CN110628396A - 一种钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂及其制备方法，属于油田开采钻井处理剂技术领域技术领域。其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶35份‑60份、丙烯酰胺10份‑40份、丙烯酸10份‑40份、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸10份‑30份、改性稻壳粉10份‑20份和改性甘蔗渣10份‑20份。本发明的将降滤失剂是由改性淀粉纳米晶与其他反应物接枝共聚形成，能有效改善降滤失剂的抗温抗盐性能，其原料来源广、成本低、绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及油田开采钻井处理剂技术领域技术领域，具体涉及一种钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂及其制备方法。
背景技术
随着世界能源需求的日益增大，油气田开发的不断深入，浅层油气资源已不能满足当今社会的需求，开发深部地层油气资源已成为必然。随着环境保护问题的日益突出，从源头上控制钻井液对环境的污染，开发环境友好型和抗温抗盐性能良好的环保型钻井液降滤失剂，不仅能够提升钻井液的性能，有效降低钻井成本，同时能够减少钻井过程中对环境造成的损害，实现“绿色钻井”。
淀粉类降滤失剂具有来源广、成本低廉的优点，并且淀粉类降滤失剂容易降解，无毒环保，被广泛应用于钻井液体系中。但是，常用的淀粉类降滤失剂耐温性能差，当深井或超深井温度超过了120℃，淀粉的分子链就会发生断裂，从而导致降滤失效果减弱，并不能适用于深井或超深井钻井。
发明内容
本发明的目的是提供一种一种钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂及其制备方法，以解决现有淀粉类降滤失剂抗温性能差难以适用于深井或超深井钻井的问题。。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶35份-60份、丙烯酰胺10份-40份、丙烯酸10份-40份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份-30份、改性稻壳粉10份-20份和改性甘蔗渣10份-20份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶40份-50份、丙烯酰胺20份-30份、丙烯酸20份-30份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份-25份、改性稻壳粉10份-20份和改性甘蔗渣10份-20份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶45份、丙烯酰胺25份、丙烯酸25份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20份、改性稻壳粉15份和改性甘蔗渣15份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性淀粉纳米晶的制备步骤包括：
将淀粉纳米晶溶解在氢氧化钠溶液中，搅拌反应2h-4h后，调节pH至10-11，加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠在35℃-50℃温度下反应6h-8h，冷却中和后，过滤离心制得改性淀粉纳米晶；
其中，淀粉纳米晶的加入量是氢氧化钠溶液的10wt％-20wt％；淀粉纳米晶与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠加入量的摩尔比为1：(0.1-0.5)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性稻壳粉的制备步骤包括：将稻壳加入培养液中，向培养液中加入磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于30℃-35℃温度下反应36h-50h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性稻壳粉；其中，稻壳、培养液和白腐菌的质量比为1：(10-12)：(3-5)；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液的加入量为培养液的10wt％-20wt％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于30℃-35℃温度下反应36h-45h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：(10-12)：(3-5)；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的10wt％-20wt％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素B10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、KH2PO40.2份和MgSO4·7H2O0.5份。
上述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到水中，加入改性稻壳粉和改性甘蔗渣搅拌均匀后再加入改性淀粉纳米晶，调节pH值至6-8后，在60℃-80℃温度下加入引发剂，搅拌反应4h-6h后、烘干后粉碎，制得钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，其加入量为1wt％-1.5wt％。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的将降滤失剂是由改性淀粉纳米晶与其他反应物接枝共聚形成，能有效改善降滤失剂的抗温抗盐性能，其原料来源广、成本低、绿色环保。
2、本发明采用的稻壳和甘蔗渣其来源丰富、污染小、绿色环保且可生物降解，在经白腐菌改性处理后，既保留材料纤维素结构的完整性，并且也降解了大量的木质素、多糖、多酚和木质素-多糖复合体类物质，这些物质有利于提高其增粘作用，增强了其与钻井液中粘土颗粒表面的吸附作用，可以拆散钻井液中粘土的网络结构，起到降粘降滤失的作用。
3、本发明采用的淀粉纳米晶具有来源广泛、成本低、生物可降解和生物相容性好的优点，并且其比表面积大、结构致密、刚度大，且表面含有活性羟基，可以其他反应物进行化学反应或形成强的分子间作用。通过1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠对淀粉纳米晶进行改性，通过化学吸附到淀粉纳米晶表面，以达到分散淀粉纳米晶颗粒，增大与其他反应物之间的分散兼容性。并且，经改性的淀粉纳米晶其结构上存在的苯磺基能产生强烈的水化作用，促成其与粘土颗粒表面形成水化层，还提高了粘土颗粒的电位，从而增加了粘土颗粒的稳定性；并且，其结构上还存在对盐不过敏磺酸基，从而提高了淀粉纳米晶的抗盐抗高温性能。
4、本发明采用淀粉纳米晶颗粒粒径小且比表面积大，将淀粉纳米晶添加到稻壳和甘蔗渣的混合溶液中，利于淀粉纳米晶的分散，与降滤失剂中稻壳、甘蔗渣和其他反应物交结形成牢固的网状结构，提高了整个降滤失剂的刚性和热稳定性，进而有效提高降滤失剂的抗温性能和抗盐性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，本发明采用的氢氧化钠的浓度为35％。
实施例1：
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶35份、丙烯酰胺10份、丙烯酸10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份、改性稻壳粉10份和改性甘蔗渣10份。
其中，改性淀粉纳米晶的制备步骤包括：
将淀粉纳米晶溶解在氢氧化钠溶液中，搅拌反应2h后，调节pH至10，加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠在35℃温度下反应6h，冷却中和后，过滤离心制得改性淀粉纳米晶；
其中，淀粉纳米晶的加入量是氢氧化钠溶液的10wt％；淀粉纳米晶与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠加入量的摩尔比为1：0.1。
改性稻壳粉的制备步骤包括：将稻壳加入培养液中，向培养液中加入磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于30℃温度下反应36h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性稻壳粉；其中，稻壳、培养液和白腐菌的质量比为1：10：3；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液的加入量为培养液的10wt％。
改性甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于30℃温度下反应36h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：10：3；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的10wt％。
改性稻壳粉和改性甘蔗渣使用的培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素B10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、KH2PO40.2份和MgSO4·7H2O0.5份。
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到水中，加入改性稻壳粉和改性甘蔗渣搅拌均匀后再加入改性淀粉纳米晶，调节pH值至6后，在60℃温度下加入引发剂，搅拌反应4h后、烘干后粉碎，制得钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂。
其中，引发剂为过硫酸钾，其加入量为1wt％。
实施例2：
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶40份、丙烯酰胺20份、丙烯酸20份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份、改性稻壳粉12份和改性甘蔗渣12份。
其中，改性稻壳粉和改性甘蔗渣的制备步骤与实施例1中改性稻壳粉和改性甘蔗渣的制备步骤一致。
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法与实施例1的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法一致。
实施例3：
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶45份、丙烯酰胺25份、丙烯酸25份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20份、改性稻壳粉15份和改性甘蔗渣15份。
其中，改性淀粉纳米晶的制备步骤包括：
将淀粉纳米晶溶解在氢氧化钠溶液中，搅拌反应3后，调节pH至11，加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠在45℃温度下反应7h，冷却中和后，过滤离心制得改性淀粉纳米晶；
其中，淀粉纳米晶的加入量是氢氧化钠溶液的15wt％；淀粉纳米晶与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠加入量的摩尔比为1：0.3。
改性稻壳粉的制备步骤包括：将稻壳加入培养液中，向培养液中加入磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于32℃温度下反应42h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性稻壳粉；其中，稻壳、培养液和白腐菌的质量比为1：11：4；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液的加入量为培养液的15wt％。
改性甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于32℃温度下反应42h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：11：4；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的15wt％。
改性稻壳粉和改性甘蔗渣使用的培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素B10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、KH2PO40.2份和MgSO4·7H2O0.5份。
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到水中，加入改性稻壳粉和改性甘蔗渣搅拌均匀后再加入改性淀粉纳米晶，调节pH值至7后，在70℃温度下加入引发剂，搅拌反应5h后、烘干后粉碎，制得钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂。
其中，引发剂为过硫酸铵，其加入量为1.2wt％。
实施例4：
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶50份、丙烯酰胺30份、丙烯酸30份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25份、改性稻壳粉17份和改性甘蔗渣17份。
其中，改性淀粉纳米晶的制备步骤包括：
将淀粉纳米晶溶解在氢氧化钠溶液中，搅拌反应4h后，调节pH至11，加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠在50℃温度下反应8h，冷却中和后，过滤离心制得改性淀粉纳米晶；
其中，淀粉纳米晶的加入量是氢氧化钠溶液的20wt％；淀粉纳米晶与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠加入量的摩尔比为1：0.5。
改性稻壳粉的制备步骤包括：将稻壳加入培养液中，向培养液中加入磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于35℃温度下反应50h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性稻壳粉；其中，稻壳、培养液和白腐菌的质量比为1：12：5；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液的加入量为培养液的20wt％。
改性甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于35℃温度下反应45h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：12：5；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的20wt％。
改性稻壳粉和改性甘蔗渣使用的培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素B10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、KH2PO40.2份和MgSO4·7H2O0.5份。
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到水中，加入改性稻壳粉和改性甘蔗渣搅拌均匀后再加入改性淀粉纳米晶，调节pH值至8后，在80℃温度下加入引发剂，搅拌反应6h后、烘干后粉碎，制得钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂。
其中，引发剂为过硫酸钾，其加入量为1.5wt％。
实施例5：
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶60份、丙烯酰胺40份、丙烯酸40份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、改性稻壳粉20份和改性甘蔗渣20份。
其中，改性稻壳粉和改性甘蔗渣的制备步骤与实施例4中改性稻壳粉和改性甘蔗渣的制备步骤一致。
本实施例的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法与实施例4的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法一致。
对照例1
本对照例的钻井液用降滤失剂的制备方法与实施例3一致，区别在于其组成上未加入改性淀粉纳米晶。
对照例2
本对照例的钻井液用降滤失剂的制备方法与实施例3一致，区别在于其组成上未加入改性稻壳粉和改性甘蔗渣。
对照例3
本对照例的钻井液用降滤失剂的制备方法与实施例3一致，区别在于其组成上为市面上常见的淀粉类降滤失剂。
将上述实施例1-5和对照例1-3所制得的钻井液用降滤失剂在高密度饱和盐水钻井液中进行性能测试，得到实施例1-5和对照例1-3的降滤失性能表，如表1所示。其中，钻井液的组成为：1.5％膨润土浆+6％SMC+0.5％XJ降粘剂+5％HTASP+1％降滤失剂+2％NaOH+0.1％表面活性剂+NaCl至饱和，用重晶石加重至密度2.25g/cm3。钻井液于220℃下老化16h，加入1％的纯碱，高速搅拌20分钟，用常温中压滤失和高温高压滤失仪测定配制的钻井液体系中的滤失量，其中FLAPI为常温中亚滤失量，FLHTHP为高温高压滤失量，测定温度与相应的老化温度相同，测试压强为3.5MPa。表1实施例1-5
表1实施例1-5和对照例1-3的降滤失性能表
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对照例1 | 对照例2 | 对照例3 | |
| FL<sub>API</sub>(mL) | 8.1 | 7.4 | 6.7 | 7.7 | 8.3 | 16.8 | 18.3 | 17.5 |
| FL<sub>HTHP</sub>(mL) | 25.5 | 24.6 | 23.2 | 24.1 | 24.7 | 27.9 | 28.8 | 27.7 |
由表1可得，本发明制得的抗温抗盐降滤失剂在常温和高温下均具有较好的降滤失性和抗温性能，可适用于高温的深井、超深井的条件下使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶35份-60份、丙烯酰胺10份-40份、丙烯酸10份-40份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份-30份、改性稻壳粉10份-20份和改性甘蔗渣10份-20份。
2.根据权利要求1所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶40份-50份、丙烯酰胺20份-30份、丙烯酸20份-30份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份-25份、改性稻壳粉10份-20份和改性甘蔗渣10份-20份。
3.根据权利要求2所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，其包括：按重量份计，改性淀粉纳米晶45份、丙烯酰胺25份、丙烯酸25份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20份、改性稻壳粉15份和改性甘蔗渣15份。
4.根据权利要求1所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，所述改性淀粉纳米晶的制备步骤包括：
将淀粉纳米晶溶解在氢氧化钠溶液中，搅拌反应2h-4h后，调节pH至10-11，加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠在35℃-50℃温度下反应6h-8h，冷却中和后，过滤离心制得改性淀粉纳米晶；
其中，淀粉纳米晶的加入量是氢氧化钠溶液的10wt％-20wt％；淀粉纳米晶与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸钠加入量的摩尔比为1：(0.1-0.5)。
5.根据权利要求1所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，所述改性稻壳粉的制备步骤包括：将稻壳加入培养液中，向培养液中加入磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于30℃-35℃温度下反应36h-50h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性稻壳粉；其中，稻壳、培养液和白腐菌的质量比为1：(10-12)：(3-5)；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液的加入量为培养液的10wt％-20wt％。
6.根据权利要求1所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，所述改性甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节pH至3后加入白腐菌，于30℃-35℃温度下反应36h-45h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：(10-12)：(3-5)；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的10wt％-20wt％。
7.根据权利要求5或6所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂，其特征在于，所述培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素B10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、KH2PO40.2份和MgSO4·7H2O0.5份。
8.权利要求1-7任一项所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到水中，加入改性稻壳粉和改性甘蔗渣搅拌均匀后再加入改性淀粉纳米晶，调节pH值至6-8后，在60℃-80℃温度下加入引发剂，搅拌反应4h-6h后、烘干后粉碎，制得钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂。
9.权利要求8所述的钻井用环保型抗温抗盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，其加入量为1wt％-1.5wt％。
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2019
- 2019-09-29 CN CN201910933717.4A patent/CN110628396B/zh active Active
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