CN112625661A

CN112625661A - 一种降滤失剂及其制备方法

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Publication number: CN112625661A
Application number: CN202110242591.3A
Authority: CN
Inventors: 徐希周; 于波; 燕瑞瑞
Original assignee: Dongsheng Chemical Plant Of Gubang Petroleum Equipment Co ltd; Shengli Oil Field Solid State Petroleum Equipment Co ltd
Current assignee: Dongsheng Chemical Plant Of Gubang Petroleum Equipment Co ltd; Shengli Oil Field Solid State Petroleum Equipment Co ltd
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2041-03-05
Also published as: CN112625661B

Abstract

本发明石油化工材料技术领域，公开了一种降滤失剂。本发明研制的产品包括多醛基海藻酸盐、热塑性弹性体、空心炭化稻壳纤维；其中所述多醛基海藻酸盐和所述热塑性弹性体缠绕于所述空心炭化稻壳纤维表面；所述多醛基海藻酸盐在交联剂对苯二甲醛的作用下，在所述空心炭化稻壳纤维表面形成三维交联网络。本发明还涉及上述降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：将多醛基海藻酸盐分散液分批次加入混合干粉料中，边加边搅拌混合，待加入完毕后，再加入交联剂对苯二甲醛，随后加热搅拌反应，冷却，出料，即得产品。本发明所得产品具有优异的降滤失性能和耐温性能。

Description

一种降滤失剂及其制备方法

技术领域

本发明属于石油化工材料技术领域，具体地涉及一种降滤失剂及其制备方法。

背景技术

油田钻井用泥浆主要成份是粘土和水，及各种辅助化学品添加剂。在连续钻井过程中，水渗入地层的现象称为失水，单位时间失水量过大，会带来一系列不良后果：井壁坍塌、井径缩小及钻井液稠化等问题，从而导致卡钻等恶性事故的发生。降滤失剂含有与粘土发生吸附作用的吸附基团和水化基团，它能改变井中壁面泥饼的性质：处理剂吸附在大的粘土颗粒表面形成一层保护膜，细微的粘土颗粒吸附在大的处理剂链节上，起到护胶作用，直至成为密实的泥饼，水分子与化学处理剂的极性基团（水化基团）或非极性基团与粘土颗粒形成结构面，水就会被束缚在泥饼中无法通过，使渗透率降低，达到降低钻井过程中水量向地层滤失的作用。为了减少钻井过程中水量向地层滤失，保证井身安全和钻井工程的顺利进行，需加入降滤失剂。常用的钻井用降滤失剂有：

1.羧甲基纤维素钠盐和聚阴离子纤维素类，通用性好，降滤失效果好，耐盐强。但耐温低，只有150℃。使用量：0.5％～1.5％；

2.改性淀粉类：主要有预凝胶淀粉、羧甲基淀粉、羟乙基淀粉，通用性好，降滤失效果好，耐盐强。但耐温低，只有120℃～140℃。使用量：0.5％～1.5％；

3.磺化类：有磺化木质素与磺甲基酚醛树脂混合或共聚、磺甲基化褐煤与磺甲基酚醛树脂混合或共聚等，降滤失效果良好，耐盐强，抗温性较好。但使用量大，成本高。使用量：1％～3％，用量略高；

4.腐植酸盐类：腐植酸钠、腐植酸钾、腐植酸铬铁、硝系腐植酸盐等，通用性好，抗温性较好。但降滤失效果一般，使用量大，成本高。使用量：1％～5％，用量较高；

5.共聚物类和聚丙烯酸盐类：由单体丙烯酸钠、丙烯酸钙、丙烯酰胺、带磺酸基和带有机阳离子基团的单体共同组成，综合性能好，抗温性较好。但对钻井液粘度有影响（有增稠效应），用于低固相钻井液，生产成本较高，生产工艺复杂。使用量：0.3％～1％。

因此，如何改善传统的降滤失剂降滤失性及耐热性能不佳缺点，以获取更高综合性能的降滤失剂，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有油田钻井所用的降滤失剂抗温性能较差，在油井复杂环境下，降滤失性能无法得到有效保障的缺陷和不足，提供一种降滤失剂及其制备方法。

本发明的目的是提供一种降滤失剂。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种降滤失剂，包括：多醛基海藻酸盐、热塑性弹性体、空心炭化稻壳纤维；其中：

所述多醛基海藻酸盐和所述热塑性弹性体缠绕于所述空心炭化稻壳纤维表面；

所述多醛基海藻酸盐在交联剂对苯二甲醛的作用下，在所述空心炭化稻壳纤维表面形成三维交联网络；

所述空心炭化稻壳纤维表面吸附有纳米二氧化硅；所述纳米二氧化硅和所述空心炭化稻壳纤维之间，通过Si-C化学键连接。

上述技术方案利用多醛基海藻酸盐、热塑性弹性体和空心炭化稻壳纤维共同构筑降滤失剂体系，并利用对苯二甲醛为交联剂，使多醛基海藻酸盐在空心炭化稻壳纤维表面交联，同时将热塑性弹性体缠绕固定于空心炭化稻壳纤维的表面；由此，可以形成以空心炭化稻壳纤维为“主轴”以多醛基海藻酸盐和热塑性弹性体为包覆层的复合结构，避免产品在使用过程中，表面包覆层流失，从而可以提高产品降滤失性能的长期可靠稳定；

上述技术方案首先利用空心结构的炭化稻壳纤维作为“主轴”，起到稳定总体结构的同时，对粘土进行吸附固定，并将内部孔隙填充，起到第一级的降滤失作用，再辅以多醛基海藻酸盐在对苯二甲醛交联作用下形成的较量网络孔隙，作为第二级别的次级孔隙，起到第二级的降滤失作用；由于对苯二甲醛分子结构中带有苯环结构，其可以产生一定的空间位阻效果，从而使得相比于传统小分子交联剂而言，可以获得相对较大的交联网络孔隙，提升降滤失效果，另外，苯环自带的π电子云可以在孔隙处发挥对粘土良好的吸附效果，进一步提升降滤失效果；

再者，上述技术方案通过在体系中引入热塑性弹性体作为包覆层结构之一，在实际使用过程中，可在交联多醛基海藻酸盐的吸水作用下，将水分传递到热塑性弹性体之中，从而使表面包覆层发生体积膨胀，体积膨胀后，将对钻井孔隙实现良好的封堵效果，避免水分向底层滤失；另外，在钻井过程中，即使环境温度发生较大的变化，由于热塑性弹性体的存在，其可以吸收热量后发生一定程度的蠕变，蠕变后使得降滤失剂体系孔隙发生重新分布，并将水分封堵在内部，降低了水在降滤失剂体系内部的活度，从而起到良好的协调增效降水效果。

上述技术方案通过在炭化稻壳纤维表面引入纳米二氧化硅，以提高光滑的炭化稻壳纤维的表面粗糙度，避免缠绕在其表面的多醛基海藻酸盐以及热塑性弹性体在实际产品使用过程中与炭化稻壳纤维之间发生相对运动或滑移，使两者发生相分离，从而影响降滤失效果；进一步地，通过使得二氧化硅以牢固的Si-C化学键合的形式结合在炭化稻壳纤维表面，即使在油井中复杂的温度压力环境下，仍然可以保持降滤失剂体系的结构稳定。

进一步地，所述多醛基海藻酸盐选自多醛基海藻酸钠、多醛基海藻酸钾、多醛基海藻酸铵中的任意一种。

进一步地，所述热塑性弹性体选自SBS、SIS、SEBS、SEPS、TPU、TPEE、TPAE、TPF中的任意一种。

进一步地，所述多醛基海藻酸盐是由海藻酸盐经高碘酸盐氧化得到。

本发明另一目的是提供一种降滤失剂的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种降滤失剂的制备方法，其制备方法包括如下步骤：

（1）将多醛基海藻酸盐和水混合溶胀后，加热搅拌溶解，得到多醛基海藻酸盐分散液；

（2）将热塑性弹性体和空心炭化稻壳纤维干混，得到混合干粉料；

（3）将步骤（1）所得多醛基海藻酸盐分散液分批次加入混合干粉料中，边加边搅拌混合，待加入完毕后，再加入交联剂对苯二甲醛，随后加热搅拌反应，得到产品。

进一步地，所述的降滤失剂的制备方法还包括空心炭化稻壳纤维的制备方法，其包括如下步骤：

将稻壳和水混合，并加入乳化剂，搅拌浸泡后，冷冻压榨，干燥后，得稻壳纤维碎料；

将稻壳纤维碎料、纳米二氧化硅和水搅拌分散后，过滤、洗涤、干燥，再于1500℃以上高温炭化、冷却、出料，即得空心炭化稻壳纤维。

上述技术方案首先以稻壳纤维为原料，利用乳化剂的良好的表面活性作用，使得水分有效扩散渗透进入稻壳内部，在冷冻压榨过程中，低温环境使得扩散渗透的水分结冰，在压榨过程中，在压力作用下，冰晶碎裂，从而引起稻壳纤维于纤维之间发生解纤，从而细化形成碎料，此种细化方式，可以使得纤维的细化更为均匀，缺陷也相对较少，从而可以使得产品的总体降滤失性能更为稳定。

进一步地，所述多醛基海藻酸盐的制备步骤包括：

将海藻酸盐和水混合溶胀后，再加入高碘酸盐溶液，加热搅拌反应后，浓缩、干燥，得多醛基海藻酸盐。

进一步地，所述乳化剂选自OP-10，吐温-20，吐温-40，吐温-60，十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1：

一种降滤失剂，包括：多醛基海藻酸盐、热塑性弹性体、空心炭化稻壳纤维；

所述多醛基海藻酸盐以对苯二甲醛为交联剂，在所述空心炭化稻壳纤维表面形成三维交联网络；

上述降滤失剂通过如下方法制备：

空心炭化稻壳纤维的制备：

按质量比为1：3将稻壳和水混合，并加入稻壳质量5%的乳化剂，用搅拌器以100r/min转速搅拌混合10min后，于室温条件下，静置浸泡24h，再将浸泡后的稻壳过滤取出，沥干水分后，于温度为-30℃，压力为5MPa条件下，冷冻压榨3h后，泄压，得压榨料，再将所得压榨料于温度为-18℃，压力为80Pa条件下，真空冷冻干燥至恒重，得稻壳纤维碎料；

按重量份数计，依次取80份稻壳纤维碎料，5份纳米二氧化硅，200份水，先将纳米二氧化硅和水混合后，于超声频率为50kHz条件下，超声分散5min，再加入稻壳纤维碎料，用搅拌器以300r/min转速搅拌分散20min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式炉中，以20mL/min速率向管式炉中通入氮气，于氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至1500℃，高温炭化3h后，随炉冷却至室温，出料，得空心炭化稻壳纤维。

多醛基海藻酸盐分散液的制备：

将海藻酸盐和水按质量比为1：5混合后，于室温条件下静置溶胀24h，再加入海藻酸盐质量5%的高碘酸钠，于温度为80℃，搅拌转速为200r/min条件下，加热搅拌反应30min，再经浓缩，干燥，得多醛基海藻酸盐；

将多醛基海藻酸盐和水按质量比为1：10混合后，于室温条件下静置溶胀10h，随后于温度为80℃，搅拌转速为200r/min条件下，加热搅拌溶解30min，得多醛基海藻酸盐分散液。

混合干粉料的制备：

将热塑性弹性体和空心炭化稻壳纤维按质量比为1：5混合倒入混料机中，以500r/min转速干混搅拌3h，出料，得混合干粉料。

降滤失剂的制备：

按质量比为5：1称取多醛基海藻酸盐分散液和混合干粉料，并将多醛基海藻酸盐分散液等分为5份，先将混合干粉料加入混料机中，于搅拌转速为500r/min条件下，边搅拌边将多醛基海藻酸盐分散液分批次加入混合干粉料中，每个批次之间间隔30min；待多醛基海藻酸盐分散液加入完毕，再加入多醛基海藻酸盐分散液质量1%的交联剂对苯二甲醛，于温度为75℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌反应4h后，冷却，出料，即得降滤失剂产品；

所述乳化剂选自乳化剂OP-10；所述热塑性弹性体选自SBS；所述海藻酸盐选自海藻酸钠。

实施例2：

上述降滤失剂通过如下方法制备：

空心炭化稻壳纤维的制备：

按质量比为1：5将稻壳和水混合，并加入稻壳质量8%的乳化剂，用搅拌器以150r/min转速搅拌混合20min后，于室温条件下，静置浸泡36h，再将浸泡后的稻壳过滤取出，沥干水分后，于温度为-40℃，压力为8MPa条件下，冷冻压榨4h后，泄压，得压榨料，再将所得压榨料于温度为-19℃，压力为100Pa条件下，真空冷冻干燥至恒重，得稻壳纤维碎料；

按重量份数计，依次取100份稻壳纤维碎料，8份纳米二氧化硅，250份水，先将纳米二氧化硅和水混合后，于超声频率为60kHz条件下，超声分散8min，再加入稻壳纤维碎料，用搅拌器以400r/min转速搅拌分散30min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为120℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式炉中，以30mL/min速率向管式炉中通入氮气，于氮气保护状态下，以8℃/min速率程序升温至1550℃，高温炭化5h后，随炉冷却至室温，出料，得空心炭化稻壳纤维。

多醛基海藻酸盐分散液的制备：

将海藻酸盐和水按质量比为1：8混合后，于室温条件下静置溶胀36h，再加入海藻酸盐质量8%的高碘酸钠，于温度为85℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌反应50min，再经浓缩，干燥，得多醛基海藻酸盐；

将多醛基海藻酸盐和水按质量比为1：15混合后，于室温条件下静置溶胀11h，随后于温度为85℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌溶解35min，得多醛基海藻酸盐分散液。

混合干粉料的制备：

将热塑性弹性体和空心炭化稻壳纤维按质量比为1：8混合倒入混料机中，以600r/min转速干混搅拌4h，出料，得混合干粉料。

降滤失剂的制备：

按质量比为8：1称取多醛基海藻酸盐分散液和混合干粉料，并将多醛基海藻酸盐分散液等分为5份，先将混合干粉料加入混料机中，于搅拌转速为800r/min条件下，边搅拌边将多醛基海藻酸盐分散液分批次加入混合干粉料中，每个批次之间间隔40min；待多醛基海藻酸盐分散液加入完毕，再加入多醛基海藻酸盐分散液质量2%的交联剂对苯二甲醛，于温度为80℃，搅拌转速为400r/min条件下，加热搅拌反应5h后，冷却，出料，即得降滤失剂产品；

所述乳化剂选自吐温-20；所述热塑性弹性体选自SIS；所述海藻酸盐选自海藻酸钾。

实施例3：

上述降滤失剂通过如下方法制备：

空心炭化稻壳纤维的制备：

按质量比为1：10将稻壳和水混合，并加入稻壳质量10%的乳化剂，用搅拌器以200r/min转速搅拌混合30min后，于室温条件下，静置浸泡48h，再将浸泡后的稻壳过滤取出，沥干水分后，于温度为-50℃，压力为10MPa条件下，冷冻压榨5h后，泄压，得压榨料，再将所得压榨料于温度为-20℃，压力为120Pa条件下，真空冷冻干燥至恒重，得稻壳纤维碎料；

按重量份数计，依次取120份稻壳纤维碎料，10份纳米二氧化硅，300份水，先将纳米二氧化硅和水混合后，于超声频率为80kHz条件下，超声分散10min，再加入稻壳纤维碎料，用搅拌器以500r/min转速搅拌分散40min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为150℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式炉中，以50mL/min速率向管式炉中通入氮气，于氮气保护状态下，以10℃/min速率程序升温至1600℃，高温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得空心炭化稻壳纤维。

多醛基海藻酸盐分散液的制备：

将海藻酸盐和水按质量比为1：10混合后，于室温条件下静置溶胀48h，再加入海藻酸盐质量10%的高碘酸钠，于温度为90℃，搅拌转速为400r/min条件下，加热搅拌反应60min，再经浓缩，干燥，得多醛基海藻酸盐；

将多醛基海藻酸盐和水按质量比为1：20混合后，于室温条件下静置溶胀12h，随后于温度为90℃，搅拌转速为400r/min条件下，加热搅拌溶解40min，得多醛基海藻酸盐分散液。

混合干粉料的制备：

将热塑性弹性体和空心炭化稻壳纤维按质量比为1：10混合倒入混料机中，以800r/min转速干混搅拌5h，出料，得混合干粉料。

降滤失剂的制备：

按质量比为10：1称取多醛基海藻酸盐分散液和混合干粉料，并将多醛基海藻酸盐分散液等分为5份，先将混合干粉料加入混料机中，于搅拌转速为1000r/min条件下，边搅拌边将多醛基海藻酸盐分散液分批次加入混合干粉料中，每个批次之间间隔50min；待多醛基海藻酸盐分散液加入完毕，再加入多醛基海藻酸盐分散液质量3%的交联剂对苯二甲醛，于温度为85℃，搅拌转速为500r/min条件下，加热搅拌反应6h后，冷却，出料，即得降滤失剂产品；

所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠；所述热塑性弹性体选自TPU；所述海藻酸盐选自海藻酸铵。

对比例1：

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：采用等质量的戊二醛取代对苯二甲醛，其余条件保持不变。

对比例2：

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入热塑性弹性体，其余条件保持不变。

对比例3：

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入空心炭化稻壳纤维，其余条件保持不变。

对比例4：

本对比例采用羧甲基淀粉作为降滤失剂产品。

测试例：

对实施例1-3及对比例1-4所得产品的性能进行测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

淡水基浆的配制：

在塑料桶中加入10 L自来水，在搅拌状态下加入400 g钙搬土，充分搅拌后再加入2.4g碳酸钠，高速搅拌4h，搅拌期间分5次刮下黏附在塑料桶壁上的搬土，养护48h后备用；

按照降滤失剂产品用量为淡水基浆质量的3%，将不同实施例和对比例产品分别加入到不同组的淡水基浆中，用高速搅拌器以2000r/min转速搅拌混合30min后，参照国家标准GB/T 16783-2014，用SN-6A型钻井液降滤失量测定仪测定常温中压滤失量，于压力为0.69MPa条件下，测试钻井液的API滤失量数据；随后于温度为120℃条件下，热滚10h，再次测定钻井液的API滤失量数据，具体结果见表1：

表1：产品性能测试结果

由表1测试结果可知，本发明所得产品具有良好的降滤失性能，同时具备良好的耐温性能；其中，对比例1由于采用戊二醛取代对苯二甲醛，因此，缺少了因为交联位点空隙带来滤失效果，且缺少了苯环π电子云的作用，总体降滤失效果下降；对比例2由于未加入热塑性弹性体，经过加热后，降滤失性能下降显著；而对比例3则由于未加入空心稻壳纤维，不仅第一级的降滤失性能丧失，同时产品结构稳定性也下降，因此耐温性能也显著下降；而对比例4作为空白对照，采用羧甲基淀粉作为降滤失剂产品，其不论是常温下的降滤失性能和耐温性能，都明显下降。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种降滤失剂，其特征在于，包括：多醛基海藻酸盐、热塑性弹性体、空心炭化稻壳纤维；其中

2.根据权利要求1所述的一种降滤失剂，其特征在于，所述多醛基海藻酸盐选自多醛基海藻酸钠、多醛基海藻酸钾、多醛基海藻酸铵中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种降滤失剂，其特征在于，所述热塑性弹性体选自SBS、SIS、SEBS、SEPS、TPU、TPEE、TPAE、TPF中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种降滤失剂，其特征在于，所述多醛基海藻酸盐是由海藻酸盐经高碘酸盐氧化得到。

5.根据权利要求1-4任一项所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的降滤失剂的制备方法包括如下步骤：

（3）将步骤（1）所得多醛基海藻酸盐分散液加入混合干粉料中混匀，再加入交联剂对苯二甲醛，随后加热搅拌反应，得到产品。

6.根据权利要求5所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的降滤失剂的制备方法还包括空心炭化稻壳纤维的制备方法，其中

所述空心炭化稻壳纤维的制备方法包括如下步骤：

将稻壳纤维碎料、纳米二氧化硅和水搅拌分散后，过滤，洗涤，干燥，再于1500℃以上高温炭化，冷却，出料，即得空心炭化稻壳纤维。

7.根据权利要求5或6所述的一种降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述多醛基海藻酸盐的制备步骤包括：

将海藻酸盐和水混合溶胀后，再加入高碘酸盐溶液，加热搅拌反应后，浓缩，干燥，得多醛基海藻酸盐。

8.根据权利要求6所述的一种降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述乳化剂选自OP-10，吐温-20，吐温-40，吐温-60，十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。