CN116622344A - 钻井液用抗高温降黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钻井液用抗高温降黏剂及其制备方法，涉及钻井液降黏剂技术领域，具体为，钻井液配料含有基料、降黏组分A、降黏组分B和辅助组分，所述基料具体为淡水、原油、膨润土、增稠剂、降滤失剂、助溶剂、增溶剂和胶凝剂，所述降黏组分A具体为十二水硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠，所述降黏组分B具体为碱、短链醇、黄原胶和冰点抑制剂，所述辅助组分具体为炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷、炔二醇聚醚改性硅氧烷、钛酸四丁酯和除氧剂。该钻井液用抗高温降黏剂使得钻井液泥浆分散均匀，且内部含气量少，氧气含量低，硫化物含量少，该钻井液用抗高温降黏剂具有耐超高温性能，降黏效果极佳。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液降黏剂技术领域，具体为钻井液用抗高温降黏剂及其制备方法。
背景技术
在石油钻井方面，稠油因其密度大、粘度高、流动性差的缺陷，需要使用特殊方法进行开采，稠油开采的关键是降黏、降低摩擦阻力、提高流动性，目前使用的稠油降黏方法有掺稀降黏、加热降黏、改质降黏和乳化降黏，其中，掺稀降黏、加热降黏和改质降黏均存在不可忽视的应用缺陷，比如，掺稀降黏受稀油来源限制，加热降黏能耗大，改质降黏难以选取合适的催化剂，因此综合而言，基于应用降黏剂进行降黏的乳化降黏方法最为实用有效。
在公开号为CN114853937A的中国发明专利中，提出了一种水基钻井液、水基钻井液用降粘剂以及制备方法，内容是将羧基单体、胺基单体和磺酸基单体混合，得到混合溶液，调节混合溶液的pH值至中性，得到第一混合液，再对第一混合溶液进行除氧、加热，加入引发剂，加热共聚生成水基钻井液用降粘剂，所得的降粘剂能降低高温高密度水基钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力，在实际运用中，取得较好的效果。
上述的一种水基钻井液、水基钻井液用降粘剂以及制备方法虽然能降低高温高密度水基钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力，但在实际运用中，其综合性能还有提升空间，在复杂的石油开采作业环境中，钻井作业需稳定进行，所选用的钻井液也要力求应用稳定良好，因此对于降黏剂的各项性能要求远不止步，比如在降黏剂的耐高温性能方面，还可作以提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了钻井液用抗高温降黏剂及其制备方法，解决了上述背景技术中提出的降黏剂性能提升的问题。
本发明的技术方案如下：
钻井液用抗高温降黏剂，所述钻井液配料含有基料、降黏组分A、降黏组分B和辅助组分，其中，基料占比30％，降黏组分A占比25％，降黏组分B占比35％，辅助组分占比10％，所述基料具体为：55％淡水、32％原油、8％膨润土、1％增稠剂、1％降滤失剂、0.5％助溶剂、0.5％增溶剂和2％胶凝剂，所述降黏组分A具体为：25％十二水硫酸铝钾、25％六偏磷酸钠、25％碳酸氢钠和25％柠檬酸钠，所述降黏组分B具体为：25％碱、25％短链醇、25％黄原胶和25％冰点抑制剂，所述辅助组分具体为：5％炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚(含量比为1:1)混合物、5％炔二醇聚醚改性硅氧烷、5％炔二醇聚醚改性硅氧烷、55％钛酸四丁酯和30％除氧剂。
作为本发明的优选方案，所述钻井液基料中，淡水选择矿化度1000mg/L以下的淡水。
作为本发明的优选方案，所述增稠剂系高分子聚丙烯酸酯、甲基丙烯酸共聚而成的交联型乳液增稠剂。
作为本发明的优选方案，所述降滤失剂选择硝基腐殖酸，所述助溶剂选择聚氧乙烯脂肪酸酯，所述增溶剂选择聚乙烯吡咯烷酮，所述胶凝剂选择酸化液胶凝剂XP12-1。
作为本发明的优选方案，所述基料制备过程如下：
A(1)将淡水和原油混合后，加入膨润土，搅拌均匀后，加入助溶剂和增溶剂；
A(2)用氨水调整所得混合物的ph值，使之达到8，将增稠剂用淡水稀释，增稠剂与淡水比例为1:4，将稀释好的增稠剂加入所得混合物中，低速搅拌，边搅拌边测试粘度，达到要求粘度后停止加入增稠剂；
A(3)添加降滤失剂和胶凝剂，并充分混合均匀。
作为本发明的优选方案，所述降黏组分A的制备过程为：将十二水硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠等比混合，调配均匀。
作为本发明的优选方案，所述降黏组分B中，碱具体选择三乙醇胺，短链醇具体选择C1～C4的任意一种、两种或两种以上，冰点抑制剂选择乙二醇。
作为本发明的优选方案，所述除氧剂具体为PuristarR3-15氧气吸附剂。
作为本发明的优选方案，所述辅助组分的制备过程如下：
B(1)将炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷进行等比混合；
B(2)加入钛酸四丁酯，混合均匀；
B(3)加入除氧剂，混合均匀。
基于上述钻井液用抗高温降黏剂，本发明还提供了钻井液用抗高温降黏剂的制备方法，该钻井液用抗高温降黏剂的制备方法具体操作步骤如下：
C(1)将降黏组分A加入基料中，搅拌混合至均匀，得预备混合物；
C(2)加入降黏组分B，过程如下：
1)在所得的预备混合物中加入碱，保持常温状态，搅拌混合；
2)依次加入短链醇、黄原胶和冰点抑制剂，充分搅拌均匀；
C(3)边搅拌边加入辅助组分，至充分混合均匀，得降黏剂；
C(4)以按泥浆重量的0.13％～0.3％的比例，将上述步骤C(3)所得的降黏剂加入盾构、钻井工程泥浆中，进行黏滞性调节。
本发明的工作原理及有益效果为：
1.该钻井液用抗高温降黏剂，通过助溶剂和增溶剂的添入，溶解度好，使得钻井液泥浆分散均匀，不仅自身混溶均匀，还能与钻井液泥浆进行充分混合，该降黏剂可良好地运用到钻井液中，并充分发挥其作用；
2.该钻井液用抗高温降黏剂，通过炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚(含量比为1:1)混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷的加入，提高了降黏剂本身的流平性，再将降黏剂加入到钻井液泥浆中，也能对钻井液泥浆产生有利效果，使得钻井液泥浆内部含气量少，流平性好，铺散均匀；
3.该钻井液用抗高温降黏剂，通过PuristarR3-15氧气吸附剂的加入，可以去除掉钻井液泥浆中存在的氧气和硫化物，降低氧气含量和硫化物含量，避免气体过多造成泥浆涌动不连续连贯等问题，且降低氧含量，也有助于开采现场的安全保护，降低硫化物含量，能极大地保证油液及其衍生天然气等的纯度；
4.该钻井液用抗高温降黏剂，通过补充的钛酸四丁酯，具有耐超高温性能，且选取两种不同组分的降黏组分A和降黏组分B，使得该降黏剂降黏效果极佳，在实际应用中，效果稳定良好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明钻井液用抗高温降黏剂的制备过程示意图；
图2为本发明基料的制备过程示意图；
图3为本发明降黏组分A的制备过程示意图；
图4为本发明辅助组分的制备过程示意图。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
请参阅图1-4，钻井液用抗高温降黏剂，钻井液配料含有基料、降黏组分A、降黏组分B和辅助组分，其中，基料占比30％，降黏组分A占比25％，降黏组分B占比35％，辅助组分占比10％，基料具体为：55％矿化度1000mg/L的淡水、32％原油、8％膨润土、1％增稠剂(、1％降滤失剂、0.5％助溶剂、0.5％增溶剂和2％胶凝剂，降黏组分A具体为：25％十二水硫酸铝钾、25％六偏磷酸钠、25％碳酸氢钠和25％柠檬酸钠，降黏组分B具体为：25％碱、25％短链醇、25％黄原胶和25％冰点抑制剂，辅助组分具体为：5％炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物(天津赫普菲乐新材料有限公司生产的涂易乐SI-800硅基表面活性剂)、5％炔二醇聚醚改性硅氧烷(天津赫普菲乐新材料有限公司生产的可涂乐Superwet-4100A硅基炔二醇表面活性剂)、5％炔二醇聚醚改性硅氧烷(天津赫普菲乐新材料有限公司生产的可涂乐Superwet4000系列流平剂)、55％钛酸四丁酯和30％PuristarR3-15氧气吸附剂；其中助溶剂选择聚氧乙烯脂肪酸酯，所述增溶剂选择聚乙烯吡咯烷酮；
钻井液用抗高温降黏剂的制备方法，包括以下步骤：
C(1)将降黏组分A加入基料中，搅拌混合至均匀，得预备混合物；
C(2)加入降黏组分B，过程如下：
1)在所得的预备混合物中加入碱，保持常温状态，搅拌混合；
2)依次加入短链醇、黄原胶和冰点抑制剂，充分搅拌均匀；
C(3)边搅拌边加入辅助组分，至充分混合均匀，得降黏剂；
C(4)以按泥浆重量的0.13％～0.3％的比例，将上述步骤C(3)所得的降黏剂加入盾构、钻井工程泥浆中，进行黏滞性调节
实施例2
请参阅图2，钻井液基料中，淡水选择矿化度1000mg/L的淡水；
增稠剂系高分子聚丙烯酸酯、甲基丙烯酸共聚而成的交联型乳液增稠剂；
降滤失剂选择硝基腐殖酸，硝基腐殖酸是用浓度为3mol/L的稀硝酸与褐煤在50℃温度下反应制成，投料配比为腐殖酸：硝酸＝1：2。
助溶剂选择聚氧乙烯脂肪酸酯，胶凝剂选择酸化液胶凝剂XP12-1；
基料制备过程如下：
(1)将55％的淡水和32％原油混合后，加入8％膨润土，搅拌均匀后，加入0.5％助溶剂和0.5％增溶剂；
(2)用氨水调整所得混合物的ph值，使之达到8，将1％增稠剂用淡水稀释，增稠剂与淡水比例为1:4，将稀释好的增稠剂加入所得混合物中，低速搅拌，边搅拌边测试粘度，达到要求粘度后停止加入增稠剂；
(3)添加1％降滤失剂和2％胶凝剂，并充分混合均匀。
准备对比试验，试验需制备淡水基浆：在1L水中加入1g碳酸钠和20g膨润土，吴茵混调器高速搅拌2h，室温下放置养护24h，即得2％淡水基浆，以所得淡水基浆为试验对象，测定加入对叔丁基苯乙烯的对比例1、加入氧乙烯脂肪酸酯的对比例2、加入聚乙烯吡咯烷酮的对比例3和加入氧乙烯脂肪酸酯和聚乙烯吡咯烷酮的对比例4在室温环境下的流变性能，试验测定三次。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的不同之处在于，不添加氧乙烯脂肪酸酯和聚乙烯吡咯烷酮，添加1份对叔丁基苯乙烯，结果如表1所示：
表1加入对叔丁基苯乙烯，室温养护24小时
对比例2
与实施例1相比，对比例2的不同之处在于，不添加氧乙烯脂肪酸酯，结果如表2所示：
表2加入氧乙烯脂肪酸酯，室温养护24小时
对比例3
与对比例1相比，对比例3的不同之处在于，不添加聚乙烯吡咯烷酮，结果如表3所示：
表3加入聚乙烯吡咯烷酮，室温养护24小时
由表1、表2、表3数据可得，与本实施例2相比，对比例1-3的效果并不如实施例2，氧乙烯脂肪酸酯和聚乙烯吡咯烷酮的加入，不仅分散率大幅度提高，综合性能更好也更稳定。
实施例3
请参阅图1和图3，降黏组分A的制备过程为：将十二水硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠等比混合，调配均匀；
降黏组分B中，碱具体选择三乙醇胺，短链醇具体选择C1～C4的任意一种、两种或两种以上，冰点抑制剂选择乙二醇；
与之对比的，在现有技术中使用降黏组分A或者仅存在降黏组分B，采用单一的降黏组分进行制备，试验方法：将降黏组分A、降黏组分B和降黏组分A+降黏组分B各自按照1％的比例制备得到的降粘剂，加入到油井现场的油基钻井液中，按照石油行业标准：《GB/T16783.2—2014石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液》进行测试，具体的测试结果见表3(其中，仅加入降黏组分A记为编号①，仅加入降黏组分B记为编号②，加入降黏组分A+降黏组分B记为编号③)：
表3
由表3可见，同时加入降黏组分A+降黏组分B明显较单一加入降黏组分A或降黏组分B效果更好，油基钻井液的表观粘度、塑性粘度和动切力显著下降。
实施例4
请参阅图4，除氧剂具体为PuristarR3-15氧气吸附剂(巴斯夫BASF气体净化吸附剂氧气清除剂)，
辅助组分的制备过程如下：
(1)将炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷进行等比混合；
(2)加入钛酸四丁酯，混合均匀；
(3)加入PuristarR3-15氧气吸附剂(巴斯夫BASF气体净化吸附剂氧气清除剂)，混合均匀；与之对比的，未加入除氧剂的降黏剂，在实际运用中，无法摆脱气体尤其是氧气过多的问题，将未加入除氧剂、加入少量除氧剂和加入足量除氧剂的降黏剂制备得到的降粘剂，各自加入到油井现场的油基钻井液中，按照石油行业标准：《GB/T16783.2—2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液》进行测试，具体的测试结果见表4，(其中，未加入除氧剂记为编号①，加入少量除氧剂记为编号②，加入足量除氧剂记为编号③)：
表4
由表4可知，除氧剂的加入可以有效去氧除硫；
与之对比的，在不加入本实施例的辅助组分的情况下，降黏剂流平性能有明显降低的趋势，可耐受的最高温度也较低；
设定在油基钻井液中加入炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷(记为编号①)及不加入炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷(记为编号②)，各自测定流平时间等截面下的充容高度和单位体积所含气量，具体测试结果见表5：
表5
由表5可得，加入炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷能显著提升流平效率，且内部气孔少，分散更加均匀。
综上，该钻井液用抗高温降黏剂，性能优异，不仅能耐受比现有降黏剂可耐受温度更高的高温，还能有效减少内部气泡的产生，在加入到钻井液泥浆中后，能够促进泥浆流平，使泥浆均匀铺开，无缩孔，少气泡，均质良好，而且该降黏剂还能有效去除钻井液泥浆中的氧气和硫化物，减少气体淤积的同时，还能避免氧气促燃、硫化物污染等问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述钻井液配料含有基料、降黏组分A、降黏组分B和辅助组分，其中，基料占比30％，降黏组分A占比25％，降黏组分B占比35％，辅助组分占比10％，所述基料具体为：55％淡水、32％原油、8％膨润土、1％增稠剂、1％降滤失剂、0.5％助溶剂、0.5％增溶剂和2％胶凝剂，所述降黏组分A具体为：25％十二水硫酸铝钾、25％六偏磷酸钠、25％碳酸氢钠和25％柠檬酸钠，所述降黏组分B具体为：25％碱、25％短链醇、25％黄原胶和25％冰点抑制剂，所述辅助组分具体为：5％炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚(含量比为1:1)混合物、5％炔二醇聚醚改性硅氧烷、5％炔二醇聚醚改性硅氧烷、55％钛酸四丁酯和30％除氧剂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述钻井液基料中，淡水选择矿化度1000mg/L以下的淡水。
3.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述增稠剂系高分子聚丙烯酸酯、甲基丙烯酸共聚而成的交联型乳液增稠剂。
4.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述降滤失剂选择硝基腐殖酸，所述助溶剂选择聚氧乙烯脂肪酸酯，所述增溶剂选择聚乙烯吡咯烷酮，所述胶凝剂选择酸化液胶凝剂XP12-1。
5.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述基料制备过程如下：
A(1)将淡水和原油混合后，加入膨润土，搅拌均匀后，加入助溶剂和增溶剂；
A(2)用氨水调整所得混合物的ph值，使之达到8，将增稠剂用淡水稀释，增稠剂与淡水比例为1:4，将稀释好的增稠剂加入所得混合物中，低速搅拌，边搅拌边测试粘度，达到要求粘度后停止加入增稠剂；
A(3)添加降滤失剂和胶凝剂，并充分混合均匀。
6.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述降黏组分A的制备过程为：将十二水硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠等比混合，调配均匀。
7.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述降黏组分B中，碱具体选择三乙醇胺，短链醇具体选择C1～C4的任意一种、两种或两种以上，冰点抑制剂选择乙二醇。
8.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述除氧剂具体为PuristarR3-15氧气吸附剂。
9.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降黏剂，其特征在于：所述辅助组分的制备过程如下：
B(1)将炔二醇聚醚与三硅氧烷聚醚混合物、炔二醇聚醚改性硅氧烷和炔二醇聚醚改性硅氧烷进行等比混合；
B(2)加入钛酸四丁酯，混合均匀；
B(3)加入除氧剂，混合均匀。
10.钻井液用抗高温降黏剂的制备方法，其特征在于：包括权利要求1-9中任意一项所述的钻井液用抗高温降黏剂，该钻井液用抗高温降黏剂的制备方法具体操作步骤如下：
C(1)将降黏组分A加入基料中，搅拌混合至均匀，得预备混合物；
C(2)加入降黏组分B，过程如下：
1)在所得的预备混合物中加入碱，保持常温状态，搅拌混合；
2)依次加入短链醇、黄原胶和冰点抑制剂，充分搅拌均匀；
C(3)边搅拌边加入辅助组分，至充分混合均匀，得降黏剂；
C(4)以按泥浆重量的0.13％～0.3％的比例，将上述步骤C(3)所得的降黏剂加入盾构、钻井工程泥浆中，进行黏滞性调节。
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