一种抗高温抗盐抗钙降失水钻井液处理剂及其制备方法
【专利摘要】本发明是一种抗高温抗盐抗钙降失水钻井液处理剂及其生产方法。该钻井液的组成成分及质量配比如下，腐植酸钠：甲醛：苯酚：磺化剂=1650：35:30:100，先将计量后的腐植酸钠加入反应釜中，然后不断搅拌5-6小时，依次加入定量的甲醛，苯酚，磺化剂后开始升温，使反应温度达到120--130oC，压力2.0—2.5kg/cm2(表压)保持这个温度反应2.5—3小时完成第一步磺化反应后，开始降温使温度降至80--90oC，开始第二次磺化反应，二次磺化反应各组成成分的质量比为甲醛：苯酚：磺化剂=35:30:100，在反应釜中依次加入甲醛，苯酚，磺化剂后开始升温达到120--130oC继续反应2.5—3小时完成第二步磺化，然后加入50kg红矾钠溶液（浓度为33%）发生氧化络合反应，这时反应条件温度120--130oC，反应时间1小时，最后将反应完全的半成品过滤后储存在半成品的专用储罐中，干燥后得到本发明。
【专利说明】一种抗高温抗盐抗钙降失水钻井液处理剂及其制备方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种石油钻井液处理剂【技术领域】，特别涉及一种抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂及其制备方法。
[0002]【背景技术】
目前，随着钻井工艺技术的发展，深井、超深井和特殊工艺井逐年增加，随着深井的增加，温度压力增大，一般会使泥浆的失水增大，泥饼增厚，在固相含量很高的情况下，泥浆会因高温作用而增稠，触变性增强，流动性差。如:常用的油田CMC、生物聚合物、聚阴离子纤维素等在温度超过120°C时，抗温、抗盐方面就明显下降，并且目前，常用的抗温降滤失剂，在使用过程中，往往需要他们复配，才能发挥良好的作用，尤其在固相含量很高的情况下更是如此，且用量大，劳动强度也大，泥浆成本高。这就需要一种抗高温、抗盐、抗钙、降失水性能较好的钻井液处理剂，来满足中深井复杂地层特点。
[0003]
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种钻井液用抗高温、抗盐、抗钙、降失水剂及其制备方法。该发明提供了一种只要在深井中使用的聚磺泥浆体系中，加入本发明石油高温泥浆处理剂，即可提高聚磺泥浆在特殊复杂井中的抗温，抗盐，抗钙，降失水和防坍塌层的重要作用。为确保钻井安全，钻井速度不断刷新，钻井周期不断缩短而提供一种保障。并且本发明完全取代了磺化酚醛树脂，大大简化了聚磺泥浆的转化和维护措施。节省时间，减少劳动强度，降低钻井成本。
[0004]本发明采取的技术方案是
本发明所采取的技术方案是一种钻井液用抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂，各组成成分质量比为腐植酸`钠:甲醛:苯酚:磺化剂=1650:35:30:100，第一次磺化反应先将计量后的腐植酸钠加入反应釜中，然后通过搅拌器不断搅拌5-6小时，依次加入甲醛，苯酚，磺化剂后开始升温，使反应釜温度达到120-130° C，压力2.0-2.5kg/cm2 (表压)保持这个温度反应2.5—3小时完成第一步磺化反应，然后开始降温使温度降至80-90 °C开始第二次磺化反应，第二次磺化反应各组成成分的质量比为甲醛:苯酚:磺化剂=35:30:100，在反应釜中依次加入甲醛，苯酚，磺化剂后再开始升温达到120—130 °C继续反应2.5—3小时完成第二步磺化反应，然后加入50kg红矾钠溶液(浓度为33%)发生氧化络合反应，这时反应条件温度也需维持在120—130 °C，反应时间I小时，最后经过将反应完全的半成品过滤后储存在半成品的专用储罐中，干燥后得到本发明一种钻井液用抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂。
[0005]本发明的有益效果
本发明制备的处理剂降粘、降失水(尤其HTHP失水)效果优于同类产品及其复配体系，并且本发明完全取代了磺化酚醛树脂，大大简化了聚磺泥浆的转化和维护措施。在聚磺泥浆体系中，只要使用本发明制备的处理剂和磺化浙青就可以转化为聚磺泥浆或钾基一聚磺泥浆，完全可以替代同类产品及复配体系形成的聚磺泥浆，从而减轻了现场劳动强度、节省时间、降低钻井成本。另外，本发明经青海油田在三塘湖、温吉桑、丘陵、米登、红台、十三间房、胜金台、丘东等八个构造上进行25 口井试验应用，在现场应用试验过程中取得了同室内试验同样的研究结果。充分肯定了本发明制备的处理剂在钻井泥浆中，具有抗高温(200°C以上)能力强、抗盐(NaCL10%以上，KCL7%以上)能力强、抗钙3000mg/l)能力强，降粘、降失水效果好，配伍性好等特点，在石油钻井开发中有重要作用，是目前较理想的抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂。
[0006]【具体实施方式】
本发明制备的一种钻井液用抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂由腐植酸钠、甲醛、苯酚、磺化剂(水，焦亚硫酸钠等)组成，其中各组成成分质量比为腐植酸钠:甲醛:苯酚:磺化剂=1650:35:30:100。
[0007]制备本发明一种抗高温抗盐抗钙降失水钻井液处理剂的方法，先在反应釜中加入腐植酸钠，然后通过搅拌器不断搅拌5-6小时，依次加入甲醛，苯酚，磺化剂后开始升温，使反应釜温度达到120—130° C，压力2.0—2.5kg/cm2 (表压)保持这个温度反应2.5—3小时完成第一步磺化反应后，开始降温使温度降至80-90 °C然后开始第二次磺化反应，第二次磺化反应各成分的质量比为甲醛:苯酚:磺化剂=35:30:100，在反应釜中依次加入甲醛，苯酚，磺化剂后再开始升温达到120—130 °C继续反应2.5—3小时完成第二步磺化反应，然后加入50kg红矾钠溶液(浓度为33%)发生氧化络合反应，这时反应条件温度也需维持在120—130 °C，反应时间I小时，最后经过将反应完全的半成品过滤后储存在半成品的专用储罐中，干燥后得到本发明一种钻井液用抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂。
[0008]下面结合实验室研究和在油田试验应用的实际情况对本发明做进一步有益效果的说明。
[0009]本发明加量试验
在原浆中单独加入本发明一种钻井液用抗高温、抗盐、抗钙、降失水钻井液处理剂，观察了它对泥浆性能的影响，由试验数据可以看出，在原浆中加入本发明，无论高温前、后(170°C、16小时)其降失水、降粘效`果均显著，尤其经高温老化后，其降粘、降失水(如HTHP失水)效果更突出。
[0010]本发明与SMP+SMC、PSC-1的对比试验
在原浆中加入同等剂量本发明、SMP+SMC、PSC — I的情况下，观察了本发明与SMP+SMC，PSC-1的效果对比，实验发现，本发明降粘、降失水(尤其是高温后)效果优于PSC — I ;本发明降粘效果(经高温老化后)优于SMP+SMC。
[0011]本发明的抗盐能力试验
在原浆中加入NaCL10%，对比了本发明与SMP+SMC、PSC — I的降粘、降失水效果。在原浆中加入10%NaCl，再加入同等剂量的本发明或SMP+SMC或PSC— I，无论高温前、后(170°C 16小时)，本发明降粘效果与SMP+SMC、PSC-1接近，但从降失水，尤其从HTHP失水的效果看，本发明优于PSC— I，且与SMP+SMC接近，从数据看，本发明可抗盐10% (NaCl)以上。
[0012]本发明的抗钙(Ca+2)能力试验
固定本发明、SMP+SMC的浓度，比较它们的抗钙能力，原浆中加入Ca+2，泥浆增稠，失水增大，致使泥浆性能破坏。实验还发现，在钙侵的泥浆中，加入本发明或SMP+SMC，相同条件下，无论高温前、后(170°C 16小时)，本发明的降失水、降粘效果均比SMP+SMC好。从实验数据看，本发明可抗钙(Ca+2) 3000mg/l。[0013]本发明的抗温能力试验
在原浆中固定本发明、SMP+SMC、PSC — I的浓度于(5%)观察了它们的抗温能力，从实验数据看，随着温度的升高(从150°C上升到200°C)，本发明、SMP+SMC的泥浆体系，含本发明的泥浆体系稳定性最好，随着温度的升高，本发明降粘、降失水(尤其HTHP失水)的效果越来越好。含PSC — I的泥浆体系随着温度升高，粘度和失水上升，尤其高温、高压失水增加较多。总之，随着温度的升高，本发明降粘和降失水(尤其是HTHP失水)的效果优于SMP+SMC、PSC—L.[0014]本发明的热稳定性试验
在其它条件相同时，对比本发明、SMP+SMC、PSC-1的热稳定性。结果发现随着时间的延长，含本发明的泥浆体系，粘度基本不变，但失水(尤其是HTHP失水)随之降低；而含SMP+SMC、PSC — I的泥浆体系粘切失水有所增加。从实验看，在相同条件下，本发明降粘、降失水(尤其是HTHP失水)的效果优于SMP+SMC、PSC— 1、具有良好的热稳定性。
[0015]本发明的配伍性试验
在聚合物泥浆和井浆中加入本发明，观察了其配伍性和作用效果。结果发现，本发明在聚合物泥浆和井浆中的相溶性好，无论高温前、后(130°C 16小时)，其降粘和降失水(尤其是HTHP失水)效果都很显著。
[0016]本发明的现场应用
本发明经青海油田在三塘湖、温吉桑、丘陵、米登、红台、十三间房、胜金台、丘东等八个构造上进行25 口井试验应用，现场试验完全符合室内试验的要求，对转化聚合物泥浆为聚磺泥浆和钾基一聚磺泥浆收到显著的效果。
[0017]1、聚磺泥浆的 转化及其适应性
按照室内试验的要求，首先在塘参一井开展了现场试验应用；塘参一井是三塘湖构造的一口新探井，设计井深4200米，目的层二叠系地层，该井二开从307米使用两性复合离子聚合物泥浆，钻至1492米，石树沟地层加本发明1.5-2%，加磺化浙青1%，转化为聚磺泥浆。泥浆性能达到d=1.21，T=50，Q=I / 5，PH=8 ;钻遇J2x.Jls.Jib.T.P等复杂地层。使用聚磺泥浆，该井从井深1110-2572米钻进Klx..J2s.J2x等地层时，井漏严重，漏失泥浆1480方。在井漏严重的情况下，经使用本发明转化为聚磺泥浆，面对泥浆密度偏高，井漏严重，泥浆密度偏低钻进J2s.J2x.Jls.Jib.T等破碎及煤线地层又极易坍塌，泥浆上从提高造壁封堵能力着手，大胆使用较低(1.15)泥浆密度钻进。现场实践表明,采用1.15泥浆密度大大减少了井漏发生，确保井下安全钻进；钻至八道湾大段煤层和三叠系破碎地层泥浆密度逐步提高到1.22-1.23，保证井下正常钻进，顺利钻至3845米二叠系下部地层完钻。全井泥浆性能稳定，确保全井取芯65米，收获率99%，满足了工程对泥浆的要求。
[0018]本发明新型泥浆处理剂在塘参一井转化和维护聚磺泥浆的现场实践表明，采用本发明转化聚磺泥浆，完全代替了 SMC和SMP或SPNH和SMP或PSC-1和SMP的泥浆体系；本发明抗温能力强，在井深3845米，井底温度180°C的情况下，泥浆性能稳定，全井未发生一起卡钻事故，泥浆适应性强。在塘参一井试验使用本发明的基础上，先后又在温吉桑、丘陵的开发井及台参二井、小草一井、阿一井、红台二井、丘东九井、房一井等25 口井上进行了试验，均收到了好的效果。
[0019]归纳现场转化及维护聚磺泥浆的措施(I)配浓度为5-10%的本发明溶液逐步加入，每循环周加溶液量为3-5%，控制加溶液量10-15，即本发明加量1_2%，需要降失水，可改用干粉加入本发明。
[0020](2)加横化浙青1-2%,以干粉每循环周加0.5_1%，控制加量1_2%。
[0021](3)正常钻进配本发明浓度为5-10%溶液细水加入，加量0.5-1%，以稳定性能。
[0022](4)粘度升高加本发明溶液1_2%，降低粘度。
[0023](5)每100米补充磺化浙青200公斤。
[0024](6)进入侏罗系J2q等地层后，加CMC0.1-0.2%，加JT-900 0.2-0.3%,以提高造壁抑制能力。
[0025]2、钾基-聚磺泥浆的转化处理及适应性
台参二井是青海油田在火焰山构造带的一口深探井，该井使用淡水聚磺泥浆钻至3683米，中途测试四天，电测后下钻至3672米遇阻划眼，蹩跳极为严重，转盘打倒车，上堤下放遇阻遇卡严重，划眼五天无进尺，针对这一井下复杂情况，现场采取将清水聚磺泥浆转化为钾基-聚磺泥浆，泥浆密度经处理转化从1.41降到1.30的情况下，井下复杂大为好转，并进入正常钻进。
[0026]用钾基-聚磺泥浆钻进17天，钻至井深3772米，起钻至3540米严重遇卡，三次提断钻具，使部分钻具落入井下，处理井下钻具落入长达65天时间，经多次打捞后，终于对上扣起钻至3540米左右又遇卡，泥浆采取种种防塌措施，提高粘度至滴流，提高泥浆比重至
1.50，打稠化泥浆，混原油循环等措施，井下均未返出较大的钻屑，既是细的钻屑也很少，说明井壁稳定。次后，经在35`40米左右扩眼破键槽处理后下钻打捞出井下钻具的全部落鱼。
[0027]钾基-聚磺泥浆在台参二井3772米65天处理打捞井下钻具落鱼的过程中经受住了考验，泥浆性能稳定，适应性强，深受井下队欢迎。
[0028]归纳转化及处理钾基-聚磺泥浆的措施:
(I)调整基浆
A、加入本发明4-5%，配成浓度为10%的溶液加入，加量30-40%，以降低泥浆中坂土含量至40g / I左右，同时提高泥浆的抗盐能力。
[0029]B、在本发明加至 2-3% 后，加 NaPAMX 3-0.5%，加 CMC0.2-0.3%，降低滤失量 3_4ml。
[0030]C、加足磺化浙青2-3%。
[0031](2)基浆调整好的基础上使其粘度稳定35-40秒，失水3_4ml，坂含40g / 1，开始加入KCL，第一循环周加入KCL饱和溶液1-2%并同时配加本发明溶液1_2%，以稳定粘度大幅度变化，若加入KCL溶液2%粘度变化不大，可采用加1%KCL干粉一周，并同时加入本发明溶液2%，在KCL加至3%后，粘度无大波动，可停加本发明溶液。可采用加本发明干粉一周，以降低HTHP失水，稳定性能。
[0032](3)在KCL加至3%，往往会出现泥浆粘度下降，可补加干粉CMC0.3-0.5%，提高泥浆护胶和稳定粘度的作用，必要时加超细碳酸钙粉3-5%或单向压力封堵剂0.5-1%稳定粘度，现场实验表明效果显著。
[0033](4)正常钻进时，配合加入本发明溶液(浓度5-10%)，每钻进100米，加磺化浙青200-500 公斤。
[0034](5) KCL含量降低，及时补充KCL，以保持KCL含量3_5%或5_7%，以保证泥浆性能稳定。[0035](6)失水增大，可加干粉本发明 0.5-1%,或加 NaPAN0.3-0.5%,加 CMC0.1-0.2%。
[0036]3、本发明现场试验取得的效果
(I)首次在新探区塘参一井试验新型处理剂本发明，简化了聚磺泥浆处理过程及处理剂的加量，替代了 PSC和SMP或SMC和SMP或SPNH和SMP，稳定了泥浆性能，满足了钻进复杂地层(石树沟、西山窑、三工呵、八道湾、二叠系、三叠系)的要求。顺利穿过1899-2627米的石炭质泥岩和煤夹层116米,并安全穿过二叠系和三叠系。全井泥衆性能稳定,未发生一次卡钻事故，为该井发现64米油气层起了重要作用，经济效益难以计算。
[0037](2 )在试验使用本发明的25 口井中，泥浆适应性强，均未发生一起井下卡钻事故。
[0038](3)在台参二井3683米井下出现极为复杂的情况下，经试验PSC-1I转化为钾基-聚磺泥浆，确保井下安全钻进，既是该井在3772米井下钻具断落的情况下，多次处理打捞钻具，历时长达65天，长期浸泡，井壁稳定，致使扩眼后打捞一次成功，中途电测一次成功。244毫米套管顺利下到井底，固井顺利。四开继续使用本发明维护钾基-聚磺泥浆，泥浆性能稳定，井下正常。目前已钻至井深4800米。充分显示了本发明在钾基一聚磺泥浆中的突出效果 。
【权利要求】
1.一种抗高温抗盐抗钙降失水钻井液处理剂，其特征在于两次磺化，第一次磺化各组成成分质量比为腐植酸钠:甲醛:苯酚:磺化剂=1650:35:30:100，第二次磺化各组成成分质量比为甲醛:苯酚:磺化剂=35:30:100，然后加入50kg红矾钠溶液(33%)发生氧化络合反应，这时反应条件温度120—130 °C，反应时间I小时，干燥后得到本处理剂成品。
2.根据权利要求1所述抗高温抗盐抗钙降失水钻井液处理剂的生产方法，其特征在于开始第一次磺化反应时，现将计量后的腐植酸钠加入反应釜中，然后通过搅拌器不断搅拌5-6小时，反应温度达到120—130° C，压力2.0—2.5kg/cm2 (表压)保持这个温度反应.2.5—3小时完成第一步磺化，然后开始降温使温度降至80-90 °C，依次加入甲醛，苯酚，磺化剂后开始升温达到120—130 °C继续反应2.5—3小时完成第二部磺化，然后加入50kg红矾钠溶液(33%)发生氧化络合反应，这时反应条件温度120-130 °C，反应时间I小时，干燥后得到本处理剂成品。
【文档编号】C08G8/28GK103710007SQ201310727593
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】高宝华 申请人:高宝华