CN114316928A - 耐温的改性天然高分子钻井液 - Google Patents

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马云谦
杨利
梁子波
张林伟
郭先敏
王涛
曹婧
付亚琼
王悦宏
丁珊珊
于雷
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Sinopec Oilfield Service Corp
Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
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Sinopec Oilfield Service Corp
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Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
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Abstract

本发明公开了一种纤维素类降滤失剂抗温稳定剂的组合及由此形成的低色度的天然高分子钻井液体系。本发明所述的高温稳定剂成分包含硫化钠和甲酸盐和一乙醇胺共三种,能够很好地对含有纤维素类降滤失剂的钻井液起到高温稳定作用。该发明的钻井液体系可以避免在高温井中使用沥青类、磺化褐煤和磺化酚醛树脂等耐高温降滤失剂,有利于环保,也有利于降低成本。

Description

耐温的改性天然高分子钻井液
技术领域
本发明涉及一种耐高温钻井液体系,特别涉及一种包含钻井液用高温稳定剂及羧甲基纤维素降滤失剂的钻井液体系。
背景技术
在油气钻井中,钻井液是必需的,它可以携带钻屑,清洗井眼,稳定井壁,防止井壁坍塌。深井、超深井钻井液面临的技术难题越来越突出。在复杂的地质条件下,深井钻井液面临着高温问题,地层温度会超过100度以上。如果钻井液的抗温性不强, 钻井液的主要性能之一滤失量会大大增加,影响井壁的稳定性,严重的会造成井塌,造成钻井事故。深井中,普遍使用的磺化褐煤、磺化酚醛树脂等降滤失剂,颜色发黑,排放会破坏环境的美观,而且不容易生物自然降解,影响生态环境,尤其是海上钻井,磺化褐煤、磺化酚醛树脂等降滤失剂很少使用。羧甲基纤维素类降滤失剂具有抗盐性好,降滤失效率高等特点,但是存在着耐温不超过120度的缺点,不适合深井、超深井的应用。如何提高含有羧甲基纤维素类降滤失剂钻井液体系的抗高温能力,是目前钻井工程中面临的一大难题。申请号201310523054.1的专利提到了使用抗氧剂亚硫酸氢钠、亚硫酸钠或硫化钠其中的一种来提高钻井液的抗温性,但是没有对稳定剂进行优选,没有论述哪种抗氧剂作为高温稳定剂最优。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种耐温的改性天然高分子钻井液。通过几种高温稳定剂的协同作用,提高含有羧甲基纤维素类降滤失剂的钻井液耐温性能。
其技术方案如下:
耐温的改性天然高分子钻井液,至少包括水、膨润土、稳定剂、纤维素类降滤失剂,但不包含沥青类、磺化酚醛树脂和褐煤类处理剂。
进一步的,所述稳定剂包括硫化钠、甲酸盐、一乙醇胺。
进一步的,所述稳定剂的组分配比为每100份水的硫化钠含量在0.5到4之间,甲酸盐含量在0.5-5之间,一乙醇胺含量在0.5-4。
进一步的,所述稳定剂的组分配比为每100份水的硫化钠含量在0.8-1.2之间,甲酸盐含量在 1.5-2.5之间,一乙醇胺含量在1.5-2.5之间。
进一步的,所述水、膨润土、硫化钠、甲酸盐、一乙醇胺、纤维素类降滤失剂的配比为:水100份、膨润土4份、硫化钠0.5~4份、甲酸盐0.5~5份、一乙醇胺0.5~4份、纤维素类降滤失剂0.75~1.25份。
进一步的,所述甲酸盐为甲酸钾、甲酸钠中的一种或者其混合物。
进一步的,所述纤维素类降滤失剂为羧甲基纤维素钠。
进一步的,所述羧甲基纤维素钠为低粘羧甲基纤维素、低粘聚阴离子纤维素、超低粘聚阴离子纤维素中的一种或其混合物。
进一步的,所述硫化钠的化学式为Na2S。
进一步的,所述一乙醇胺的分子式为C5H12O4。
本发明的有益效果是:
1、稳定剂能够协同作用,避免纤维素类钻井液降滤失剂因为高温而失效。
2、由于没有使用黑色的化学材料,钻井液呈现低色度的特点,有利于保持环境的美观。
3、硫化钠能够高效地除去钻井液中的氧气,甲酸盐稳定通过稳定羧甲基纤维素中的羧基,免受自由基的攻击起到稳定作用。一乙醇胺和通过稳定羧甲基纤维素的羟基,免受自由基的攻击而起作用,三种化学物质的协同作用,能很好的提高钻井液的耐温性。
附图说明
无。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明技术方案作进一步的详细阐述。
一种耐温的改性天然高分子钻井液,至少包括水、膨润土、稳定剂、纤维素类降滤失剂,但不包含沥青类、磺化酚醛树脂和褐煤类处理剂,所述钻井液用稳定剂包含:硫化钠和甲酸盐和一乙醇胺。
硫化钠化学式为Na2S,是以九水合物Na2S·9H2O的形式存在的无色结晶无机盐。甲酸盐可以是甲酸钠、甲酸钾其中的一种或者这两种的混合物。一乙醇胺,分子式C5H12O4,白色结晶或粉末,每个分子中含有4个羟基。硫化钠和甲酸盐的质量比在100:100和100:1000之间,硫化钠和一乙醇胺的质量比在100:100至100:1000之间。羧甲基纤维素钠可以用市场上的低粘羧甲基纤维素(HV-PAC)、低粘聚阴离子纤维素(LV-PAC的一种或几种的混合物,也可以使用胜利钻井工艺研究院研制的超低粘聚阴离子纤维素(SLV-PAC)。
实验室配置钻井液和测量其性能的步骤如下:
1.取一个盛有350毫升水的高搅杯,加入4%的膨润土,高速搅拌5分钟,取下高搅杯,刮下粘附在容器壁上的膨润土,继续搅拌15分钟。
2.水化24小时。
3.加入一定量的硫化钠。
4.加入一定量的甲酸盐。
5加入一定量的一乙醇胺。
6.加入一定量的羧甲基纤维素类降滤失剂。
7.150度高温辊子炉老化16小时。
8.测试老化后的钻井液的常温常压API滤失量。
实施例1:
按照水100份,硫化钠1份,甲酸钠1份,一乙醇胺1份,膨润土4份,市场上购买的低粘羧甲基纤维素0.75份,高速搅拌20分钟后,150度老化16小时,测量老化后钻井液滤失量,结果见下表1。
实施例2:
按照水100份,硫化钠1份,甲酸钠2份,一乙醇胺1份,膨润土4份,市场上购买的低粘羧甲基纤维素0.75份,高速搅拌20分钟后,150度老化16小时,采用与实施例1相同的方法测量老化后钻井液的滤失量,结果见下表1。
表1中,实施例3-11、18-19和对比例12-17的钻井液的配置方法和性能测试与实施例1相同,见表1。
对比例中,甲酸盐、一乙醇胺和硫化钠三种缺失其中1种或多种。或者对比例中,一乙醇胺被PEG8000代替,或者硫化钠被亚硫酸钠代替。
Figure 225475DEST_PATH_IMAGE001
Figure 204933DEST_PATH_IMAGE002
各实施例和对比例中钻井液主要成分含量及老化后的性能
由表1可以看出:加入硫化钠、甲酸盐和一乙醇胺(实施例1-13),钻井液的耐温性很好,老化后失水量较低,在硫化钠占1份、甲酸钾占2份和一乙醇胺2份的情况下,滤失量最低。对比例14-16说明, 硫化钠、甲酸盐和一乙醇胺三种物质中,缺少其中一种,钻井液的性能明显降低,表现在高温老化后的API滤失量都大于8。 对比例17说明采用聚乙二醇代替一乙醇胺,效果差,说明一乙醇胺具有优异的温度稳定特点,其温度稳定作用高于其他醇类。对比例18说明不加入任何温度稳定剂,钻井液不能抗高温。对比例19说明硫化钠的提高耐温性效果明显高于亚硫酸钠。实施例20-21,降滤失剂采用低粘PAC或胜利钻井院自制的超低粘PAC,也能获得耐温的钻井液。胜利钻井院自制的超低粘聚阴离子纤维素(SLV-PAC)由于粘度低,可以加入更大的量,取得更低的降滤失效果。 实验证明,硫化钠、甲酸盐和一乙醇胺是一种最优的具有协同效应的纤维素类降滤失剂的抗高温稳定剂组合
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,至少包括水、膨润土、稳定剂、纤维素类降滤失剂,但不包含沥青类、磺化酚醛树脂和褐煤类处理剂。
2.根据权利要求1所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述稳定剂包括硫化钠、甲酸盐、一乙醇胺。
3.根据权利要求2所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述稳定剂的组分配比为每100份水的硫化钠含量在0.5到4之间,甲酸盐含量在0.5-5之间,一乙醇胺含量在0.5-4。
4.根据权利要求2所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述稳定剂的组分配比为每100份水的硫化钠含量在0.8-1.2之间,甲酸盐含量在 1.5-2.5之间,一乙醇胺含量在1.5-2.5之间。
5.根据权利要求2所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述水、膨润土、硫化钠、甲酸盐、一乙醇胺、纤维素类降滤失剂的配比为:水100份、膨润土4份、硫化钠0.5~4份、甲酸盐0.5~5份、一乙醇胺0.5~4份、纤维素类降滤失剂0.75~1.25份。
6.根据权利要求3-5任一所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述甲酸盐为甲酸钾、甲酸钠中的一种或者其混合物。
7.根据权利要求3-5任一所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述纤维素类降滤失剂为羧甲基纤维素钠。
8.根据权利要求7所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述羧甲基纤维素钠为低粘羧甲基纤维素、低粘聚阴离子纤维素、超低粘聚阴离子纤维素中的一种或其混合物。
9.根据权利要求8所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述硫化钠的化学式为Na2S。
10.根据权利要求8或9所述的耐温的改性天然高分子钻井液,其特征在于,所述一乙醇胺的分子式为C5H12O4。
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