CN112760085A

CN112760085A - 一种有机盐加重剂

Info

Publication number: CN112760085A
Application number: CN202011404582.1A
Authority: CN
Inventors: 逄凯迪; 火昌盛; 王勇; 刘艳萍
Original assignee: Karamay City Yien Technical Services Co ltd
Current assignee: Karamay City Yien Technical Services Co ltd
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-05-07

Abstract

本发明公开了一种有机盐加重剂，其包括有机盐，所述有机盐的分子式为：AR(COO)_nM_n,其中A为杂原子或带有杂原子的基团,R为碳数1～6的有机碳链,COO—为有机羧酸根,M为金属阳离子或铵离子。本发明的有机盐加重剂具有甲酸盐的化学分子结构特征，即含有COO^‑等有机酸根和低价态的碱金属离子等阳离子，其表现出了较高的自身密度和较好的耐温稳定性、抑制性，且能够抗各种污染，有利于保护油气层，且其使用能够有利于提高钻速，经生产验证，其非常适用于吐哈油田的复杂井钻井作业。

Description

一种有机盐加重剂

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种有机盐加重剂。

背景技术

经过30年的发展和完善，虽然卤素化合物盐应用于钻井液和完井液技术已经成熟，但该类型无机盐所表现出的性能缺陷也限制了它们的应用范围。近年来，经过实验研究和现场试验表明，以甲酸与碱金属为代表化合物组成的有机盐几乎在所有性能方面超过了无机卤素盐，例如有机盐可以配制出无害的、与钻井工具协调的高密度盐溶液，有机化合物是环境可降解物质，有机盐的抗氧化性能提高了增粘剂和降滤失剂的抗高温降解作用，有机盐还具有很好的抗盐(硫酸盐和碳酸盐)侵能力。因此，作为高性能的钻井液和完井液，有机盐可以满足许多特殊的钻井需求，这是普通钻井液无法解决的。

发明内容

因此，基于以上背景，本发明提供一种有机盐加重剂，其具有甲酸盐的化学分子结构特征，即含有COO-等有机酸根和低价态的碱金属离子等阳离子，其表现出了较高的自身密度和较好的耐温稳定性。

一种有机盐加重剂，其包括有机盐，所述有机盐的分子式为：AR(COO)_nM_n,其中A为杂原子或带有杂原子的基团,R为碳数1～6的有机碳链,COO—为有机羧酸根,M为金属阳离子或铵离子。

进一步地，所述有机盐还可适用于完井液。

采用上述技术方案，具有的有益效果如下：

1)本发明的有机盐加重剂未含有有毒物质，对环境无污染，且其不具有腐蚀性，不会对钻井设备造成腐蚀。

2)本发明的有机盐在较高浓度(浓度≥25％)时，其中电解质浓度高于钻屑中及井壁中水的矿化度，使钻屑中及井壁中的水流向钻井液，而水难于渗入钻屑及井壁，有效地抑制了钻屑水化分散及井壁裂缝。

3)本发明的有机盐在水中有较高的溶解度，能够配制非常高的密度，其常温饱和溶液可达较高密度(1.5)，因而所需固相加重材料量较常规钻井液低得多，有利于提高机械钻速。

4)本发明的有机盐溶液中较高浓度电解质压缩粘土颗粒双电层，使钻屑难于分散成稳定的胶体，保持粘切较低，较好的流变性，并保持亚微米颗粒含量少，这有利于提高钻速。

5)本发明的有机盐中含有还原性基因，可除掉钻井液中的溶解氧及其他氧化性物质，并保护钻具使其不受腐蚀，同时保护其他处理剂在高温下不降解，提高其抗温性能。

6)本发明的有机盐加重剂中自由水含量低，各种组分难于溶于或分散于其中，因此其抗污染能力强，可以抗各种污染(搬土污染、盐污染、石膏污染等)，有利于保护油气层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的有机盐的加量、密度、体积关系示意图；

图2为本发明的有机盐的TGA-DTA表征结果示意图；

图3为本发明的实施例中pH值为7.0的有机盐饱和溶液的极化曲线；

图4为本发明的实施例中pH值为9.0的有机盐饱和溶液加入了LAN826缓蚀剂的混合溶液的极化曲线；

图5为本发明的实施例中pH值为10的氢氧化钠溶液的极化曲线；

图6为本发明的实施例中pH值为10的氢氧化钠溶液加入了LAN826缓蚀剂后的混合溶液的极化曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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作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1：一种有机盐加重剂，其包括有机盐，所述有机盐的分子式为：AR(COO)_nM_n,其中A为杂原子或带有杂原子的基团,R为碳数1～6的有机碳链,COO—为有机羧酸根,M为金属阳离子或铵离子。

本发明制备的有机盐加重剂是一种白色粉末，无味、无臭、不挥发、常温时很稳定，其性质可保持数年不变。该物质易吸潮，易溶于水，在水溶液中呈中性或略偏碱性，微溶于丙酮和乙醇等有机溶剂。

本发明的有机盐的R为碳数1～6的有机碳链，根据有机化合物的C—C键能(347kJ/mol)、C＝C键能(611kJ/mol)、C≡C键能(837kJ/mol)、C—O键能(360kJ/mol)和C—H键能(414kJ/mol)等化学参数可以知道，本发明的有机盐具有非常良好的抗温性能。

本发明的有机盐单价金属阳离子通过化学键、静电引力及分子间作用力与粘土结合，而且K⁺、NH₄ ⁺又可以嵌入粘土晶格，增强了粘土内部的结合力，抑制了粘土表面水化及渗透水化，从而抑制了粘土颗粒的分散与膨胀。而有机酸根阴离子具有极强的亲水性，可吸附在粘土表面及边缘，提高其水化能力，增厚了水化膜，从而抑制了粘土颗粒的水化、膨胀和分散。且溶液中大量的阴、阳离子可压缩粘土颗粒双电层，使钻屑、粘土颗粒不分散成亚微米颗粒。

1)本实施例对所制备的有机盐加重剂的加量、密度、体积的关系进行了实验，其实验结果见表一、图1。

表一：有机盐的加量、密度、体积关系表

序号	加量g/100ml	密度	体积(ml)
				1	10	1.07	101.5
2	20	1.13	105
				3	30	1.18	110.5
4	40	1.22	115.5
				5	50	1.26	120
6	60	1.3	125
				7	70	1.33	130
8	80	1.37	133
				9	90	1.395	136.5
10	100	1.42	138.5
				11	110	1.435	142
12	120	1.45	145
				13	130	1.47	1.47
14	140	1.485	148
				15	150	1.505	150

备注：进行实验的液体的温度为18℃。密度测量使用的仪器为钻井液密度计

2)本实施例对制备的有机盐的热稳定性进行了表征，其表征结果见图2.

对附图2的有机盐的TGA-DTA表征结果来分析，从图中可以看到：

a、将干燥的有机盐同时进行了热重和差热(TGA-DTA)检测，实验升温速率为10℃/min，起始温度25℃，终止温度275℃。

b、OS-100化合物在温度达到182℃时，开始进入第一级分解(蓝线出现分解峰)，化合物的质量开始明显减少(绿线由缓慢减少转变为快速减少，即左边Y轴的重量百分数开始明显降低)；

c、当环境温度达到243℃时，OS-100化合物全面分解，有机物碳化，差热曲线出现最低峰，化合物的平衡重量损失明显。

从图2中的表征结果可以看出本发明的有机盐的熔点可达到260℃，其本身具有良好的热稳定性，其可为有机盐钻井液和完井液提供良好的抗温环境。

3)本发明制备的有机盐在应用于完井液时，为缩短现场配液时间，降低生产成本，其可在现场使用配制的成品液体料，因产品溶解度受温度影响较大，当大量配制液体时，由于溶解时溶液大量吸热，会使液体温度快速下降，当液体温度下降至5℃以下时，此时所饱和溶液密度为1.2左右，同时伴有部分蜡凝体析出。如果将液体温度加热至80℃时，饱和溶液密度可达1.64，加热至120℃时饱和溶液密度为1.67,试验过程中会有误差，但误差应小于±3％。

4)本实施例对制备的有机盐在不同密度下的“蜡凝”温度点进行检测，检测结果见表二。

本发明的有机盐在不同的密度条件下，其所在的“蜡凝”点温度不同，因此需在其应用与钻井液或完井液时提前对其进行了解，以免影响其施工。

表二：不同密度有机盐溶液的“蜡凝”温度点

液体密度	1.15	1.2	1.3	1.35	1.4	1.42	1.45	1.5	1.55
										“蜡凝”点温度	6	7	4	-3	-3	-5	-9	+12	+15

备注：测试仪器为冰点测试仪

5)本实施例对制备的有机盐对钢片的抗腐蚀性进行了表征，对4个不同溶液对钢片的腐蚀进行表征，其分别为pH值为7.0的有机盐饱和溶液，其极化曲线见图3；pH值为9.0的有机盐饱和溶液加入了LAN826缓蚀剂的混合溶液，其极化曲线见图4；pH值为10的氢氧化钠溶液，其极化曲线见图5；pH值为10的氢氧化钠溶液加入了LAN826缓蚀剂后的混合溶液，其极化曲线见图6。

从图5、图6的极化曲线均可明显看到在碱性条件下，在电压增大的后半部分(曲线的上半部分)有明显的阻挡电流现象，即电压增加，而电流在一段区域内相对稳定(或变化明显减缓)，说明钢片表面在后半部分形成了氧化物的钝化膜，阻止电流的通过，即阻止腐蚀(或减缓腐蚀)。

而图3中可以明显看出电压增大的前半部分(曲线的下半部分)有明显的阻挡电流现象，电流有停滞的台阶，此时电压却在增大。说明缓蚀剂此时在钢片表明形成的保护膜，阻止电流通过，起到了一定的缓蚀作用。但随着再增加电压，保护膜被激破，通过钢片的电流随电压成函数规律线性增大，腐蚀逐步严重。

图4为采用PH值为9.0的有机盐溶液加入缓释剂后的极化曲线，其与图3的极化曲线相对比，在电压增大的前半部分(曲线的下半部分)有明显的阻挡电流现象，其而在后期增加电压，通过钢片的电流的增大趋势明显低于图3加大电压后的趋势。

6)本实施例对制备的有机盐进行N-80钢材进行腐蚀挂片试验。

其试验步骤为：

a、按量向有机盐中加入0.3％重量的缓蚀剂L-826，搅拌均匀，烘干为固体产品；

b、分别配制有机盐饱和溶液、配制具有缓蚀剂的有机盐饱和溶液，溶液pH均为值为9；

c、将N-80腐蚀挂片打磨光洁、用无水乙醇去油脂，自然晾干后，放入恒温KCFD-05型高压釜中，设定150℃和1.5MPa，进行挂片腐蚀实验，分别为1#样和2#样，1#样采用有机盐饱和溶液；2#样为采用带有缓蚀剂的有机盐饱和溶液；

d、32天后，对N-80钢材的表面进行观察，并进行称重。

试验结果为：1)1#样的挂片的表面比较干净，没有发现锈斑，挂片的重量损失＝10.8440–10.8438＝0.0002g；

2)2#样的挂片的表面比较干净，没有发现锈斑，挂片的重量损失＝10.9847–10.9844＝0.0003g。

从上述的挂片试验可以看出，有机盐溶液有利于提高钢材的抗腐蚀性。

实施例2：本发明的有机盐在克拉玛依油田进行了广泛的应用试验，其在克拉玛依油田的东湾1井、霍002、003井、高泉1井、九运1井、安5井、安001井、台59井、台60、玛纳1、玛纳001、002、003井、台62、63井的钻井及试油完井液中全面使用，作为完井液在塔里木油田的乌参1、野云2等10余口井使用，其还在新疆油田的南缘山前及准东油田的山前高密度复杂井钻井及高温高压井试油作业、塔里木油田的钻井井深超过7000m的钻井作业及高温高压井试油作业，经生产验证，其非常适用于吐哈油田的复杂井钻井作业。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种有机盐加重剂，其特征在于，其包括有机盐，所述有机盐的分子式为：AR(COO)_nM_n,其中A为杂原子或带有杂原子的基团,R为碳数1～6的有机碳链,COO—为有机羧酸根,M为金属阳离子或铵离子。