本发明属于油气田井下作业
技术领域：
，特别涉及一种降滤失剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种钻井液用降滤失剂及其制备方法和应用。
背景技术：
在钻井过程中，由于压差的作用，钻井液中的水分不可避免地通过井壁滤失到地层中，造成钻井液失水。随着水分进入地层，钻井液中粘土颗粒便附着在井壁上形成“滤饼”，形成一个滤饼井壁。由于滤饼井壁比原来的井壁致密得多，所以它一方面阻止了钻井液的进一步失水，一方面起到了保护井壁的作用。但是在滤饼井壁形成的过程中，滤失的水分过多，滤饼过厚，细粘土颗粒随水分进入地层等都会影响正常钻井，并对地层造成伤害。钻井液降滤失剂(filtratereducerfordrillingfluid，fluidlossreducers)又称降失水剂，是用来减少钻井液的液相滤失量或液相向地层渗漏的损失量的外加剂。按化学成分分类，降滤失剂可分为矿物类，天然有机物及其改性物类(如褐煤碱液、预胶化或改性淀粉)、合成有机物类(如竣甲基纤维素及聚丙烯酸盐类)等。目前现场使用的降滤失剂种类繁多，大部分用于180℃以下的环境，当处于200℃以上环境时，降滤失效果明显下降，为保证钻井液的降滤失效果，必须增加油田化学品的用量，但加入量过多，不但增加了经济成本，而且钻井液的流变性能也会发生很大变化，使钻井工作不能正常进行。另外，抗盐抗钙能力普遍较差，有一些降滤失剂达到了抗温的要求，但在饱和nacl溶液中泥浆失水量却超过了40ml。此外，还存在由于土相造成的粘度的失控，堵塞、污染油气储层等问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种钻井液用降滤失剂及其制备方法和应用，本发明的降滤失剂在无土相高密度钻井液体系中起到了较好的降低滤失量的作用，较好的抗盐抗钙性能，抗污染能力较强；另外，本发明的降滤失剂在无土相高密度饱和盐水钻井液中降低滤失量效果显著，抗温抗盐效果好，而且对固相有良好的悬浮作用；同时，通过合理调整该降滤失剂中各组分的配比，使该降滤失剂在钻井液体系中增粘幅度适中，更好的满足现场应用要求。为此，本发明技术方案如下：第一方面，本发明提供一种钻井液用降滤失剂的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至碱性，升温并保持；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后在氮气氛围保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温并搅拌；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂；其中，各组分原料按重量份的配比为：淀粉：25-30四氢呋喃：3-5马来酸酐：0.25-0.5丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷：20-302-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：5-15二甲基亚砜：0.3-0.5n-苄基-3-吡咯烷酮：5-10过硫酸铵：5-10亚硫酸氢钠：5-10烷基甜菜碱：10-20水：100。其中，淀粉的重量份可以是25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5或30及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。四氢呋喃的重量份可以是3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。马来酸酐的重量份可以是0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49或0.5及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷的重量份可以是20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5或30及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的重量份可以是5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5或15及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。二甲基亚砜的重量份可以是0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49或0.5及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。n-苄基-3-吡咯烷酮的重量份可以是5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。过硫酸铵的重量份可以是5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。亚硫酸氢钠的重量份可以是5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。烷基甜菜碱的重量份可以是5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。优选地，步骤(1)中，调节ph至7-10，例如可以是7、7.2、7.4、7.6、7.8、8.0、8.2、8.4、8.6、8.8、9、9.2、9.4、9.6、9.8或10及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。优选地，升温至50-70℃，例如可以是50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃或70℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述，优选为55-65℃；优选地，升温并保持2-4h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h、3h、3.1h、3.2h、3.3h、3.4h、3.5h、3.6h、3.7h、3.8h、3.9h或4h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述，优选为2.5-3.5h。优选地，步骤(2)中，先通入氮气0.5-1.5h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述，然后加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，优选为1-1.5h；优选地，升温至60-80℃并搅拌，例如可以是60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述，优选为65-75℃；优选地，搅拌速度为800-1200r/min(所述搅拌速度可以是800r/min、810r/min、820r/min、830r/min、840r/min、850r/min、860r/min、870r/min、880r/min、890r/min、900r/min、910r/min、920r/min、930r/min、940r/min、950r/min、960r/min、970r/min、980r/min、990r/min、1000r/min、1010r/min、1020r/min、1030r/min、1040r/min、1050r/min、1060r/min、1070r/min、1080r/min、1090r/min、1100r/min、1110r/min、1120r/min、1130r/min、1140r/min、1150r/min、1160r/min、1170r/min、1180r/min、1190r/min或1200r/min及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)并持续5-7h(例如可以是5h、5.1h、5.2h、5.3h、5.4h、5.5h、5.6h、5.7h、5.8h、5.9h、6h、6.1h、6.2h、6.3h、6.4h、6.5h、6.6h、6.7h、6.8h、6.9h或7h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)。优选地，各组分原料按重量份的配比为：淀粉：28四氢呋喃：4马来酸酐：0.3丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷：202-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：15二甲基亚砜：0.4n-苄基-3-吡咯烷酮：6过硫酸铵：6亚硫酸氢钠：7烷基甜菜碱：10水：100。作为优选技术方案，所述制备方法至少包括以下步骤：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至7-10，升温至50-70℃并保持2-4h；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后通入氮气0.5-1.5h后，在氮气氛围的保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温至60-80℃并以800r/min～1200r/min的速度搅拌5-7h；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂；其中，各组分原料按重量份的配比为：淀粉：28四氢呋喃：4马来酸酐：0.3丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷：202-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：15二甲基亚砜：0.4n-苄基-3-吡咯烷酮：6过硫酸铵：6亚硫酸氢钠：7烷基甜菜碱：10水：100。第二方面，本发明提供如第一方面所述的制备方法制备的钻井液用降滤失剂。第三方面，本发明提供如第二方面所述的钻井液用降滤失剂在油气田井下作业领域的应用。与现有技术相比，本发明提供的降滤失剂不仅具有较强的滤失造壁性，且能够较好调节体系的流变性，避免粘度过低、过高而引起的井下复杂；本发明在保证性能的前提下，通过降低了磺化材料的用量和产品中磺酸基的含量，有效降低了产品的毒性，更加符合现今对钻井液环保性的要求；本发明的降滤失剂具有较好的抗盐抗钙性能，抗污染能力较强；另外，本发明的降滤失剂在无土相高密度饱和盐水钻井液中降低滤失量效果显著，抗温抗盐效果好，而且对固相有良好的悬浮作用；同时，通过合理调整该降滤失剂中各组分的配比，使该降滤失剂在钻井液体系中增粘幅度适中，更好的满足现场应用要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。实施例1-5的各组分配比如表1所示。表1组分名称(g)实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5淀粉125150130140135四氢呋喃1525201823马来酸酐1.252.51.51.82.0丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷1001101251381502-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2550756035二甲基亚砜1.52.02.51.72.2n-苄基-3-吡咯烷酮2538455030过硫酸铵4944383025亚硫酸氢钠2537424832烷基甜菜碱50100756488水500500500500500实施例1按照表1的组分配比进行制备，具体为：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至7，升温至50℃并保持4h；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后通入氮气1.5h后，在氮气氛围的保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温至60℃并以1200r/min的速度搅拌5h；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂。实施例2按照表1的组分配比进行制备，具体为：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至10，升温至60℃并保持3h；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后通入氮气1h后，在氮气氛围的保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温至70℃并以1000r/min的速度搅拌7h；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂。实施例3按照表1的组分配比进行制备，具体为：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至8，升温至70℃并保持2h；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后通入氮气0.5h后，在氮气氛围的保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温至80℃并以800r/min的速度搅拌6h；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂。实施例4按照表1的组分配比进行制备，具体为：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至9，升温至65℃并保持2.5h；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后通入氮气0.8h后，在氮气氛围的保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温至65℃并以900r/min的速度搅拌5.5h；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂。实施例5按照表1的组分配比进行制备，具体为：(1)将水、淀粉、四氢呋喃和马来酸酐加至反应釜中搅拌，调节ph至8.5，升温至65℃并保持2.5h；(2)继续向反应釜中加入丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基亚砜和n-苄基-3-吡咯烷酮，然后通入氮气0.8h后，在氮气氛围的保护下加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和烷基甜菜碱，升温至65℃并以900r/min的速度搅拌5.5h；(3)冷却至室温，剪切造粒，烘干粉碎，得钻井液用降滤失剂。对比例1除步骤(1)中调节ph为4外，其余与实施例1相同。对比例2除步骤(1)中调节ph为11外，其余与实施例1相同。对比例3除步骤(1)中在室温中保持外，其余与实施例1相同。对比例4除步骤(1)中升温至90℃外，其余与实施例1相同。对比例5除步骤(2)中升温至40℃外，其余与实施例1相同。对比例6除步骤(2)中升温至90℃外，其余与实施例1相同。对比例7除步骤(2)中搅拌3h外，其余与实施例1相同。对比例8除步骤(2)中搅拌9h外，其余与实施例1相同。对比例9除淀粉为100g外，其余与实施例1相同。对比例10除淀粉为200g外，其余与实施例1相同。对比例11除四氢呋喃为10g外，其余与实施例1相同。对比例12除四氢呋喃为40g外，其余与实施例1相同。对比例13除马来酸酐为1g外，其余与实施例1相同。对比例14除马来酸酐为5g外，其余与实施例1相同。对比例15除丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷为80g外，其余与实施例1相同。对比例16除丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷为170g外，其余与实施例1相同。对比例17除2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为50g外，其余与实施例1相同。对比例18除2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为90g外，其余与实施例1相同。对比例19除不加入二甲基亚砜外，其余与实施例1相同。对比例20除二甲基亚砜为5g外，其余与实施例1相同。对比例21除n-苄基-3-吡咯烷酮为20g外，其余与实施例1相同。对比例22除n-苄基-3-吡咯烷酮为70g外，其余与实施例1相同。对比例23除过硫酸铵为10g外，其余与实施例1相同。对比例24除过硫酸铵为60g外，其余与实施例1相同。对比例25除亚硫酸氢钠为20g外，其余与实施例1相同。对比例26除亚硫酸氢钠为80g外，其余与实施例1相同。对比例27除烷基甜菜碱为35g外，其余与实施例1相同。对比例28除烷基甜菜碱为125g外，其余与实施例1相同。性能测试：(1)高温老化后流变性能和降滤失性能：首先，将实施例1制备的钻井液用降滤失剂加入到基浆溶液中，降滤失剂的质量百分比浓度分别为1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％，分别记为实施例1-1、1-2、1-3、1-4、1-5，高速搅拌20min后于200℃恒温滚动老化16h，冷至室温后高速搅拌5min，用zns型失水仪测试泥浆老化后的滤失量和用znn-d6型测试泥浆的流变性能，结果见表1。从表1可以看出，泥浆的表观粘度(av)、塑性粘度(pv)和动切力(yp)随着降滤失剂的增加而增加，合成的降滤失剂有较好的提粘切能力，随着降滤失剂的增加，泥浆的失水量(flapi)总体呈降低趋势，其中在聚合物加量<2％时，随着共聚物的增加，泥浆的失水量明显下降，当聚合物加量>2％时，随着共聚物的增加，泥浆的失水量下降缓慢，综合考虑，降滤失剂的加量为质量百分比浓度2％时，为最优选方案。表1实施例降滤失剂浓度/％av/mpa.spv/mpa.syp/paflapi/ml1-11.030.823.26.57.41-21.536.927.99.35.11-32.043.131.012.04.41-42.549.634.216.73.71-53.057.739.420.42.6随后，选取实施例1-5制备的钻井液用降滤失剂，分别以质量百分浓度为2％的比例加至350ml饱和的nacl溶液中，高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下容器壁上粘附的降滤失剂；再分别加入903g重晶石和70g铁矿粉，高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下容器壁上的粘附物，按照gb/t16783.1-2014中的规定测定室温及200℃/16h老化后降温至室温的表观粘度(av)、塑性粘度(pv)、动切力(yp)、初切力、终切力和api滤失量，并观察静置16h后加重材料的沉降情况。其中，试验中使用的nacl、重晶石(密度为4.2g/cm3)和铁矿粉(密度为4.7g/cm3)均为市场上销售产品，使用前均经严格按照行业标准或企业标准检验合格；具体测试结果见表2。从表2可以看出，实施例1-5制备的降滤失剂分别加入至钻井液体系中，加量为4wt.％，在200℃/16h老化前后，钻井液体系的api滤失量均在2.4ml左右，这说明本发明的降滤失剂在无土相高密度钻井液体系中起到了较好的降低滤失量的作用。表2(2)高温老化抗盐抗钙流变性能和降滤失性能：向预先配制好的基浆溶液中加入质量百分浓度为2％的实施例1制得的钻井液用降滤失剂，分别加入不同量的nacl、cacl2搅拌均匀后，经高温滚子炉200℃老化16h，然后冷却至室温并高速搅拌5min，用zns型失水仪测试泥浆老化后的滤失量，用znn-d6型测试泥浆的流变性能，结果如表3所示。从表3可以看出，随着nacl、cacl2质量的增加，泥浆的表观粘度、塑性粘度和动切力均有所下降，滤失量也随着nacl、cacl2质量的增加而增大，这是由于随着nacl、cacl2浓度的提高，液体中可溶性盐增加，ξ电位降低，粒子水化作用减弱，滤饼的质量下降渗透率增大，导致体系的滤失量增大，但在nacl、cacl2加量为20％时，滤失量仍控制在20ml以内，说明实施例1的降滤失剂有较好的抗盐抗钙性能。实施例2-5的性能测试结果与实施例相似，不在赘述，说明本发明的降滤失剂具有较好的抗盐抗钙性能，抗污染能力较强，能起到较好的降滤失作用。表3(3)静置后加重材料的沉降性能测试：分别选取实施例1和对比例1-28制备的钻井液用降滤失剂，分别向装有350ml饱和盐水中加入降滤失剂，使其终浓度为2％，以11000r/min高速搅拌20min，其间至少停两次以刮下容器壁上粘附的降滤失剂；再加入903g重晶石和70g铁矿粉，高速搅拌20min，其间至少停两次以刮下容器壁上的粘附物，等分成两份。将配制好的钻井液装入老化罐中，分别加入两份实施例1和对比例1-28的降滤失剂，其中一份于200℃下滚动4h后取出；另一份于200℃下滚动4h，并200℃下静止养护3h后取出。随后，将每份样品降温至室温，水浴加热至70℃后，高速搅拌1min，按照gb/t16783.1-2014中的规定测定60℃时体系的表观粘度(av)、塑性粘度(pv)、动切力(yp)、初切力、终切力和api滤失量及ph值，并观察静置16h后加重材料的沉降情况，结果如表4-1和表4-2所示。表4-1150℃/4h老化后性能测试(流变性需在60℃测定)表4-2150℃/4h-老化在200℃下静止养护3h后性能测试从表4-1和4-2中可以看出，加入了实施例1的降滤失剂的体系，在200℃老化前后的各项性能均未发生较大的变化，表现出良好的稳定性；此外，静置后无硬沉出现，说明实施例1形成的体系形成了稳定且具有一定强度的空间网状结构，对加重材料起到了较佳的悬浮作用。而加入了对比例1-28的降滤失剂的体系中，经200℃老化后，在表观粘度、塑性黏度、切力的变化程度普遍大于实施例1的体系，且在静置后大量出现沉淀，说明对比例1-28的性能稳定性较差，形成空间网状结构的能力也较差。另外，实施例2-5的测试结果与实施例1相似，也说明了上述的趋势，说明本发明的降滤失剂在无土相高密度饱和盐水钻井液中降低滤失量效果显著，抗温抗盐效果好，而且对固相有良好的悬浮作用；同时，通过合理调整该降滤失剂中各组分的配比，使该降滤失剂在钻井液体系中增粘幅度适中，更好的满足现场应用要求。应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12