一种环保水基钻井液用降滤失剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种环保水基钻井液用降滤失剂及其制备方法，属于石油钻井领域。


背景技术：

2.环保钻井液的研究已经持续了几十年，但其发展却不如人意，尤其是天然高分子材料的改性及其应用尚需进一步研究。在天然高分子材料作为钻井液处理剂的应用中，最关键的问题是抗温性能以及耐用性的提高，现有天然高分子类改性钻井液处理剂的抗温性能一般低于140℃。因此，抗高温天然高分子类改性钻井液处理剂研发显得尤为重要。
3.钻井液降滤失剂的主要作用是降低钻井液体系的滤失量，改善钻井液体系的滤失性能，钻井液的滤失性能是钻井液的一项最基本性能，常用常温常压滤失量和高温高压滤失量来描述。钻井过程中，钻井液体系的滤失量越低，其对地层的外来流体污染就越低，相应的，对储层的伤害越低。同时，滤失量的改变会影响钻井液体系的流变性能。因此，钻井液体系滤失量控制需要重点关注。目前，水基钻井液体系中，常用的钻井液降滤失剂有天然高分子改性类、合成聚合物类等，但天然高分子类处理剂抗温性能差，环保性能较好，合成聚合物类处理剂生物降解性能差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种环保水基钻井液用降滤失剂，解决了天然高分子类降滤失剂抗温性能差，对钻井液流变性能影响大，以及聚合物类降滤失剂环保性能差的缺陷。
5.为达到上述目的，本发明的环保水基钻井液用降滤失剂通过如下技术方案实现：
6.一种环保水基钻井液用降滤失剂，由以下原料制成：硅藻土、淀粉、烯基单体、偶联剂、交联剂、引发剂；
7.以质量份计，硅藻土含量为0.2-3.0份，淀粉含量为2-10份，烯基单体含量为0.2-3.0份，偶联剂含量为6.5份，交联剂含量为0.05-1.0份，引发剂含量为0.02-0.25份；
8.所述硅藻土可为硅藻土、板状硅藻土、蛋白土、放射虫岩、海绵岩中的一种或两种以上的混合物，优选的，所述硅藻土为纯度》90％的硅藻土；
9.所述淀粉可为绿豆淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉、荸荠淀粉中的一种或两种及两种以上的混合物；
10.所述烯基单体可为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯中的一种或两种及两种以上的混合物；
11.所述偶联剂可为硅烷偶联剂kh-570；
12.所述交联剂可为n，n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺；
13.所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、硝酸铈铵、偶氮二异丁腈中的一种或两种及两种以上的混合物，优选的，所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠的混合物，混合物中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1。
14.上述环保水基钻井液用降滤失剂通过包括如下步骤的方法制备得到：
15.(1)硅藻土改性
16.a)在无水乙醇中加入硅藻土，超声处理，得到悬浮液a；
17.b)在试液中加入硅烷偶联剂，调节ph至4，磁力搅拌，得到悬浮液b；
18.c)将步骤a)中制得的悬浮液a倒入烧瓶中，搅拌，通入n2，设定温度为75℃；
19.d)当悬浮液a温度升至75℃时，加入步骤b)制得的悬浮液b，反应；
20.e)将所得产物用乙醇清洗得到一级产物；
21.(2)降滤失剂制备
22.a)取淀粉溶于去离子水中，糊化，冷却至室温；
23.b)另一烧杯称取司班60和吐温60，加入到液体石蜡中，加热使其溶解；
24.c)将步骤a)和步骤b)溶液混合，升温到一定温度并搅拌1h后，加入一级产物，搅拌10min后加入引发剂的1/3，并反应30min；
25.d)加入交联剂、并加入引发剂的1/3，反应10min后，加入ph值已调至9的烯基单体，搅拌10min后加入引发剂的1/3；
26.e)反应一定时间，反应结束后，将反应体系离心，收集固体，用乙醇清洗，真空干燥，得到降滤失剂。
27.步骤(1)a)中，所述硅藻土为硅藻土、板状硅藻土、蛋白土、放射虫岩、海绵岩中的一种或两种以上混合，优选的，所述硅藻土为纯度》90％的硅藻土，其在反应中的质量份数可为0.2-3.0份；
28.步骤(1)a)中，所述无水乙醇的体积可为200-250ml，所述超声处理可在超声波细胞粉碎机中进行；
29.步骤(1)b)中，所述试液可为体积比9：1的乙醇与去离子水的混合液；
30.所述试液的体积可为10-25ml，所述硅烷偶联剂具体可为kh-570，所述硅烷偶联剂的质量份数为6.5份；
31.步骤(1)d)中，反应时间可为1-4h，具体可为3h；
32.步骤(2)a)中，所述淀粉为绿豆淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉，荸荠淀粉中的一种或两种及两种以上的混合物，所述淀粉在反应中的质量份数可为2-10份；
33.步骤(2)a)中所述去离子水的体积可为100ml；
34.所述糊化的温度可为65-85℃，具体可为80℃，时间可为10-40min，具体可为30min；
35.步骤(2)b)中，司班60的质量份数可为0.5-10份；吐温60的质量份数可为0.5-5份；司班60与吐温60的质量比可为3：1-6：1，具体可为6：1、4:1、5:1或3:1，
36.液体石蜡的体积可为150-250ml；
37.步骤(2)c)中，一级产物的加量为0.15-1.0质量份，所述反应的温度可为40-65℃，具体可为50℃；
38.所述烯基单体为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯中的一种或两种及两种以上的混合物，具体可为：丙烯酸和丙烯酸甲酯等质量的混合物；其在反应中的质量份数可为0.2-3.0份；
39.所述交联剂为n，n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，其在反应中的质量份数可为0.05-1.0份；
40.所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、硝酸铈铵、偶氮二异丁腈中的一种或两种以上的混合物，优选的，所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠的混合物，混合物中过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1；引发剂的加量为0.02-0.25质量份；
41.步骤(2)e)中，所述反应的时间可为1-5h，具体可为3h。
42.上述降滤失剂作为钻井液处理剂的应用也属于本发明的保护范围。
43.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
44.(1)本发明所述降滤失剂在降低环保水基钻井液滤失量的同时，不会使体系的表观粘度和塑性粘度发生明显变化，即，对钻井液流变性能影响较小。
45.(2)硅藻土、淀粉等原材料来源广泛，价格低廉，同时，与聚合物类降滤失剂相比，具有可再生、环保性能好的优点。
46.(3)本发明所述降滤失剂抗温性能与现有淀粉类降滤失剂相比有大幅提升，抗温可达165℃。
具体实施方式
47.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
48.下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
49.实施例1-4用于说明本发明提供的环保水基钻井液用降滤失剂的制备方法。
50.实施例1、
51.在225ml无水乙醇加入2g硅藻土，搅拌均匀后放入超声波细胞粉碎机中超声30min，得到悬浮液a。在20ml试液(乙醇：去离子水＝9：1，体积比)中加入6.5g硅烷偶联剂kh-570，使用乙酸滴定使其ph＝4，磁力搅拌30min，得到悬浮液b。将制得的悬浮液a倒入四口烧瓶中，搅拌，通入n2，设定温度为75℃。当悬浮液a温度升至75℃时，将悬浮液b缓慢滴加入四口烧瓶，反应3h，将产物用乙醇清洗三次得到一级产物。取8g玉米淀粉，溶于100ml去离子水中80℃下糊化30min，冷却至室温，得到混合液c，另一烧杯称取6g司班60和2g吐温60，加入到250ml液体石蜡中，50℃加热使其溶解，得到混合液d。混合液c和d混合，升温到45℃，搅拌1h后，加入1g一级产物，搅拌10分钟后加入0.05g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，并反应30min，加入0.4g交联剂(n，n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺)、并加入0.05g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，反应10min后，加入1g调节ph至9的丙烯酸和丙烯酸甲酯等质量混合物，搅拌10min后加入0.05g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，50℃反应3h，5000r/min离心，收集固体，乙醇反复清洗，40℃真空干燥即可得到降滤失剂。
52.实施例2、
53.在225ml无水乙醇加入3g硅藻土，搅拌均匀后放入超声波细胞粉碎机中超声30min，得到悬浮液a。在20ml试液(乙醇：去离子水＝9：1，体积比)中加入6.5g硅烷偶联剂kh-570，使用乙酸滴定使其ph＝4，磁力搅拌30min，得到悬浮液b。将制得的悬浮液a倒入四口烧瓶中，搅拌，通入n2，设定温度为75℃。当悬浮液a温度升至75℃时，将悬浮液b缓慢滴加入四口烧瓶，反应3h，将产物用乙醇清洗三次得到一级产物。取6g淀粉(玉米淀粉和马铃薯淀粉质量比1：1)，溶于100ml去离子水中80℃下糊化30min，冷却至室温，得到混合液c，另一烧杯称取6g司班60和1g吐温60，加入到250ml液体石蜡中，50℃加热使其溶解，得到混合液
d。混合液c和d混合，搅拌1h后，加入0.5g一级产物，搅拌10分钟后加入0.02g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，并反应30min，加入1g交联剂(n，n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺)、并加入0.02g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，反应10min后，加入2g调节ph至9的丙烯酸和丙烯酰胺等质量比的混合物，搅拌10min后加入0.02g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，60℃反应3h，5000r/min离心，收集固体，乙醇反复清洗，40℃真空干燥即可得到降滤失剂。
54.实施例3、
55.在225ml无水乙醇加入0.5g硅藻土，搅拌均匀后放入超声波细胞粉碎机中超声30min，得到悬浮液a。在20ml试液(乙醇：去离子水＝9：1，体积比)中加入6.5g硅烷偶联剂kh-570，使用乙酸滴定使其ph＝4，磁力搅拌30min，得到悬浮液b。将制得的悬浮液a倒入四口烧瓶中，搅拌，通入n2，设定温度为75℃。当悬浮液a温度升至75℃时，将悬浮液b缓慢滴加入四口烧瓶，反应3h，将产物用乙醇清洗三次得到一级产物。取10g玉米淀粉，溶于100ml去离子水中80℃下糊化30min，冷却至室温，得到混合液c，另一烧杯称取4g司班60和1g吐温60，加入到250ml液体石蜡中，50℃加热使其溶解，得到混合液d。混合液c和d混合，搅拌1h后，加入0.5g一级产物，搅拌10分钟后加入0.01g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，并反应30min，加入0.05g交联剂、并加入0.01g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，反应10min后，加入3g调节ph至9的甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸等质量比的混合物，搅拌10min后加入0.01g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，45℃反应3h，5000r/min离心，收集固体，乙醇反复清洗，40℃真空干燥即可得到降滤失剂。
56.实施例4、
57.在225ml无水乙醇加入2g硅藻土，搅拌均匀后放入超声波细胞粉碎机中超声30min，得到悬浮液a。在20ml试液(乙醇：去离子水＝9：1，体积比)中加入6.5g硅烷偶联剂kh-570，使用乙酸滴定使其ph＝4，磁力搅拌30min，得到悬浮液b。将制得的悬浮液a倒入四口烧瓶中，搅拌，通入n2，设定温度为75℃。当悬浮液a温度升至75℃时，将悬浮液b缓慢滴加入四口烧瓶，反应3h，将产物用乙醇清洗三次得到一级产物。取4.5g玉米淀粉，溶于100ml去离子水中80℃下糊化30min，冷却至室温，得到混合液c，另一烧杯称取5g司班60和1g吐温60，加入到250ml液体石蜡中，50℃加热使其溶解，得到混合液d。混合液c和d混合，搅拌1h后，加入0.15g一级产物，搅拌10分钟后加入0.03g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，并反应30min，加入0.2g交联剂、并加入0.03g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，反应10min后，加入0.2g调节ph至9的烯基单体混合物(丙烯酸羟乙酯和丙烯酸1：1质量比)，搅拌10min后加入0.03g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，65℃反应3h，5000r/min离心，收集固体，乙醇反复清洗，40℃真空干燥即可得到降滤失剂。
58.对比例3、
59.在225ml无水乙醇加入2g硅藻土，搅拌均匀后放入超声波细胞粉碎机中超声30min，得到悬浮液a。在20ml试液(乙醇：去离子水＝9：1，体积比)中加入6.5g硅烷偶联剂kh-570，使用乙酸滴定使其ph＝4，磁力搅拌30min，得到悬浮液b。将制得的悬浮液a倒入四
口烧瓶中，搅拌，通入n2，设定温度为75℃。当悬浮液a温度升至75℃时，将悬浮液b缓慢滴加入四口烧瓶，反应3h，将产物用乙醇清洗三次得到一级产物。取8g玉米淀粉，溶于100ml去离子水中80℃下糊化30min，冷却至室温，得到混合液c，另一烧杯称取6g司班60和2g吐温60，加入到250ml液体石蜡中，50℃加热使其溶解，得到混合液d。混合液c和d混合，升温到45℃，搅拌1h后，加入1g一级产物，搅拌10分钟后加入0.15g过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物(过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为1:1)，并反应30min，加入0.4g交联剂(n，n
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亚甲基双丙烯酰胺)，反应10min后，加入1g调节ph至9的丙烯酸和丙烯酸甲酯等质量比例混合物，50℃反应3h，5000r/min离心，收集固体，乙醇反复清洗，40℃真空干燥即可得到降滤失剂。
60.实施例1-4用于说明本发明提供的环保钻井液降滤失剂在钻井液基浆中的改善滤失性能且对钻井液流变性能影响小的效果。
61.基浆的配制：在500ml清水中加入0.5g碳酸钠和20g钻井液用钠基膨润土，10000r/min下搅拌30min后密封静置24h，得到充分预水化的4％的膨润土基浆。
62.实验浆的配制：在4％的膨润土基浆中分别加入1％重量份的实施例1-4中的环保水基钻井液降滤失剂，6000r/min搅拌30min后，将实验浆放入老化罐中，165℃下热滚16h，热滚后待实验浆冷却至室温，6000r/min搅拌30min获得待测实验浆。
63.实验浆流变性能测试：根据gb/t16783.1-2014《水基钻井液现场测试程序》的测试方法，选用六速旋转粘度计测试待测实验浆的和的读数，通过计算得到实验浆的表观粘度av、塑性粘度pv和动切力yp，并计算动塑比yp/pv，通过常温中压滤失量测定仪测试实验浆的api滤失量fl
api
，测试结果见表1。
64.对比例1：将基浆作为对比例1。
65.表1实施例1-4和对比例1的浆体的流变性能
[0066][0067][0068]
从表1实验结果可知，在钠基膨润土基浆中加入实施例1-4的降滤失剂前后，实验浆的表观粘度和塑性粘度变化较小，滤失量得到较大幅度的降低。实施例1-4与对比例1比较可以看出，各制备例样品均具有较好的降滤失作用。对比例2中，由于cms抗温性能较差，低于165℃，因此，165℃热滚16h后失效，表现为滤失量较大，本发明所述降滤失剂抗温达165℃，热滚后滤失量仍较低，且对基浆流变性能影响小。对比例3中，由于引发剂一次加入，导致反应过快，改性降滤失剂的分子量较大，对基浆的流变性能影响大。
[0069]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变形，包括各个技术特征以任何其
它合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。