专利名称:钻井液的分散剂以及含分散剂的钻井液的制作方法
本发明是关于用丙烯酸共聚物作为含水钻井泥浆的分散剂。
本发明也包括含分散剂的钻井泥浆，这些泥浆特别适合于中等的和深度的钻井，在这种区域或区段钻井所碰到的困难有地热、固体物、以及对环境有害的有毒物质等因素。
大家知道，石油和天然气的钻井是用旋转钻井方法，所用的液体的作用是保证工作面上形成的挖方能够提升。这种液体在压力下从钻柱轴引入，穿过钻头顶部而后上升，进入由上述的钻柱和钻孔二者所限定的环形空间中。液体同时还保证了钻头顶部的冷却、油井壁的密封、并通过流体静压力保持内部压力的平衡。
含水钻井液或钻井泥浆通常是一种包含不同物质的含水悬浮液，所含的物质用来提供某些物理的和化学的特性。
这些物质是
-增粘剂选择不溶于水的膨润土，在水中的电介质的作用下可与一种或几种增粘聚合物结合;
-分散剂或稀释剂;
-也可以有一种泥浆滤的还原剂，如低分子量的羧甲基纤维素或者淀粉;
-也可以有一种增重剂，如重晶石。
水可以是软水、海水、或卤水。
专业人员所关心的主要问题之一，是如何在整个钻井循环过程和必要的循环停止过程中构成一个流变特性稳定的系统(粘度-切力屈服点-触变性)。随着钻井的进行和挖方提升的递增，由于粘土颗粒的絮凝或聚集，高含量的固体污染物使粘度增大，循环系统中的压力则变得更高。
为了降低粘度，或者是为了至少限制粘度的增大并抑制粘土的絮凝，在钻井液中加入了减粘剂(分散剂或稀释剂)。
在油井内，随着钻井深度的增加，可能会遇到相当高的温度。因而，添加物具有足够的热稳定性是十分必要的。从节约的原则出发，显然希望加入低剂量的添加物能同样有效。
作为钻井泥浆的分散剂的多磷酸盐，由于当温度超过70℃时便不稳定，所以不能令人满意。褐煤衍生物和木素磺酸盐较不易受热分解。但是，褐煤的效能受到电介质污染的限控(尤其是氯化钠和钙盐)，这些电介质将使之发生沉淀。木素磺酸铬和铁-铬的木素磺酸盐同时用来作为泥浆滤的分散剂和还原剂。在钙盐存在下而且温度高达150℃时上述磺酸盐仍然有效，但由于其中含有有毒物质铬，使其应用越来越受到限制。
在其它推荐用作为钻井泥浆的分散剂中，可以举出一些聚合物，如分子量很低的丙烯酸均聚物(美国专利US-A 3，764，530)，以及马莱酸和苯乙烯砜的共聚物(美国专利US-A3，730，900)。
我们已找到一些可用作钻井液分散剂的物质。这些分散剂无毒性，对盐质环境不敏感，在低浓度时具有优良的效能，而且在温度达到或超过150℃时仍然稳定。
本发明的目的在于含水钻井泥浆中使用低分子量的水溶性丙烯酸共聚物作为分散剂。这种分散剂是由75～99克分子%的丙烯酸和/或甲基丙烯酸，与1～25克分子%的可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸共聚而得。
这些共聚物可以通过使丙烯酸和/或甲基丙烯酸的水溶液与烯丙基和/或甲代烯丙基磺酸的碱金属盐，尤其是钠盐或铵盐一起，行自由基聚合反应而得到。也可以用例如双氧水作为催化剂以促进自由基的形成，在少量的铜盐存在下与异丙醇结合使用，铜盐可代之以一定量的硫酸羟胺;或者可用双氧水和铁盐(硫酸铁)及硫酸羟胺;或者可用与乙酸同时存在的过硫酸钠或过硫酸铵。
所得到的聚合物溶液可以直接用作为钻井泥浆的分散剂，也可以按一般熟悉的方法进行浓缩，共聚物也可以是粉状的绝缘物质。
本发明优先采用的一种聚合物是用含有丙烯酸和甲基丙烯酸的单体混合物制得的一种共聚物。丙烯酸与甲基丙烯酸的克分子比应在0.15/1与6/1之间，若在0.3/1和4/1之间则更好，若在1/1和2/1之间则最好。
所得到的共聚物的分子量在500与10000之间，更好是在2000与6000之间。
将分散剂添加到构成泥浆的各成分中去，其方法是已知的技术。分散剂的量在每立升泥浆中不超过0.01克(干燥提取物)即可有效。一般掺合量对于每升泥浆来说在0.05与1克之间。掺合量也可以更高，例如按情况，用量可高达10克。掺合量的最佳范围为0.1～0.4克/升。
下面举例说明本发明。
例1
分散剂的制备
制备二种溶液
溶液A
脱盐水 350克
醋酸铜 0.5克
甲代烯丙基磺酸钠 5克
异丙醇 50克
溶液B
脱盐水 450克
丙烯酸 230克
甲基丙烯酸 230克
甲代烯丙基磺酸钠 50克
一个容量为2立升装有搅拌器的反应器中，有三根连接管分别向反应器中引入氮气、单体、及催化剂，在本例中先用氮气管线引入溶液A。加热搅拌使之回流脱气，然后引入100克溶液B和12毫升双氧水(至110体积)维持溶液回流并搅拌，同时继续加入其余的860克溶液B和68毫升双氧水。添加时间持续1小时30分钟。再加入10毫升双氧水，继续使溶液维持回流30分钟。然后重新加入10毫升双氧水并维持回流1小时30分钟。
通过减压蒸馏使溶液浓缩，然后冷却。
浓缩物中含有干燥提取物49.5%，其比重为1.185。Brookfield粘度为1，300mPa.s(Modele RV-2号针)。
聚合物的平均分子量为Mw＃4000。
用5.1克/升的溶液进行孔道扩散，扩散颗粒的动力学直径可为φ＝45A。
钻井泥浆的制备
一种用软水和膨润土所构成的泥浆的制备方法是，在8.9立升水中加入410克膨润土FB5和600克膨润土FR2〔均为CECA协会(欧洲煤钢联营)的商品〕。按照OCMA〔(石油公司材料协会)Oil Companies Materials Asso-ciation.〕的DFCP4(膨润土钻井液材料)的规格，对上述两种土来说每吨土可得到泥浆产品的收率分别为35米3和15米3。
加入氢氧化钠将pH值调节至9.5。用ULTRATURRAX涡轮机以15000转/分的速度搅拌3分钟，然后冷却到25℃。
把泥浆分成几部分。
按表1所示在每一部分中添加不同量的分散剂。用涡轮机重新再剪切30秒钟。静置30分钟后用FANN35A型的粘度计在25℃下测定其流变特性。
测定表现粘度(Va)，塑性粘度(Vp)，软化点或塑变值(YV)，以及起始胶凝值和十分钟胶凝值(gel0/10)。这些特性在“Drilling and Drilling Flui-ds”(“钻井和钻井液”)-G.V.Chilingarian and P.Vorabutr-Elsevier1981.一书中已作了描述。
为比较起见，测定了前人技术中所用的铁铬的木素磺酸盐的性能(商标为CECA协会的Brixel)。
所有的结果均列于表1中。
显然，含有本发明的分散剂的泥浆的流变性能大大超过了含铁-铬木质素磺酸盐的泥浆，前者的粘度值、胶凝值等都要低得多。
例2
泥浆的制备方法同例1，在高温下试验分散剂性能。
按表2所示在每一部分泥浆中按一定浓度加入分散剂，然后放入一容器中并使该容器在转动式烘箱中转动16小时，其温度可为90℃、或120℃、或150℃。
热试验后流变持性的测定结果列于表2中。
可以看到，本发明的分散剂在高温下仍然有效，而且性能优于铁-铬的木素磺酸盐。
在浓度同样是每立升钻井泥浆中含2克分散剂，比较YV的数值，对于本发明只含49.5%干燥抽提物的产物来说在不同温度下转动前后的YV平均值3.5，而对于含100%干燥抽提物的木素磺酸盐，这一平均值为30。
例3～10
按例1所述的操作方式制备共聚物，在保持丙烯酸和甲基丙烯酸克分子比不变的情况下改变磺酸盐的量。
把每一种聚合物都加入到例1配方的泥浆中，每立升泥浆中加入量为0.1克(干燥抽提物)。剪切后静置30分钟然后测定初始的流变性质。
用克分子数表示的单体量，三聚物的组成(丙烯酸与甲基丙烯酸的克分子比-磺酸盐的克分子百分数)，以及所测定的结果均列于表3中。
例11～16
按例1所述的方法，变化丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比制备添加剂。表4中列出了三聚物的组成及泥浆(0.1克分散剂/升)的初始流变性的测定结果。
例17～23
在这些例子中，分散剂可用丙烯酸制备，也可以用甲基丙烯酸制备。得到的共聚物的评价与前列各例相同。组成和测定结果列于表5中。
权利要求
1、含水的钻井泥浆，其特点是其中含有作为分散剂的低分子量水溶性丙烯酸共聚物，此共聚物是由75～99克分子%的丙烯酸和/或甲基丙烯酸与1～25克分子%的可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸盐共聚而制得。
2、按权项1的钻井泥浆，其特点是共聚物中包含丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比在0.15/1与6/1之间的混合物，以及1～25克分子%的可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸盐。
3、按权项2的钻井泥浆，其特点是丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比在0.3/1与4/1之间。
4、按权项2的钻井泥浆，其特点是丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比在1/1与2/1之间。
5、按权项1～4的钻井泥浆，其特点是可溶于水的盐是一种碱金属盐或铵盐。
6、按权项1～5的钻井泥浆，其特点是每立升泥浆中含有0.01～10克分散剂。
专利摘要
本发明是关于使用丙烯酸共聚物作为含水泥浆的分散剂。 这些分散剂是丙烯酸和/或甲基丙烯酸与可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸盐的共聚物。粘土基的钻井泥浆无毒性，可在高温下使用。
文档编号C09K8/02GK86102915SQ86102915
公开日1986年11月19日 申请日期1986年4月26日
发明者扎奎克·奥伦格 申请人:罗纳·布郎克公司化学部导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan