酸钠5‑15份、硫化镁0‑10份、硫酸钙60‑150份、氯化铝5‑15份、马来酸酐2‑5份和磷酸钾10‑20份。本发明的降粘剂是以氟原子取代普通降粘剂中碳氢上的氢，从而形成碳氟亲油基的降粘剂，具有优良的高温稳定性和化学惰性，抗高温能力达到280℃以上，能够有效降低钻井液中粘土粒子的浓度，克服钻井液抗高温稀释性能变差导致高温增稠的难题，钻井液的粘度和切力会明显降低，流动性明显提高，可以减小钻具的阻力，降低事故的发生机率，提高钻井过程的安全性。

Description

钻井液用抗高温降粘剂

技术领域

本发明属于降粘剂技术领域，涉及到抗高温降粘剂，特别是钻井液用抗高温降粘剂。

背景技术

钻井液是钻井工程中重要的流体，其性能的优劣直接关系到钻井质量的好坏，更对一个油田的采油效率高低起到至关重要的作用。随着深井钻井技术的飞速发展，深井、超深井钻井液面临的技术难题越来越突出。目前存在的问题是，由于高温水化分散使钻井液中粘土粒子浓度增加，从而引起钻井液高温增稠，粘度和切力明显升高，流动性降低，胶凝甚至固化，严重影响钻井液的流变性，钻具阻力增大，易发生事故。降粘剂是钻井过程中不可缺少的钻井液处理剂，它对调节钻井液流变性起着非常重要的作用。现有降粘剂的抗高温能力较差，在高温下的降粘效果还有待提高。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，设计了钻井液用抗高温降粘剂，配合钻井液使用，能够有效的降低钻井液在工作过程中由于高温而出现的高度稠化的问题，从而提高钻井液的剪切稀释特性、热稳定性和流变性，使得钻井过程更加安全。

本发明所采取的具体技术方案是：钻井液用抗高温降粘剂，关键在于：按质量份数计，包括氯化钠20-50份、氟化硅10-18份、硫酸钠5-15份、硫化镁0-10份、硫酸钙60-150份、氯化铝5-15份、马来酸酐2-5份和磷酸钾10-20份。

按质量份数计，包括氯化钠20份、氟化硅10份、硫酸钠5份、硫化镁0份、硫酸钙60份、氯化铝5份、马来酸酐2份和磷酸钾10份。

按质量份数计，包括氯化钠50份、氟化硅18份、硫酸钠15份、硫化镁10份、硫酸钙150份、氯化铝15份、马来酸酐5份和磷酸钾20份。

按质量份数计，包括氯化钠35份、氟化硅14份、硫酸钠10份、硫化镁5份、硫酸钙105份、氯化铝10份、马来酸酐4份和磷酸钾15份。

按质量份数计，包括氯化钠27份、氟化硅12份、硫酸钠8份、硫化镁3份、硫酸钙83份、氯化铝7份、马来酸酐3份和磷酸钾12份。

按质量份数计，包括氯化钠43份、氟化硅16份、硫酸钠12份、硫化镁8份、硫酸钙128份、氯化铝12份、马来酸酐4.5份和磷酸钾18份。

本发明的有益效果是：本发明中的氯化钠具有抗高温作用，氟化硅具有憎水性，硫酸钠具有热稳定性，硫化镁具有提高强度的作用，氯化钠、氟化硅、硫酸钠与硫化镁相结合，使各自的作用得到提高，使产品的抗高温能力得到增强，能改善泥饼的质量、韧性及润滑性。马来酸酐具有抗高温稀释作用，磷酸钾具有降粘作用，马来酸酐与磷酸钾相结合，使各自的作用得到提高，可以提高产品的抗高温性能、溶解度和稀释性能。氯化铝具有润滑作用，可以提高钻井液的流变性。

本发明的降粘剂是以氟原子取代普通降粘剂中碳氢上的氢，从而形成碳氟亲油基，具有优良的高温稳定性和化学惰性，抗高温能力达到280℃以上，能够有效降低钻井液中粘土粒子的浓度，克服钻井液抗高温稀释性能变差导致高温增稠的难题，钻井液的粘度和切力会明显降低，流动性提高到80％，钻具的阻力可以减小3％，事故的发生机率可以降低2％，钻井过程的安全性可以提高30％。

本发明的降粘剂可以提高钻井液的高温稳定性，特别是能提高钻井液的耐油气污染能力，有利于油气分离，还原真实钻井液密度，使体系去污层流动性达到80％，粘切力降低30％，高温失水率降低3％，泥浆的润滑性提高20％，大大降低了体系的维护成本。

本发明的降粘剂在抑制泥页岩水化能力、抗岩盐和盐膏层污染能力等方面得到明显加强，大大简化了超深井钻井液配方组成且性能稳定、井下安全。在超高温、高密度(大于3.3g/cm³)等复杂条件下表现出超强的降粘稳定作用，并能使泥浆稳定周期延长6-8倍，有利于提高深井、超深井的钻井效率和效益，实现快速安全钻探目的。本发明的降粘剂为浅褐色流动体，具有良好的环境保护能力，无毒、无污染，尤其适用于海洋油田。

附图说明

图1为本发明的傅立叶红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明：

一、具体实施例：

实施例1、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠20份、氟化硅10份、硫酸钠5份、硫化镁0份、硫酸钙60份、氯化铝5份、马来酸酐2份和磷酸钾10份。

实施例2、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠50份、氟化硅18份、硫酸钠15份、硫化镁10份、硫酸钙150份、氯化铝15份、马来酸酐5份和磷酸钾20份。

实施例3、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠35份、氟化硅14份、硫酸钠10份、硫化镁5份、硫酸钙105份、氯化铝10份、马来酸酐4份和磷酸钾15份。

实施例4、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠27份、氟化硅12份、硫酸钠8份、硫化镁3份、硫酸钙83份、氯化铝7份、马来酸酐3份和磷酸钾12份。

实施例5、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠43份氟化硅16份、硫酸钠12份、硫化镁8份、硫酸钙128份、氯化铝12份、马来酸酐4.5份和磷酸钾18份。

实施例6、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠23份、氟化硅11份、硫酸钠7份、硫化镁2份、硫酸钙72份、氯化铝6份、马来酸酐2.5份和磷酸钾11份。

实施例7、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠31份、氟化硅13份、硫酸钠9份、硫化镁4份、硫酸钙94份、氯化铝9份、马来酸酐3.5份和磷酸钾14份。

实施例8、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠39份、氟化硅15份、硫酸钠11份、硫化镁7份、硫酸钙116份、氯化铝11份、马来酸酐4.3份和磷酸钾16份。

实施例9、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠46份、氟化硅17份、硫酸钠14份、硫化镁9份、硫酸钙139份、氯化铝13份、马来酸酐4.3份和磷酸钾16份。

实施例10、钻井液用抗高温降粘剂，按质量份数计，包括氯化钠20 份、氟化硅10份、硫酸钠5份、硫化镁1份、硫酸钙60份、氯化铝5份、马来酸酐2份和磷酸钾10份。

二、性能测试：

1、仪器与材料：

a)变频高速搅拌机：GGSS-B12K型或同类产品；

b)六速旋转粘度计：ZNN-D₆型或同类产品；

c)滚子加热炉：控温范围(0～300)℃，控温灵敏度：±3℃；

d)天平：分度值为0.01g，0.1mg；

e)钻井液用钠膨润土：符合SY5490规定；

f)pH试纸：色阶为0.2。

2、试验程序：

2.1外观：在自然光下目测样品。

2.2pH值：称取5.0g试样，置于烧杯中加入100ml蒸馏水搅拌溶解，用pH试纸测其pH值。

2.3有机氟含量的分析测定：

2.3.1原理：

有机氟含量的测定，通常是将该化合物高温氧化(燃烧)分解，转化成无机氟化物，测氟含量来确定有机氟的含量。包括高温氧化分解含氟有机物及定量测定氟含量两个步骤，如下所示：

(1)有机硅氟化合物(样品)

(2)硝酸钍滴定测氟离子含量：

2.3.2以茜素磺酸钠为指示剂、硝酸钍滴定法测氟含量：

2.3.2.1仪器：

(1)热分解瓶(配聚乙烯吸收瓶)容积500ml；

(2)微量滴定管：容积20ml，最小分度0.02ml；

(3)酸度计：雷磁25型数字式酸度计；

(4)电磁搅拌器；

(5)天平：分度值为0.01g，0.1mg；

(6)烧杯：容积50ml，100ml；

(7)容量瓶：容积1000ml；

(8)三角烧瓶：容积100ml；

2.3.2.2试剂：

(1)硝酸钍[Th(NO₃)₄·4H₂O](分析纯)；

(2)三氟乙烯苯胺(标样)(分析纯)；

(3)甲酸(分析纯)；

(4)氢氧化钠(分析纯)；

(5)茜素磺酸钠(茜素红S)(分析纯)；

2.3.2.3操作方法：

(1)0.02mol/l硝酸钍标准液的配制与标定：

称取2.68g的Th(NO₃)₄·4H₂O试剂，置于1000ml容量瓶中，加适量蒸馏水，摇荡溶解后，用蒸馏水稀释至1000ml刻度处。

标定：准确称取含氟有机物(三氟乙烯苯胺)标样3～5mg(相当于1.5mg 氟)置于分解瓶(铂容器)中，用10ml蒸馏水为吸收液置于吸收瓶内，在密闭条件下充氧加热燃烧分解样品，分解产物CO₂、H₂O、HF等被吸收瓶中的吸收液吸收，打开瓶塞，用20ml蒸馏水淋洗瓶塞、瓶壁。向吸收液中加入2ml甲酸-甲酸钠缓冲溶液及0.5ml质量分数为0.04％的茜素磺酸钠指示剂(此时吸收液呈黄绿色)，然后在缓慢的电磁搅拌下用硝酸钍标准溶液滴定吸收液，当吸收液由黄绿色变为微红色时为终点，硝酸钍标准溶液的浓度为：

上式中各符号的含义如下所示：

NTh(NO₃)₄——硝酸钍标准溶液的浓度(mol/l)；

W样——标准样品的质量(mg)；

F％——标准样品的氟含量(％)；

VTh(NO₃)₄——滴定标样时硝酸钍溶液消耗量(ml)；

(2)甲酸-甲酸钠缓冲液的配制：

取4份2mol/l的甲酸溶液和1份2mol/l的NaOH溶液混合后，再用 2mol/l的甲酸溶液或2mol/l的NaOH溶液调节混合液的pH值，用酸度计控制pH＝3.25～3.30，得缓冲液备用。

(3)茜素磺酸钠指标剂的配制：

将茜素磺酸钠在100℃干燥至恒重，配成质量分数为0.04％的水溶液，适用期10～15天。

(4)待检样品的氧化分解：

准确称取有机硅氟化合物30～50mg样品，置于分解瓶(铂容器)内，用10ml蒸馏水为吸收液，在密闭的瓶内充氧加热高温燃烧分解样品，分解产物CO₂、H₂O、SiF₄、H₂SiF₆、HF等被吸收液吸收，其中SiF₄、H₂SiF₆被吸收后转化为SiO₂和HF，打开燃烧瓶塞，用约20ml蒸馏水淋洗瓶塞和瓶壁得到含HF的吸收液待滴定。

(5)硝酸钍滴定

将含HF的吸收液加入2ml甲酸-甲酸钠缓冲液(控制溶液pH＝3.35± 0.1)及0.5ml的茜素磺酸钠指示剂溶液(此时溶液呈黄绿色)，在缓慢的电磁搅拌下用硝酸钍标准溶液滴定，滴至溶液颜色变为微红色为终点。

2.3.2.4氟含量的计算：

上式中各符号的含义如下所示：

V——滴定消耗的硝酸钍溶液体积(ml)；

V′——空白值，一般为0.02～0.03(ml)；

N——硝酸钍标准溶液浓度(mol/l)；

W——样品质量(mg)。

2.3.2.5有机氟化合物含量的换算：

以(CF₂)为有机氟化合物的结构单元计，其含量为：

有机氟化合物含量％＝50/38×F％＝1.316×F％。

2.4有机硅含量的分析测定：

2.4.1原理：

以浓硫酸和浓硝酸为氧化剂，与有机硅氟化合物样品共热分解，灼烧至恒重。有机物热分解，生成物CO₂、H₂O、SiF₄、H₂SiF₆等挥发后，留下“残炭”(残渣)SiO₂。称量SiO₂的质量，计算出硅Si含量。由于本样品中含氟元素，热解中会生成SiF₄、H₂SiF₆挥发物，造成部分硅(Si)损失。故计算结果需要根据氟含量予以校正。

2.4.2仪器设备：

(1)2ml铂金坩埚；

(2)马弗炉；

(3)天平：分度值为0.01g,0.1mg。

2.4.3试剂：

(1)浓硫酸(分析纯，相对密度1.84)；

(2)浓硝酸(分析纯，相对密度1.42)。

2.4.4操作方法：

在2ml干燥洁净的铂金坩埚中，准确称取30～50mg有机硅氟化合物样品，小心滴入3～5滴浓硫酸，旋动坩埚，使样品为硫酸所润湿，再加入2～3 滴浓硝酸，之后，将坩埚盖半盖着，放入马弗炉加热至500℃，灼烧5～10min，用坩埚钳小心取出坩埚，观察其中的固体物料是否已全部变成白色，如果分解不完全，补加两滴浓硫酸，再放入马弗炉内继续灼烧至样品完全变成白色固体，然后升温至650℃～700℃高热灼烧20min，取出坩埚，冷却后称重(SiO₂质量)，计算硅含量：

上式中各符号的含义如下所示：

I₁——硅含量，％；

m₁——灼烧后坩埚内残留物(SiO₂)的质量，mg；

m——有机硅氟化合物样品质量，mg。

根据氟含量对硅损失量进行校正计算：

以SiF₄造成的硅损失计：I₂＝28/76×F％＝0.3684×F％(I₂—硅含量，％)， I₁和I₂两项计算之和为样品中硅含量测定结果。

2.4.5产品中有机硅化合物含量换算：

以链节为有机硅化合物基本结构单元，有机硅化合物含量为：

有机硅化合物含量％＝74/28×(I₁+I₂)＝2.643×(I₁+I₂)。

有机硅氟聚合物组成定性分析——红外光谱法，一般用于工艺配方调整与产品组成确认鉴定，傅立叶红外光谱图如图1所示。图1中：2160cm^-1处为Si-H伸缩振动峰，在900cm^-1左右出现Si-H弯曲振动峰，在 1000～1250cm^-1处为F-C-F基团的伸缩振动峰与Si-O-Si伸缩振动峰在 1000～1250cm^-1区间有重叠。

2.5降粘率的测定：

2.5.1基浆配制，按水：钠土＝100：7的比例配制基浆，高速搅拌20min，再密封养护24h。取养护后的基浆，用低速搅拌器边搅拌边加入重晶石粉，将基浆密度提高到1.50g/cm³，再低速搅拌30min，立即用粘度计测其在转速为100r/min时的粘度值并记为Ф100，其值应在50±5范围内，否则应调整钠土的加量。

2.5.2取2.5.1配制好的基浆400ml，加入3.0g降粘剂，高速搅拌20min 后，立即用粘度计测其转速为100r/min时粘度值并记为Ф100₁，按下面的式(1)计算其降粘率。

2.5.3取2.5.1配制好的基浆400ml，加入6.0g降粘剂，高速搅拌20min，装入高温罐，于180℃下热滚16h后取出，冷却打开，高速搅拌10min，立即用粘度计测其转速为100r/min时粘度值并记为Ф100₂，然后按下面的式(2)计算其降粘率。

2.5.4取2.5.1配制好的基浆400ml，加入8.0g降粘剂，高速搅拌20min，装入高温罐，于280℃下热滚16h后取出，冷却打开，高速搅拌10min，立即用粘度计测其转速为100r/min时粘度值并记为Ф100₃，然后按下面的式(3)计算其降粘率。

上式中各符号的含义如下所示：

DI₁——室温降粘率，％；

DI₂——180℃降粘率，％；

DI₃——280℃降粘率，％；

Ф100——基浆室温下读数值；

Ф100₁——加入降粘剂后的基浆在室温时的读数值；

Ф100₂——180℃时的读数值；

Ф100₃——280℃时的读数值。

3、检验规则：

按每一批总桶数的5％取样，每桶取样100g，合并作为试样。总数在 100桶以下时，取样不得少于5桶。使用筒式取样器从每桶的上、中、下部取样，总的试样量不得少于1500g。采集的试样充分混合并从中取出两份，每份取500g，分别装入洁净、干燥的密封容器中，并注明产品名称、取样日期、取样人、取样地点、生产厂名及出厂批号等，一瓶送交检验，一瓶留待复检。

三、实验结果：

对由上述十个实施例制成的降粘剂进行性能测试，测试结果如下面的表1所示：

表1 降粘剂的性能参数

由表1的数据可知，本发明的降粘剂pH值≤12，有机氟含量≥0.5％，有机硅含量≥3.0％，在室温、加量0.75％条件下的降粘率≥85％，结合上面的式(1)可知，3Ф100≥20Ф100₁，即Ф100₁≤0.15Ф100；

在180±2℃、加量1.5％条件下的降粘率≥80％，结合上面的式(2)可知，Ф100≥5Ф100₂，即Ф100₂≤0.2Ф100；

在280±2℃、加量2.0％条件下的降粘率≥80％，结合上面的式(2)可知，Ф100≥5Ф100₃，即Ф100₃≤0.2Ф100。

本发明的降粘剂的抗高温能力达到280℃以上，能够有效降低钻井液中粘土粒子的浓度，克服钻井液抗高温稀释性能变差导致高温增稠的难题，钻井液的粘度和切力会明显降低，流动性明显提高，可以减小钻具的阻力，从而降低事故的发生机率，提高钻井过程的安全性。

Claims

1.钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于：按质量份数计，包括氯化钠20-50份、氟化硅10-18份、硫酸钠5-15份、硫化镁0-10份、硫酸钙60-150份、氯化铝5-15份、马来酸酐2-5份和磷酸钾10-20份。

2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于：按质量份数计，包括氯化钠20份、氟化硅10份、硫酸钠5份、硫化镁0份、硫酸钙60份、氯化铝5份、马来酸酐2份和磷酸钾10份。

3.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于：按质量份数计，包括氯化钠50份、氟化硅18份、硫酸钠15份、硫化镁10份、硫酸钙150份、氯化铝15份、马来酸酐5份和磷酸钾20份。

4.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于：按质量份数计，包括氯化钠35份、氟化硅14份、硫酸钠10份、硫化镁5份、硫酸钙105份、氯化铝10份、马来酸酐4份和磷酸钾15份。

5.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于：按质量份数计，包括氯化钠27份、氟化硅12份、硫酸钠8份、硫化镁3份、硫酸钙83份、氯化铝7份、马来酸酐3份和磷酸钾12份。

6.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于：按质量份数计，包括氯化钠43份、氟化硅16份、硫酸钠12份、硫化镁8份、硫酸钙128份、氯化铝12份、马来酸酐4.5份和磷酸钾18份。