CN111548775B - 一种混合泥浆处理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种混合泥浆处理剂及其制备方法，混合泥浆处理剂，由以下重量份的材料制备而成：聚丙烯铣胺45‑50份、氢氧化钾8‑12份、羧甲基纤维素20‑30份、木质素磺酸钠8‑10份、白炭黑0.1‑0.4份、改性淀粉10‑20份、四硼酸钠0.3‑0.5份和水；通过对淀粉的蒸汽爆破，疏松其内部结构，提高后续的氧化、复合效率；采用微波辐射对聚丙烯铣胺进行处理，提高聚丙烯铣胺的活性，提高了后续的捏合反向的效率。本发明具有良好的耐盐抗温特性，保持了较低的切力，具有良好的流变性能，可快速降低钻井液滤失量。

Description

一种混合泥浆处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气钻井技术领域，特别是指一种混合泥浆处理剂及其制备方法。
背景技术
在石油钻井中，泥浆性能的稳定性，对井内安全以及提高钻井效率具有重要左右，而且可井壁形成薄饼，起到防塌、降滤失和护壁的左右，但是现有的泥浆处理剂容易因压力、温度以及盐度等因素变化出现性能不稳定，甚至失效，泥浆处理剂常用到的羧甲基纤维素，但是其缺点是增稠、缓凝、抗盐抗高温能力差，在加量较高时使水泥浆拌浆困难或难以泵送；聚丙烯酰胺在温度大于60℃时逐步水解成，产生了严重的缓凝作用，并降低了水泥石的强度。磺酸盐的引入造成水泥浆析水，沉淀而脱稳，只能在38-93℃之间应用。上述材料限制了泥浆处理剂的使用环境，抗盐抗温性能较差。
发明内容
本发明提出一种混合泥浆处理剂及其制备方法，具有良好的耐盐抗温特性，保持了较低的切力，具有良好的流变性能，可快速降低钻井液滤失量。
本发明的技术方案是这样实现的：一种混合泥浆处理剂，由以下重量份的材料制备而成：聚丙烯酰胺45-50份、氢氧化钾8-12份、羧甲基纤维素20-30份、木质素磺酸钠8-10份、白炭黑0.1-0.4份、改性淀粉10-20份、四硼酸钠0.3-0.5份和水。白炭黑采用气相白炭黑。
进一步地，改性淀粉由以下重量份的材料制备而成：淀粉45-55份、高锰酸钾0.4-0.8份、氢氧化钠3-7份和水70-80份。
一种混合泥浆处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性淀粉的制备：将淀粉放入汽爆缸内，并向淀粉中均匀喷洒25-30wt％氢氧化钠水溶液，然后在蒸汽压力0.5-1.0MPa的条件下保持10s-30s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，将爆破后的淀粉放入40-60℃条件下溶解于水中，恒温糊化8-15分钟，然后加入高锰酸钾，搅拌至溶液呈乳白色，得到改性淀粉，烘干粉碎；
(2)将步骤(1)中的改性淀粉以及羧甲基纤维素混合，并在40-60℃条件下配置成胶液，恒温加入四硼酸钠，反应15-20min，得到复合胶液；
(3)配置30％-40wt％的氢氧化钾水溶液，然后向聚丙烯酰胺上喷洒配置好的氢氧化钾水溶液，然后采用微波辐射方式快速水解；
(4)将步骤(3)中水解的聚丙烯酰胺、步骤(2)中的复合胶液置于捏合机中，然后加入木质素磺酸钠、白炭黑和剩余的水，设定温度40-55℃，氮气驱氧，密闭捏合反应1h-2h，最后烘干粉碎。
进一步地，步骤(3)中，微波辐射的强度是0.5-1W/cm2，水解时间是2-5min。
本发明的有益效果：
本发明的混合泥浆处理剂具有良好的耐盐抗温特性，保持了较低的切力，具有良好的流变性能，可快速降低钻井液滤失量，稳定水泥浆浆体的作用；通过对淀粉的蒸汽爆破、以及采用微波辐射对聚丙烯酰胺进行处理，一方面有利于缩短处理剂的加工时间，提高其加工效率，另一方面也对淀粉的蒸汽爆破，疏松其内部结构，提高后续的氧化、复合效率；对聚丙烯酰胺采用微波辐射处理，提高了聚丙烯酰胺的快速水解，同时对聚丙烯酰胺活性，提高了后续的捏合反向的效率，有利于降低钻井液的切力以及降低钻井液滤失量。
本发明通过聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、改性淀粉以及白炭黑的配合，提高了羧甲基纤维素凝固速率，可在渗透滤面上快速形成滤饼，防气窜、稳定水泥浆浆体，用于钻井液具有优良的抑制粘土水化分散能力，具有良好的剪切稀释特性，悬浮和携带岩屑功能强，砂浆分散效果好，具有较强的润滑性，适用于大位移井，可保证井壁稳定，提粘快防渗漏效果好。
本发明的混合泥浆处理剂不仅具有一般聚合物的絮凝包被功能，还解决了使用长链分子材料一定要配合小分子材料才能达到剪切效应，彻底做到了无粘土相钻井液(密度可控制在1.01-1.02)与粘土相相结合的低固相完井液保证了完井作业顺利进行(密度在1.05)左右。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种混合泥浆处理剂，由以下重量份的材料制备而成：聚丙烯酰胺45份、氢氧化钾8份、羧甲基纤维素25份、木质素磺酸钠8份、白炭黑0.3份、改性淀粉15份、四硼酸钠0.4份和水150份。
改性淀粉由以下重量份的材料制备而成：淀粉45份、高锰酸钾0.4份、氢氧化钠3份和水70份。
一种混合泥浆处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性淀粉的制备：将氢氧化钠3重量份溶解于9重量份水中，制备成25wt％氢氧化钠水溶液，
将淀粉放入汽爆缸内，并向淀粉中均匀喷洒配置的氢氧化钠溶液，然后在蒸汽压力0.5MPa的条件下保持30s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，将爆破后的淀粉放入50℃条件下溶解于61重量份水中，恒温糊化15分钟，然后加入0.4重量份的高锰酸钾，搅拌至溶液呈乳白色，烘干粉碎，得到改性淀粉；
(2)将步骤(1)中15重量份的改性淀粉以及25重量份羧甲基纤维素混合，并在50℃条件下溶解于70重量份的水中，配置成胶液，恒温加入0.4重量份的四硼酸钠，反应15-20min，得到复合胶液；
(3)将8重量份的氢氧化钾溶解于18重量份的水中，配置30.8wt％的氢氧化钾水溶液，然后向45重量份的聚丙烯酰胺上均匀喷洒配置好的氢氧化钾水溶液，然后采用微波辐射方式快速水解，微波辐射的强度是0.5W/cm2，水解时间是5min。
(4)将步骤(3)中水解的聚丙烯酰胺、步骤(2)中的复合胶液置于捏合机中，然后加入8重量份的木质素磺酸钠、0.3重量份的白炭黑和62重量份的水，设定温度40℃，氮气驱氧，密闭捏合反应1.5h，最后烘干粉碎。
实施例二
一种混合泥浆处理剂，由以下重量份的材料制备而成：聚丙烯酰胺48份、氢氧化钾10份、羧甲基纤维素30份、木质素磺酸钠10份、白炭黑0.1份、改性淀粉20份、四硼酸钠0.5份和水150份。
改性淀粉由以下重量份的材料制备而成：淀粉50份、高锰酸钾0.5份、氢氧化钠5份和水75份。
一种混合泥浆处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性淀粉的制备：将氢氧化钠5重量份溶解于13重量份水中，制备成27.8wt％氢氧化钠水溶液，
将淀粉放入汽爆缸内，并向淀粉中均匀喷洒配置的氢氧化钠溶液，然后在蒸汽压力0.8MPa的条件下保持20s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，将爆破后的淀粉放入60℃条件下溶解于62重量份水中，恒温糊化8分钟，然后加入0.5重量份的高锰酸钾，搅拌至溶液呈乳白色，烘干粉碎，得到改性淀粉；
(2)将步骤(1)中20重量份的改性淀粉以及30重量份羧甲基纤维素混合，并在60℃条件下溶解于80重量份的水中，配置成胶液，恒温加入0.5重量份的四硼酸钠，反应15-20min，得到复合胶液；
(3)将10重量份的氢氧化钾溶解于19重量份的水中，配置34.5wt％的氢氧化钾水溶液，然后向48重量份的聚丙烯酰胺上均匀喷洒配置好的氢氧化钾水溶液，然后采用微波辐射方式快速水解，微波辐射的强度是0.8W/cm2，水解时间是3min。
(4)将步骤(3)中水解的聚丙烯酰胺、步骤(2)中的复合胶液置于捏合机中，然后加入10重量份的木质素磺酸钠、0.1重量份的白炭黑和51重量份的水，设定温度55℃，氮气驱氧，密闭捏合反应2h，最后烘干粉碎。
实施例三
一种混合泥浆处理剂，由以下重量份的材料制备而成：聚丙烯酰胺50份、氢氧化钾12份、羧甲基纤维素20份、木质素磺酸钠9份、白炭黑0.4份、改性淀粉10份、四硼酸钠0.3份和水150份。
改性淀粉由以下重量份的材料制备而成：淀粉55份、高锰酸钾0.8份、氢氧化钠7份和水80份。
一种混合泥浆处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性淀粉的制备：将氢氧化钠7重量份溶解于17重量份水中，制备成29.2wt％氢氧化钠水溶液，
将淀粉放入汽爆缸内，并向淀粉中均匀喷洒配置的氢氧化钠溶液，然后在蒸汽压力1.0MPa的条件下保持30s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，将爆破后的淀粉放入60℃条件下溶解于63重量份水中，恒温糊化10分钟，然后加入0.8重量份高锰酸钾，搅拌至溶液呈乳白色，烘干粉碎，得到改性淀粉；
(2)将步骤(1)中10重量份的改性淀粉以及20重量份羧甲基纤维素混合，并在60℃条件下溶解于50重量份的水中，配置成胶液，恒温加入0.3重量份的四硼酸钠，反应15min，得到复合胶液；
(3)将12重量份的氢氧化钾溶解于18重量份的水中，配置40wt％的氢氧化钾水溶液，然后向50重量份的聚丙烯酰胺上均匀喷洒配置好的氢氧化钾水溶液，然后采用微波辐射方式快速水解，微波辐射的强度是1W/cm2，水解时间是2min。
(4)将步骤(3)中水解的聚丙烯酰胺、步骤(2)中的复合胶液置于捏合机中，然后加入9重量份的木质素磺酸钠、0.4重量份的白炭黑和82重量份的水，设定温度55℃，氮气驱氧，密闭捏合反应2h，最后烘干粉碎。
对比例一
本实施例与实施例三基本相同，不同之处在于：(1)改性淀粉的制备：将氢氧化钠7重量份溶解于17重量份水中，制备成29.2wt％氢氧化钠水溶液，将淀粉放入60℃条件下溶解于63重量份水中，然后加入配置好的氢氧化钠水溶液，恒温糊化10分钟，然后加入0.8重量份的高锰酸钾，搅拌至溶液呈乳白色，烘干粉碎，得到改性淀粉；
对比例二
本实施例与实施例三基本相同，不同之处在于：步骤(3)将12重量份的氢氧化钾溶解于18重量份的水中，配置40wt％的氢氧化钾水溶液；
步骤(4)将50重量份的聚丙烯酰胺、步骤(3)配置好的氢氧化钾溶液、步骤(2)中的复合胶液置于捏合机中，然后加入9重量份的木质素磺酸钠、0.4重量份的白炭黑和82重量份的水，设定温度55℃，氮气驱氧，密闭捏合反应2h，最后烘干粉碎。
实施例一至四制备的混合泥浆处理剂的含水量≤9.0％，pH值在7.0-9.0之间，筛余量≤8.0％，纯度≥80.0，特性粘度≥6.0。
钻井液的性能测试：
配置复合盐水浆：
在350ml的去离子水中，加入15.9g氯化钠、4.6g的氯化镁、1.8g的氯化钙搅拌溶解后，在高速搅拌机上边搅拌加入52.5g的钙土以及3.15g的无水碳酸钠，高速搅拌均匀后，密闭养护24h。
将复合盐水浆作为基浆，加入0.7％本发明的泥浆处理剂，按照GB/T16783.2-2012进行表观粘度、塑性粘度、室温滤失量和高温高压滤失量的测量。
Figure SMS_1
从上表可以看出，本发明的混合泥浆处理剂具有良好的耐盐抗温特性，保持了较低的切力，具有良好的流变性能，可快速降低钻井液滤失量。从实施例三与对比例一及二可以看出，通过对淀粉的蒸汽爆破、以及采用微波辐射对聚丙烯酰胺进行处理，一方面有利于缩短处理剂的加工时间，提高其加工效率，另一方面也对淀粉的蒸汽爆破，疏松其内部结构，提高后续的氧化、复合效率；对聚丙烯酰胺采用微波辐射处理，提高了聚丙烯酰胺的快速水解，同时对聚丙烯酰胺活性，提高了后续的捏合反向的效率，有利于降低钻井液的切力以及降低钻井液滤失量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (3)

1.一种混合泥浆处理剂，其特征在于，由以下重量份的材料制备而成：聚丙烯酰胺45-50份、氢氧化钾8-12份、羧甲基纤维素20-30份、木质素磺酸钠8-10份、白炭黑0.1-0.4份、改性淀粉10-20份、四硼酸钠0.3-0.5份和水；
所述的一种混合泥浆处理剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）改性淀粉的制备：将淀粉放入汽爆缸内，并向淀粉中均匀喷洒25-30wt%氢氧化钠水溶液，然后在蒸汽压力0.5-1.0MPa的条件下保持10s-30s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，将爆破后的淀粉放入40-60℃条件下溶解于水中，恒温糊化8-15分钟，然后加入高锰酸钾，搅拌至溶液呈乳白色，得到改性淀粉，烘干粉碎；
（2）将步骤（1）中的改性淀粉以及羧甲基纤维素混合，并在40-60℃条件下配置成胶液，恒温加入四硼酸钠，反应15-20min，得到复合胶液；
（3）配置30%-40wt%的氢氧化钾水溶液，然后向聚丙烯酰胺上喷洒配置好的氢氧化钾水溶液，然后采用微波辐射方式快速水解；
（4）将步骤（3）中水解的聚丙烯酰胺、步骤（2）中的复合胶液置于捏合机中，然后加入木质素磺酸钠、白炭黑和剩余的水，设定温度40-55℃，氮气驱氧，密闭捏合反应1h-2h，最后烘干粉碎。
2.根据权利要求1所述的一种混合泥浆处理剂，其特征在于，改性淀粉由以下重量份的材料制备而成：淀粉45-55份、高锰酸钾0.4-0.8份、氢氧化钠3-7份和水70-80份。
3.权利要求1所述的一种混合泥浆处理剂，其特征在于，步骤（3）中，微波辐射的强度是0.5-1W/cm2，水解时间是2-5min。
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