一种沥青基钻井液用降滤失剂及其制备方法与流程

本发明属于新材料，具体涉及一种沥青基钻井液用降滤失剂及其制备方法。

背景技术：

1、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。

2、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。显然，钻井液的滤失量与地层渗透率密切相关。但钻井液发生滤失的同时就有滤饼形成，钻井液再发生滤失时，必须经过已经形成的滤饼。因此，决定滤失量大小的主要因素是滤饼的渗透率。如何形成低渗透率的高质量滤饼，阻止钻井液的进一步滤失，是钻井液配制中要考虑的主要问题之一。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提供一种沥青基钻井液用降滤失剂及其制备方法，以解决现有降滤失剂降滤失效果差、容易造成卡钻的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，提供一种沥青基钻井液用降滤失剂，包括以下质量份的组分：

3、改性沥青80~100份，白油35~50份，改性木质素20~30份和聚丙烯酰胺10~30份；

4、改性沥青经过以下步骤制得：

5、s1：将多羟基化合物配制成溶液，并向所得溶液中加入表面活性剂和乳化剂，得改性液；

6、s2：将沥青加热至熔融状态，然后在剪切条件下将改性液混入熔融沥青中，加料完毕后继续剪切20~30min，得基料；

7、s3：将基料在70~80℃下加热至重量不再变化，即得；

8、改性木质素经过以下步骤制得：

9、(1)将木质素溶于溶剂中，得木质素溶液；

10、(2)将木质素溶液与氰基酸混合，然后向混合物中加hpw/sio2催化剂，于85~110℃下反应10~15h；

11、(3)用碱液将反应后物料的ph调节至8~10，再过滤、清洗、干燥，即得。

12、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

13、进一步，沥青基钻井液用降滤失剂，包括以下质量份的组分：

14、改性沥青90份，白油45份，改性木质素25份和聚丙烯酰胺20份。

15、本发明采取上述技术方案的有益效果是：本发明以改性沥青和改性木质素作为降滤失剂的组分。其中，改性沥青所采用的改性剂为多羟基化合物，通过多羟基化合物的改性可以向沥青中引入大量的羟基，从而改善沥青的亲水性能，最终所得降滤失剂能够有效分散于钻井液中，发挥出更好的降滤失作用；另外，亲水改性后的沥青能够有效“锁住”水分，避免钻井过程中水分大量滤失，能够有效控制井壁滤饼的厚度，减少卡钻问题的发生。

16、本发明中的改性木质素是在木质素中引入了羧酸钠基团，在钻井过程中，羧酸钠很容易解离出负电基团，所解离出的负电基团一方面可吸附在钻井液中的粘土颗粒表面，形成吸附层，以阻止粘土颗粒絮凝变大；另一方面能把钻井液循环搅拌作用下所拆散的细颗粒通过吸附稳定下来，不再粘结成大颗粒，从而保证钻井液中有足够量的细颗粒比例，进而使钻井液能形成薄而致密的滤饼，降低滤失量。另外，木质素本身不仅具有较多的孔隙，而且表面具有多种官能团，多孔结构能够通过筛选作用阻止微小颗粒的聚集，表面的官能团则能够与微小颗粒表面的电荷相互作用，调节颗粒表面的电荷密度，从而影响颗粒之间的吸引力和排斥力，减少颗粒的聚集。因此，本发明通过向降滤失剂中添加改性木质素，可以有效解决钻井液中细小颗粒容易发生聚集的问题，从而使钻井液能形成薄而致密的滤饼，降低滤失量。

17、本发明的降滤失剂中还添加有聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺能够改善钻井体系的粘度，而钻井液的滤失量与钻井体系粘度的二分之一次方成反比，则提升粘度会降低钻井液的滤失量。另外，白油、表面活性剂具有较好的摩擦还原能力，可以在金属、岩石和粘土薄膜形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触(或水膜接触)产生的固-固摩擦转变为覆膜之间的摩擦，从而使钻柱与岩石之间的摩阻力大大降低，即聚丙烯酰胺能够在钻头和井壁之间形成润滑膜，减少钻头的磨损和摩擦系数，从而提高钻井效率。

18、进一步，多羟基化合物为甘油、季戊四醇、山梨醇和木糖醇中的至少一种。

19、进一步，改性液中多羟基化合物的浓度为10~15wt%；表面活性剂、乳化剂与多羟基化合物的质量之比为0.1~0.3:0.3~0.5:1。

20、进一步，表面活性剂为聚乙二醇或聚氧乙烯-21硬脂醇醚；乳化剂为十二烷基二甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵。

21、进一步，s2中剪切速率为600~800r/min。

22、进一步，步骤(1)中溶剂为丙酮、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺或二甲亚砜；步骤(3)中碱液为浓度为0.5~1mol/l的氢氧化钠溶液。

23、进一步，氰基酸为氰乙酸、3-氰基丙酸或4-氰基丁酸。

24、进一步，氰基酸与木质素的摩尔比为2~3:1。

25、本发明还公开了上述沥青基钻井液用降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

26、（1）将改性沥青和白油加入到反应釜中，于100~110℃下搅拌反应45~60min，得基料；

27、（2）将聚丙烯酰胺加入到基料中，并升温至115~125℃，继续搅拌反应30~45min；

28、（3）将反应后的物料降温至70~80℃，然后加入改性木质素，保温搅拌15~30min，再降温至室温，即得。

29、本发明的有益效果是：本发明中的沥青基钻井液用降滤失剂在石油钻井工作中与水基钻井液配合使用，能够有效降低水基钻井液的滤失量，并能防止钻头卡钻。所得产品是一种黑色胶体，不挥发、不燃烧、常温下很稳定，易溶于水，体系呈弱碱性。与其它泥浆处理剂配伍性好，可用于聚合物泥浆体系及钾钙基聚磺泥浆体系和有机盐钻井液体系；在泥浆中分散性好，对地层封堵胶结能力强，在重泥浆中使用不会增加体系的粘性切应力，对流变性无不良影响，特别是在超高密度泥浆中效果更为突出。

技术特征：

1.一种沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于，包括以下质量份的组分：

2.根据权利要求1所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于，包括以下质量份的组分：

3.根据权利要求1所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述多羟基化合物为甘油、季戊四醇、山梨醇和木糖醇中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述改性液中多羟基化合物的浓度为10~15wt%；所述表面活性剂、乳化剂与多羟基化合物的质量之比为0.1~0.3:0.3~0.5:1。

5.根据权利要求1所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述表面活性剂为聚乙二醇或聚氧乙烯-21硬脂醇醚；所述乳化剂为十二烷基二甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵。

6.根据权利要求1所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：s2中剪切速率为600~800r/min。

7.根据权利要求1所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：步骤(1)中所述溶剂为丙酮、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺或二甲亚砜；步骤(3)中所述碱液为浓度为0.5~1mol/l的氢氧化钠溶液。

8.根据权利要求1所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述氰基酸为氰乙酸、3-氰基丙酸或4-氰基丁酸。

9.根据权利要求7所述的沥青基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述氰基酸与木质素的摩尔比为2~3:1。

10.权利要求1~9任一项所述的沥青基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种沥青基钻井液用降滤失剂及其制备方法，属于新材料技术领域。降滤失剂包括改性沥青、白油、改性木质素和聚丙烯酰胺等原料；其中改性沥青为亲水改性后的沥青，改性木质素为在木质素结构中引入羧基钠基团。本发明中的沥青基钻井液用降滤失剂与水基钻井液配合使用，能够有效降低水基钻井液的滤失量，并能防止钻头卡钻。所得产品是一种黑色胶体，不挥发、不燃烧、常温下很稳定，易溶于水，体系呈弱碱性。与其它泥浆处理剂配伍性好，可用于聚合物泥浆体系及钾钙基聚磺泥浆体系和有机盐钻井液体系；在泥浆中分散性好，对地层封堵胶结能力强，在重泥浆中使用时对流变性无不良影响，特别是在超高密度泥浆中效果更为突出。

技术研发人员：王勇,火昌盛,王海洋,刘艳萍
受保护的技术使用者：克拉玛依市义恩技术服务有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27