CN114574178A - 一种高效型深井钻井液处理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效型深井钻井液处理剂及其制备方法，本发明首先通过原位合成的方法制备出磺化褐煤酚醛树脂，然后加入一种自制的聚阴离子乙烯酯混合反应，最后加入膨润土、氢氧化物、氧化石墨烯、氯化钾混合乳化，即可得到一种适用温度范围广的耐高温、高抗盐、低滤失的高效深井钻井液，该产物还可通过干燥处理除掉水，即得粉状产物，使用前水分散效果相当。这种钻井液耐高温能力最高可达280℃；抗盐能力达饱和；降失水效果优越，滤失量小于等于12mL。

Description

一种高效型深井钻井液处理剂及其制备方法
技术领域
本发明属于深井钻井液技术领域，具体涉及一种高效型深井钻井液处理剂及其制备方法。
背景技术
自从进入本世纪以来，世界经济的快速发展导致对石油能源的需求量越来越大。地层浅部以及中部对石油的开采已经不能满足生产和生活的需要，这就促使石油勘探往深部地层发展。而在钻井过程中，钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液体系的质量越高，钻井工程失败率越低，钻井速度越快，钻井成本越低。深井与常规钻井液不同，随着钻井深度的加深，井底温度会显著提高，钻井液体系中的聚合物发生分解，导致滤失量急剧增大。此外，我国地质情况复杂，因此对深井钻井液的抗温、抗盐和滤失性能要求更为严苛。基于以上原因，制备出一种兼具耐高温、抗盐性能好、降滤失效果明显的高效深井钻井液用处理剂是目前亟待解决的关键问题。
其中，滤失剂作为一种重要的化学剂而被广泛的应用于钻井液中。磺化酚醛树脂(SMP)是最常用的合成树脂类钻井液降滤失剂。目前，对磺化酚醛树脂改性是提高其抗盐性和降滤失性的有效方法之一。如申请专利号为201110101079.3的中国专利文献公开了一种钻井液用改性磺化酚醛树脂的制备方法，将氢氧化钠溶液、熔融苯酚、环氧氯丙烷和三甲胺混合，反应后得到阳离子中间体；将所述阳离子中间体与磺化酚醛树脂混合，反应后得到钻井液用改性磺化酚醛树脂。这类改性的酚醛树脂抗盐性能较好，但抗温性能未能改善。除此之外，以磺甲基酚醛树脂及水解聚丙烯腈为原料，与褐煤混合制备的磺化褐煤树脂滤失剂目前在钻井液中由于其优异的抗盐性、耐高温性和良好的降滤失效果而在化石能源开采中得到广泛应用。但是，这类滤失剂在高温条件下其中的树脂成分会发生降解，从而导致其降滤失性能明显恶化。此外，传统的钻井液仅在某一温度限下能够发挥其优异性能，但随着钻井深度的增加(钻井温度逐渐升高)其体系内的聚合物发生明显的降解，导致其难以满足开采要求。
因此，开发一款兼具耐高温、抗盐性能好、降滤失效果明显的高效深井钻井液用处理剂是目前石化资源开采亟待解决的问题，其适用性更是限制其应用价值和应用范围的最大难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效型深井钻井液处理剂及其制备方法，提供所提供方法制备得到的高效型深井钻井液处理剂解决了目前钻井液耐高温、抗盐性能和降滤失效果差的问题；
为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高效型深井钻井液处理剂，由以下质量分数的原材料组成：水80～150份、褐煤树脂20～35份、甲醛15～25份、苯酚50～60份、焦亚硫酸钠60～70份、聚阴离子乙烯酯30～40份、氢氧化物5～10份、膨润土20～35份、氯化钾55～65份和氧化石墨烯20～60份；
优选的，所述褐煤树脂35份、甲醛25份、苯酚60份、氢氧化钠10份、聚阴离子乙烯酯40份、膨润土35份、氯化钾65份、水150份、氧化石墨烯60份；
本发明的另一目的在于提供一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将褐煤树脂、苯酚和甲醛在碱性溶液中反应，得到原位生成的褐煤酚醛树脂；
S2：再经磺化工艺得到磺化褐煤酚醛树脂，将磺化褐煤酚醛树脂与聚阴离子乙烯酯搅拌反应得到产物A；
S3：产物A和膨润土、氯化钾、氧化石墨烯以及水混合搅拌，得到通用型高效深井钻井液；
优选的，所述碱性溶液的pH值为12～14；
优选的，所述褐煤树脂、苯酚和甲醛在碱性溶液中反应时间为30min～60min，反应温度控制在70～120℃之间；
优选的，所述褐煤树脂的含碳量为70±5％；
优选的，所述磺化工艺中磺化试剂选用焦亚硫酸钠，反应温度为100～110℃，反应时间为3～5h；
优选的，所述磺化褐煤酚醛树脂与聚阴离子乙烯酯在80～140℃下搅拌反应70～100min，搅拌反应的速度为100～300r/min；
优选的，所述产物A和膨润土、氯化钾、氧化石墨烯以及水在150～180℃下搅拌10～24h；
优选的，所述氧化石墨烯的粒径为1μm～300μm，氧化度为10～60％。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种高效型深井钻井液处理剂，该钻井液用处理剂不仅具有传统钻井液的水溶、低粘和降滤失量的效果，而且能够随着钻井温度的提升(随钻井深度越深温度越高)原位提升其钻井液的化学结构，从而实现原位提升其耐高温性、降滤失量和稳固井壁的特性。除此之外，本发明生产工艺简单、成本低、产品性能优异，制备得到的钻井液耐温可达280℃，滤失量小于等于12mL，抗盐性能优良。
本发明还提供一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，采用原位合成的方法制备出磺化褐煤酚醛树脂，其化学键合力强，性能更加稳定，具有更好的降滤失效果和优异的抗盐性能。同时，本发明还引入了一种性能优异的自制聚阴离子乙烯酯，这种聚合物在钻井液复配时不会影响其粘度，而会随着深井中温度高于200℃时通过与磺化褐煤酚醛树脂的进一步反应来提升其交联密度，从而在稳定井壁的同时显著降低其滤饼的滤失量，且由于分子量的提升其耐高温性与致密性进一步提升。此外，该钻井液体系中引入的氧化石墨烯，不仅能够利用其较大的片层结构使其在水泥滤饼的中形成连续的物理屏障，从而显著降低钻井液形成的滤饼的渗透性能。同时，其表面官能团可以在190℃～350℃直接进行逐渐分解，但不影响其结构的稳定性。氧化石墨烯及热还原后的氧化石墨烯片具有类石墨结构，其结构稳定且优异的导热性不仅能够使其将钻井产生的热量快速传递出去，从而显著提升其滤饼的耐温性，而且极佳的自润滑性能能够为开采提供润滑效果，防止因钻头冲击而导致井壁的坍塌。
附图说明
图1是本发明中聚阴离子乙烯酯的结构式示意图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种高效型深井钻井液处理剂及其制备方法。本发明首先通过原位合成的方法制备出磺化褐煤酚醛树脂，然后加入一种自制的聚阴离子乙烯酯混合反应，最后加入膨润土、氢氧化物、氧化石墨烯、氯化钾混合乳化，即可得到一种适用温度范围广的耐高温、高抗盐、低滤失的高效深井钻井液，该产物还可通过干燥处理除掉水，即得粉状产物，使用前水分散效果相当。这种钻井液耐高温能力最高可达280℃；抗盐能力达饱和；降失水效果优越，滤失量小于等于12mL。
实施例1
S1：将20份含碳量为72％的褐煤树脂与15份的甲醛、50份的苯酚以及5份的氢氧化钠(溶液pH～12)于90℃下混合反应30min，然后加入60份的焦亚硫酸钠，于100℃下回流3h，得到原位生成的磺化褐煤酚醛树脂；
S2：将上述原位合成的磺化褐煤酚醛树脂与30份的聚阴离子乙烯酯于80℃下100r/min搅拌反应70min；
S3：向S2中加入20份的膨润土、55份氯化钾、80份的水、以及60份粒径1μm且氧化度为10％的氧化石墨烯等，升温至150℃并充分搅拌10h，即得到高效深井钻井液；该产物经干燥塔干燥后即得粒度分布为100～2000μm球形粉末颗粒。
实施例2
S1：将30份含碳量为73％的褐煤树脂与20份的甲醛、52份的苯酚以及7份的氢氧化钠(溶液pH～13)于100℃下混合反应40min，然后加入65份的焦亚硫酸钠，于100℃下回流4h，得到原位生成的磺化褐煤酚醛树脂；
S2：将上述原位合成的磺化褐煤酚醛树脂与35份的聚阴离子乙烯酯于100℃下300r/min搅拌反应80min；
S3：向S2中加入26份的膨润土、58份氯化钾、90份的水以及40份粒径300μm且氧化度35％的氧化石墨烯等，升温至160℃并充分搅拌12h。
实施例3
S1：将35份含碳量75％的褐煤树脂与25份的甲醛、60份的苯酚以及10份的氢氧化钠(溶液pH～13)于120℃下混合反应60min，然后加入70份的焦亚硫酸钠，于110℃下回流5h，得到原位生成的磺化褐煤酚醛树脂；
S2：将上述原位合成的磺化褐煤酚醛树脂与40份的聚阴离子乙烯酯于140℃下300r/min搅拌反应100min；
S3：向S2中加入35份的膨润土、65份氯化钾、150份的水以及60份粒径300μm且氧化度35％的氧化石墨烯等，升温至180℃并充分搅拌24h。
实施例4
S1：将30份含碳量73％的褐煤树脂与25份的甲醛、55份的苯酚以及8份的氢氧化钠(溶液pH～12)于110℃下混合反应45min，然后加入65份的焦亚硫酸钠，于105℃下回流4h，得到原位生成的磺化褐煤酚醛树脂；
S2：将上述原位合成的磺化褐煤酚醛树脂与35重量份的聚阴离子乙烯酯于120℃下300r/min搅拌反应85min；
S3：向S2中加入30份的膨润土、60份氯化钾、100份的水以及40份100μm且氧化度60％的氧化石墨烯等，升温至160℃并充分搅拌15h。
实施例5
S1：将35份含碳量72％的褐煤树脂与25份的甲醛、60份的苯酚以及7重量份的氢氧化钠(溶液pH～13)于120℃下混合反应60min，然后加入60份的焦亚硫酸钠，于100℃下回流5h，得到原位生产的磺化褐煤酚醛树脂；
S2：将上述原位合成的磺化褐煤酚醛树脂与38份的聚阴离子乙烯酯于120℃下200r/min搅拌反应90min；
S3：向S2中加入30份的膨润土、58份氯化钾、90份的水以及40份200μm且氧化度60％的氧化石墨烯等，升温至160℃并充分搅拌18h。
上述实施例1至5的检测结果见表1所示：
表1
Figure BDA0003552540600000061
通过试验最终确定本发明形成的有效钻井液处理剂体系配方为：褐煤树脂35份、甲醛25份、苯酚60份、氢氧化钠10份、聚阴离子乙烯酯40份、膨润土35份、氯化钾65份、水150份、氧化石墨烯60份。实施例1-5在新疆克拉玛依原油田非常规开发水平井进行了现场试验，钻井过程中，该有效钻井液处理剂体系性能基本保持稳定，温度可达260℃，且可有效抑制岩层水化膨胀分散，失水低；可确保井壁稳定，防止缩径，有效避免深井段硬脆性岩层坍塌。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种高效型深井钻井液处理剂，其特征在于，由以下质量分数的原材料组成：水80～150份、褐煤树脂20～35份、甲醛15～25份、苯酚50～60份、焦亚硫酸钠60～70份、聚阴离子乙烯酯30～40份、氢氧化物5～10份、膨润土20～35份、氯化钾55～65份和氧化石墨烯20～60份。
2.根据权利要求1所述一种高效型深井钻井液处理剂，其特征在于，所述褐煤树脂35份、甲醛25份、苯酚60份、氢氧化钠10份、聚阴离子乙烯酯40份、膨润土35份、氯化钾65份、水150份、氧化石墨烯60份。
3.一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将褐煤树脂、苯酚和甲醛在碱性溶液中反应，得到原位生成的褐煤酚醛树脂；
S2：再经磺化工艺得到磺化褐煤酚醛树脂，将磺化褐煤酚醛树脂与聚阴离子乙烯酯搅拌反应得到产物A；
S3：产物A和膨润土、氯化钾、氧化石墨烯以及水混合搅拌，得到通用型高效深井钻井液。
4.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的pH值为12～14。
5.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述褐煤树脂、苯酚和甲醛在碱性溶液中反应时间为30min～60min，反应温度控制在70～120℃之间。
6.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述褐煤树脂的含碳量为70±5％。
7.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述磺化工艺中磺化试剂选用焦亚硫酸钠，反应温度为100～110℃，反应时间为3～5h。
8.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述磺化褐煤酚醛树脂与聚阴离子乙烯酯在80～140℃下搅拌反应70～100min，搅拌反应的速度为100～300r/min。
9.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述产物A和膨润土、氯化钾、氧化石墨烯以及水在150～180℃下搅拌10～24h。
10.根据权利要求3所述一种高效型深井钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的粒径为1μm～300μm，氧化度为10～60％。
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