一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂及其制备方法。


背景技术：

2.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。钻井液的滤失及滤饼的形成在钻井过程中钻井液的滤失是必然的，通过滤失可形成滤饼保护井壁。但是钻井液滤失量过大，易引起页岩膨胀和坍塌，造成井壁不稳定。此外，滤失量增大的同时滤饼增厚，使井径缩小，给旋转的钻具造成较大的扭矩，起下钻时引起抽汲和压力波动，易造成压差卡钻。因此，适当地控制滤失量是钻井液的重要性能之一。而且随着深井钻探的技术发展，井温越来越高，控制钻井液的滤失量更加重要。
3.降滤失剂是保证钻井液性能稳定的一类重要钻井液添加剂，通过减少钻井液滤液向地层侵入，降低泥页岩水化膨胀，达到稳定井壁，保证井径规则的目的。
4.随着钻井技术的提高，油气井越来越深，井底温度也越来越高，温度、压力的升高使钻井液的粘度、切力升高，触变性增强，流动性变差，滤失量增大，泥饼增厚等。钻井液在这样的状况下失水后会越来越稠，为了控制钻井液的稠度，需要加入钻井液降滤失剂以保证钻井工作正常进行，目前常用的降滤失剂在高温下会失效，耐盐性差，不能满足深井钻探的需要。
5.现有的单一的降滤失剂产品已经不能满足现有的钻井要求，只能采取增加降滤失剂的量和与其他的多种降滤失剂产品复配使用，增加了成本和产品类目。
6.因此，需要制备一种降滤失剂，降低钻井液的滤失量的同时，提高其耐盐性。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的是提供一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，将其加入到钻井液中，可以在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，这种滤饼结构致密，耐冲刷，而且摩阻系数小，从而可以大大降低钻井液的滤失量，同时，具有抗盐、抗污染的效果，适合应用于深井钻探。
8.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，包括以下重量份的原料：褐煤300～350份、氢氧化钠80～100份、氧化铜60～70份、水解聚丙烯腈铵盐120～150份、钻井液用磺甲基酚醛树脂(为水剂)400～450份、尿素20～30份、焦亚硫酸钠30～40份、硅油消泡剂10～15份、质量浓度为30-35％的甲醛水溶液100～120份、amps多元共聚物350～400份，水1800～2000份，所述褐煤以干基量进行添加。
9.优选的，所述褐煤中腐殖酸的含量为35％～45wt％，所述褐煤中水分的含量为15～25wt％。
10.优选的，所述钻井液用磺甲基酚醛树脂中磺甲基酚醛树脂与水的比例为40～45:50～55。
11.本发明的另一目的是提供一种所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：
12.(1)将褐煤粉碎至60目以下，用双锥混料机混合均匀待用；
13.(2)在水中按比例依次投入褐煤、氢氧化钠、氧化铜，搅拌均匀后放入反应釜中，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到100～110℃时保温，进行氧化反应2.5～3.5小时；反应结束后降温至80～90℃；
14.(3)在水中按比例依次加入水解聚丙烯晴铵盐、磺甲基酚醛树脂水剂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂，搅拌均匀后放入反应釜中，然后向反应釜中加入甲醛溶液，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到135～145℃时保温，进行合成反应5.5～6.5小时；
15.(4)步骤(3)所述合成反应结束后，降温至80～90℃，按比例向反应釜中加入amps多元共聚物，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到80～90℃时保温，进行复合反应0.8～1.2小时；
16.(5)步骤(4)所述复合反应结束后，得到钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂半成品，将所述半成品放入离心喷雾干燥塔进行干燥，得到所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂。
17.优选的，步骤(2)所述水与褐煤、氢氧化钠、氧化铜总质量的质量比为1000：400～550。
18.优选的，步骤(3)所述水与水解聚丙烯晴铵盐、钻井液用磺甲基酚醛树脂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂总质量的质量比为1000：550～700。
19.优选的，所述离心喷雾干燥塔的进风温度为280～300℃，出风温度为70～80℃。
20.优选的，步骤(5)所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂中的水分含量《18wt％。
21.更优选的，步骤(5)所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂中的水分含量为12.0～15wt％。
22.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，用作淡水泥浆(抗高温180℃)中，其加量为0.5～2.5％；用作盐水泥浆(抗高温180℃)泥浆中，其加量为2.5～5.5％左右。
23.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，原料中添加了amps多元共聚物，由自来水、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、巯基乙醇、过硫酸铵按照1200:400:400:48:56的质量比例进行合成反应制备而成，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)系丙烯酰胺衍生物，因其分子结构中具有不饱和双键乙烯基，并具有强阴离子性和亲水性官能团磺酸基。基团-so3h电荷密度大，水化性强，在负离子-so
3-中两个π键和三个强电负性氧原子共享一个负电荷，使-so
3-稳定，对外界阳离子的进攻不敏感，故含有amps多元共聚物的复合型降滤失剂有很好的抗盐性。抗盐性能越好，说明降滤失剂抵抗恶劣环境的能力就越强，进而说明该复合型降滤失剂应用范围更广。其次，amps多元共聚物作为一种阴离子聚合物，具有强水化能力，提高了聚合物表面的水化层，与褐煤、酚醛树脂、水解聚丙烯晴铵盐等复合作用下，提高了降滤失剂的热裂解能力，故该复合型降滤失剂在180℃高温下仍能保持良好
的降滤失性能。
24.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂中，含有两种基团。一种是能与黏土发生吸附的基团，如-cooh、-conh2、-oh等，另一种就是能强烈水化的极性基团，如-coo-、-so
3-等。该复合型降滤失剂在黏土表面吸附的结果，给黏土颗粒带来吸附水化层，使得黏土颗粒不易相互接触而黏结。同时，黏土细颗粒吸附到高分子降滤失剂的分子链上，阻碍了粒子的直线运动，使它们不易相互接触而黏结。而且，每个吸附黏土细颗粒的降滤失剂大分子链与细黏土颗粒之间形成桥联，形成布满整个钻井液体系的网状结构，起到空间位置稳定作用。另外，含有amps多元共聚物的复合型降滤失剂中的-cooh、-coona等电离后是带负电荷的基团，吸附黏土细颗粒后，增加了表面的负电性，提高了黏土胶粒的电动电位(又称为zeta电位)，黏土颗粒之间静电斥力增大，不易发生相互聚结。所以，添加了该复合型降滤失剂后的钻井液中细颗粒能保持聚结稳定性，保持多级分散，形成柔韧、薄而致密的滤饼，降低滤失量。
25.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂中添加了褐煤。褐煤是一种煤化程度最低的风化煤。褐煤水分大，挥发成分高，含腐植酸。腐殖酸的化学结构十分复杂，一般认为它是由几个相似的结构单元组成的大复合体，每个结构单元又由核、桥键和活性基团组成，其主要官能团有羧基、羰基、羟基、甲氧基和醚键等。腐殖酸分子的亲水性、络合能力以及吸附分散能力都较强。由于腐殖酸分子的基本骨架是碳链和芳环结构，进行氧化合成反应后的腐殖酸有很好的热稳定性，可以防止产品高温增稠；对腐植酸的羟基进行酚醛缩聚达到增加其分子量以提高其抗温能力；对腐植酸进行磺甲基酚醛树脂枝接合成，可以提高抗温抗盐能力；腐植酸和水解聚丙烯晴铵盐复合可以提高抗温能力。
26.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂中添加了磺甲基酚醛树脂。磺甲基酚醛树脂分子主链中含有苯环，热稳定性好，在钻井液中抗温能力强，同时其主要水化基团磺酸基团对盐的敏感性弱，因此，复合型降滤失剂的抗盐污染能力高。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明提供了一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，采用褐煤经氧化处理及化学改性而成。以褐煤、氢氧化钠、氧化铜、水解聚丙烯腈铵盐、磺甲基酚醛树脂水剂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂、甲醛溶液、amps多元共聚物、水为原料，保证了产品的最大溶解度、纯度和总效力。能有效地抑制黏土在高温下的分散，改善泥浆的高温稳定性，降低泥浆的api和hthp滤失。本发明钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂的钻井液具有良好的抗盐、抗污染、抗高温和降滤失性能，钻井液流变性能稳定，高温高压滤失量小，钻井液护壁效果好。
29.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，能够显著提高钻井液的的降滤失率和降粘率、提高钻井液的高温稳定性。能够保证在高盐和高温环境下，在180℃时，全部指标都能达到钻井液性能指标要求。在约260℃时仍具有很好的降滤失效果和抗盐、抗污染，适合应用于深井钻探。
30.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，可以在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，这种滤饼结构致密，耐冲刷，而且摩阻系数小，从而可以大大降低钻井液的滤失量。
31.本发明制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，可直接应用于各种淡水、盐水、饱和盐水钻井液体系中，均具有显著的降滤失作用，抗高温、抗盐、抗钙离子污染能力强。而
且配伍性好，可与多种处理剂配合使用。
附图说明
32.图1为本发明钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂制备工艺流程示意图。
具体实施方式
33.下面结合实施例对本发明作进一步说明。
34.本发明提供了一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，包括以下重量份的原料：褐煤300～350份、氢氧化钠80～100份、氧化铜60～70份、水解聚丙烯腈铵盐120～150份、钻井液用磺甲基酚醛树脂400～450份、尿素20～30份、焦亚硫酸钠30～40份、硅油消泡剂10～15份、质量浓度为30％的甲醛水溶液100～120份、amps多元共聚物350～400份，水1800～2000份，所述褐煤以干基量进行添加。
35.在本发明的实施例中，所述氧化铜的纯度为98％。
36.在本发明的实施例中，所述褐煤中腐殖酸的含量为41.7wt％，所述褐煤中水分的含量为17.8wt％。
37.在本发明的实施例中，所述磺甲基酚醛树脂水剂中磺甲基酚醛树脂与水的比例为45:55。
38.所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)将褐煤粉碎至60目以下，用双锥混料机混合均匀待用；
40.(2)在水中按比例依次投入褐煤、氢氧化钠、氧化铜，搅拌均匀后放入反应釜中，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到100～110℃时保温，进行氧化反应2.5～3.5小时；反应结束后降温至80～90℃；
41.(3)在水中按比例依次加入水解聚丙烯晴铵盐、磺甲基酚醛树脂水剂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂，搅拌均匀后放入反应釜中，然后向反应釜中加入甲醛溶液，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到135～145℃时保温，进行合成反应5.5～6.5小时；
42.(4)步骤(3)所述合成反应结束后，降温至80～90℃，按比例向反应釜中加入amps多元共聚物，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到80～90℃时保温，进行复合反应0.8～1.2小时；
43.(5)步骤(4)所述复合反应结束后，得到钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂半成品，将所述半成品放入离心喷雾干燥塔进行干燥，得到所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂。
44.在本发明的实施例中，步骤(2)所述水与褐煤、氢氧化钠、氧化铜总质量的质量比为1000：400～550。
45.在本发明的实施例中，步骤(3)所述水与水解聚丙烯晴铵盐、磺甲基酚醛树脂水剂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂总质量的质量比为1000：550～700。
46.在本发明的实施例中，所述离心喷雾干燥塔的进风温度为280～300℃，出风温度为70～80℃。
47.在本发明的实施例中，步骤(5)所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂中的水分含量为12.0～15wt％。
48.上述步骤反应结束后，均需进行中间质量控制以及质量检测。本发明钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂制备工艺流程示意图如图1。
49.实施例1
50.一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，由以下原料组成：褐煤300kg、氢氧化钠80kg、氧化铜60kg、水解聚丙烯腈铵盐120kg、钻井液用磺甲基酚醛树脂400kg、尿素20kg、焦亚硫酸钠30kg、硅油消泡剂10kg、甲醛溶液100kg、amps多元共聚物350kg，水2000kg，所述褐煤以干基量进行添加。
51.所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂的制备方法，步骤如下：
52.(1)将褐煤粉碎至60目以下，用双锥混料机混合均匀待用；
53.(2)在1000kg水中按比例依次投入褐煤、氢氧化钠、氧化铜，搅拌均匀后放入反应釜中，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到105℃时停止加热，并保温，进行氧化反应3小时；反应结束后降温至80℃；
54.(3)在1000kg水中按比例依次加入水解聚丙烯晴铵盐、钻井液用磺甲基酚醛树脂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂，搅拌均匀后放入反应釜中，然后向反应釜中加入甲醛溶液，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到140℃时停止加热，并保温进行合成反应6小时；
55.(4)步骤(3)所述合成反应结束后，降温至80℃，按比例向反应釜中加入amps多元共聚物，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到85℃时停止加热，并保温，进行复合反应1小时；
56.(5)步骤(4)所述复合反应结束后，得到钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂半成品，将所述半成品放入离心喷雾干燥塔进行干燥，得到所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂；所述离心喷雾干燥塔的进风温度控制为280℃，出风温度为70℃。
57.实施例2
58.一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，由以下原料组成：褐煤350kg、氢氧化钠100kg、氧化铜70kg、水解聚丙烯腈铵盐150kg、钻井液用磺甲基酚醛树脂450kg、尿素30kg、焦亚硫酸钠40kg、硅油消泡剂15kg、甲醛溶液120kg、amps多元共聚物400kg，水2000kg，所述褐煤以干基量进行添加。
59.所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂的制备方法，步骤如下：
60.(1)将褐煤粉碎至60目以下，用双锥混料机混合均匀待用；
61.(2)在1000kg水中按比例依次投入褐煤、氢氧化钠、氧化铜，搅拌均匀后放入反应釜中，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到105℃时停止加热，并保温，进行氧化反应3小时；反应结束后降温至90℃；
62.(3)在1000kg水中按比例依次加入水解聚丙烯晴铵盐、钻井液用磺甲基酚醛树脂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂，搅拌均匀后放入反应釜中，然后向反应釜中加入甲醛溶液，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到140℃时停止加热，并保温进行合成反应6小时；
63.(4)步骤(3)所述合成反应结束后，降温至90℃，按比例向反应釜中加入amps多元共聚物，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到85℃时停止加热，并保温，进行复合反应1小时；
64.(5)步骤(4)所述复合反应结束后，得到钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂半成品，将所述半成品放入离心喷雾干燥塔进行干燥，得到所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂；所述离心喷雾干燥塔的进风温度控制为300℃，出风温度为80℃。
65.实施例3
66.一种钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，由以下原料组成：褐煤330kg、氢氧化钠90kg、氧化铜65kg、水解聚丙烯腈铵盐130kg、钻井液用磺甲基酚醛树脂425kg、尿素25kg、焦亚硫酸钠35kg、硅油消泡剂12kg、甲醛溶液110kg、amps多元共聚物380kg，水2000kg，所述褐煤以干基量进行添加。
67.所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂的制备方法，步骤如下：
68.(1)将褐煤粉碎至60目以下，用双锥混料机混合均匀待用；
69.(2)在1000kg水中按比例依次投入褐煤、氢氧化钠、氧化铜，搅拌均匀后放入反应釜中，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到105℃时停止加热，并保温，进行氧化反应3小时；反应结束后降温至85℃；
70.(3)在1000kg水中按比例依次加入水解聚丙烯晴铵盐、钻井液用磺甲基酚醛树脂、尿素、焦亚硫酸钠、硅油消泡剂，搅拌均匀后放入反应釜中，然后向反应釜中加入甲醛溶液，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到140℃时停止加热，并保温进行合成反应6小时；
71.(4)步骤(3)所述合成反应结束后，降温至85℃，按比例向反应釜中加入amps多元共聚物，开启蒸汽对反应釜内的物料进行升温，温度达到85℃时停止加热，并保温，进行复合反应1小时；
72.(5)步骤(4)所述复合反应结束后，得到钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂半成品，将所述半成品放入离心喷雾干燥塔进行干燥，得到所述钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂；所述离心喷雾干燥塔的进风温度控制为290℃，出风温度为75℃。
73.采用实施例1～3制备的钻井液用抗盐抗温复合型降滤失剂，分别在不同的浆液中，不同的温度、压力条件下进行性能测试，测试方法如下：
74.1、基浆配置：在盛有350ml蒸馏水的样品杯中，加入0.79g(称准至0.01g)无水碳酸钠和22.5g(称准至0.01g)钻井液实验配浆用膨润土，高速搅拌20min，其间至少应中断两次以刮下黏附在杯壁上的样品，在25℃
±
1℃下密闭养护24h，作为基浆。
75.2、淡水浆钻井液性能测试：
76.(1)、取基浆350ml加入10.5g(称准至0.01g)本降滤失剂，高速搅拌20min，其间应中断两次以刮下黏附在杯壁上的样品。
77.(2)、将上述浆液转入高温罐中，在180℃下热滚16h。
78.(3)、取出高温罐，冷却至室温后打开，倒入搅拌杯中，高速搅拌5min，测试24℃
±
3℃下的表观黏度，api【24℃
±
3℃，0.69mpa】滤失量和高温高压hthp【150℃，3.45mpa】滤失量。
79.3、150g/l氯化钠污染浆钻井液性能测试：
80.(1)、取基浆350ml加入17.5g(称准至0.01g)本降滤失剂，高速搅拌20min，其间应中断两次以刮下黏附在杯壁上的样品，再加入52.5g(称准至0.01g)氯化钠，高速搅拌10min，加入20％氢氧化钠溶液2ml调节ph。
81.(2)、将上述浆液转入高温罐中，在180℃下热滚16h。
82.(3)、取出高温罐，冷却至室温后打开，倒入搅拌杯中，高速搅拌5min，测试24℃
±
3℃下的表观黏度，api【24℃
±
3℃，0.69mpa】滤失量和高温高压hthp【150℃，3.45mpa】滤失量。
83.结果如表1：
84.表1
[0085][0086]
说明：表中的项目和标准指标是引用的“中华人民共和国石油天然气行业标准sy/t5679-2017”。
[0087]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。